Vũ Thanh Trà và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
85(09)/2: 11 - 16<br />
<br />
NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ DI TRUYỀN<br />
CỦA MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU TƢƠNG VIỆT NAM<br />
CÓ PHẢN ỨNG KHÁC NHAU VỚI BỆNH GỈ SẮT<br />
Vũ Thanh Trà1, Trần Thị Phƣơng Liên2, Chu Hoàng Mậu1*<br />
1<br />
<br />
Đại học Thái Nguyên, 2Viện Công nghệ s inh học<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng kỹ thuật RAPD để đánh giá sự đa dạng và mối quan hệ<br />
di truyền của 50 giống đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merrill) Việt Nam có phản ứng khác nhau với<br />
bệnh gỉ sắt làm cơ sở khoa học cho công tác chọn tạo giống. Kết quả phân tích cho thấy, với 20<br />
mồi ngẫu nhiên sử dụng trong phản ứng RAPD để phân tích DNA hệ gen của 50 giống đậu tƣơng<br />
đã có 15 mồi biểu hiện tính đa hình với giá trị PIC dao động từ 0,27 đến 0,86 và 13 mồi cho giá trị<br />
PIC ≥ 0,5. Tổng số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản từ hệ gen của 50 giống đậu tƣơng với cả 15<br />
mồi là 3380, trong đó số phân đoạn DNA xuất hiện với từng mồi đối với 50 giống đậu tƣơng dao<br />
động từ 64 đến 72. Khoảng cách di truyền và biểu đồ hình cây (dendrogram) đƣợc thiết lập dựa<br />
trên hệ số tƣơng đồng di truyền và phƣơng pháp phân nhóm UPGMA, 50 giống đậu tƣơng nghiên<br />
cứu đƣợc phân bố ở các nhóm thuộc 2 nhánh trong cây phát sinh. Nhánh I chỉ có 2 giống VK2 và<br />
DT12, có khoảng cách di truyền so với 48 giống đậu tƣơng còn lại là 21%. Sự đa dạng của các<br />
giống đậu tƣơng còn đƣợc thể hiện ngay trên cùng một vùng địa lí.<br />
Từ khóa: Hệ số tương đồng di truyền, chỉ thị RAPD, Glycine max, tính đa dạng di truyền, bệnh gỉ sắt.<br />
<br />
MỞ ĐẦU*<br />
Hiện nay ở nƣớc ta cây đậu tƣơng (Glycine<br />
max (L.) Merrill) giữ vị trí quan trọng trong<br />
nền nông nghiệp và nền kinh tế quốc dân,<br />
nhƣng diện tích trồng và sản lƣợng vẫn còn<br />
rất thấp so với các nƣớc trên thế giới. So với<br />
năm 2006 diện tích trồng đậu tƣơng ở nƣớc ta<br />
trong năm 2009 đã giảm 21,05%, sản lƣợng<br />
23,08% và đáng chú ý là năng suất đậu tƣơng<br />
trong các năm qua gần nhƣ không tăng hoặc<br />
tăng không đáng kể (năng suất đậu tƣơng năm<br />
2009 so với năm 2006 chỉ tăng 5%). Có nhiều<br />
nguyên nhân làm hạn chế sản lƣợng và năng<br />
suất đậu tƣơng, nhƣ yếu tố giống và điều kiện<br />
canh tác, sâu và bệnh hại đậu tƣơng. Bệnh<br />
sƣơng mai, bệnh phấn trắng, bệnh gỉ sắt… là<br />
những loại bệnh thƣờng xuyên xuất hiện gây<br />
ảnh hƣởng nghiêm trọng đến ngành sản xuất<br />
đậu tƣơng. Thực tiễn này đòi hỏi phải có sự<br />
đánh giá, chọn lọc các giống đậu tƣơng mới<br />
có năng suất cao, chất lƣợng tốt đồng thời có<br />
khả năng kháng đƣợc các bệnh, đặc biệt là<br />
bệnh gỉ sắt. Trong những năm gần đây, các<br />
công trình nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu<br />
tƣơng đã đƣợc tiến hành ở nhiều cơ sở nghiên<br />
*<br />
<br />
cứu trên thế giới và ở Việt Nam (Nguyễn Thị<br />
Bình, 1990; Rosseto, 2004; Vyas và đtg,<br />
1997; Faleiro, 2000), tuy nhiên việc nghiên<br />
cứu một cách có hệ thống về bệnh gỉ sắt và<br />
khả năng kháng bệnh này ở cây đậu tƣơng<br />
còn ít đƣợc đề cập đến. Trong bài báo này,<br />
chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu về tính<br />
đa dạng di truyền của các giống đậu tƣơng có<br />
khả năng kháng bệnh gỉ sắt khác nhau.<br />
Cho đến nay, việc chọn tạo giống đậu tƣơng<br />
năng suất cao và kháng bệnh tốt chủ yếu đƣợc<br />
thực hiện bằng phƣơng pháp truyền thống<br />
nhƣ dựa vào kiểu hình để đánh giá kiểu gen,<br />
vì vậy hiệu quả chọn tạo giống không cao.<br />
Việc ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên<br />
cứu đánh giá phản ứng đối với bệnh gỉ sắt của<br />
các giống đậu tƣơng đã khắc phục đƣợc<br />
những thiếu sót và hạn chế của phƣơng pháp<br />
truyền thống trƣớc đây. Trong đó, kỹ thuật<br />
RAPD đƣợc sử dụng khá rộng rãi bởi sự đơn<br />
giản và ít tốn kém, nhƣng vẫn cho kết quả khá<br />
chính xác. Trên thế giới, kỹ thuật RAPD đã<br />
đƣợc sử dụng để phân tích đa dạng di truyền<br />
các loài đậu tƣơng (Haley 1993, Mondal<br />
2007, Zheng 2001, Vijayalakshmi 2005,<br />
Mondal 2008), xác định giới tính loài C.<br />
simplicifolius (Yang et al., 2005) và một số<br />
<br />
Tel: 0913383289; Email: mauchdhtn@gmail.com<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
11<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Vũ Thanh Trà và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
giống cây trồng khác (Charles, 1997; Heba,<br />
2009; Barakat, 2009). Ở Việt Nam, Bùi Văn<br />
Thắng và đtg (2003) đã sử dụng kỹ thuật<br />
RAPD để đánh giá tính đa dạng của một số<br />
giống lạc trong tập đoàn chống chịu bệnh gỉ<br />
sắt. Pham Thi Be Tu và đtg (2003) sử dụng<br />
20 chỉ thị RAPD đánh giá 50 mẫu giống đậu<br />
tƣơng đã ghi nhận sự đa hình ở 17 chỉ thị.<br />
Tƣơng tự, bằng 25 chỉ thị RAPD Đinh Thị<br />
Phòng và Ngô Thị Lam Giang (2008) cũng<br />
phát hiện 17 mồi biểu hiện tính đa hình, trong<br />
đó có 3 mồi cho tính đa hình cao. Trong<br />
nghiên cứu này, 20 chỉ thị RAPD đƣợc sử<br />
dụng để nghiên cứu đa dạng di truyền và thiết<br />
lập tiêu bản DNA của 50 hệ gen đậu tƣơng<br />
Việt Nam có phản ứng khác nhau đối với<br />
bệnh gỉ sắt, giúp nhận dạng giống phục vụ<br />
công tác bảo tồn và cung cấp thông tin có giá<br />
trị cho công tác chọn tạo giống đậu tƣơng.<br />
VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br />
Vật liệu nghiên cứu<br />
50 giống đậu tƣơng có phản ứng khác nhau<br />
đối với bệnh gỉ sắt do Trung tâm Nghiên<br />
cứu và Phát triển Đậu đỗ và Viện Di truyền<br />
Nông nghiệp thuộc Viện Khoa học Nông<br />
nghiệp Việt Nam cung cấp đƣợc sử dụng<br />
làm vật liệu nghiên cứu. Danh sách các<br />
giống tham gia thí nghiệm đƣợc chia thành<br />
3 nhóm: (1) Nhóm mẫn cảm với bệnh gỉ sắt<br />
bao gồm 25 giống: DT12, VX92, VX93,<br />
V74, V79, DH4, CV, CV1, ĐK, CBĐ, CB7,<br />
QHCB, LVG, TTHT, DBBT, DTBT, MT2,<br />
HG1, HTĐT, MD, DL, MH, ND, CLGL, HN.<br />
(2) Nhóm trung gian bao gồm 12 giống:<br />
M103, DT96, PHCB, PS, PT, NS, MT1,<br />
HG2, VK2, CT2, VK3, CT1. (3) Nhóm kháng<br />
<br />
85(09)/2: 11 - 16<br />
<br />
bệnh bao gồm 13 giống: Rpp1, Rpp2, Rpp3,<br />
Rpp4, DT2000, CBU8325, DT95, MTD65,<br />
CNB, PMTQ, HSP2, HSPHG, ZG<br />
Phƣơng pháp nghiên cứu<br />
Tách chiết DNA tổng số từ mầm của các<br />
giống đậu tƣơng nghiên cứu theo phƣơng<br />
pháp CTAB của Doyle và Doyle (1987) có<br />
cải tiến. Kiểm tra độ sạch và hàm lƣợng DNA<br />
bằng đo quang phổ hấp thụ kết hợp với điện<br />
di trên gel agarose 0,8%.<br />
Phản ứng RAPD đƣợc thực hiện với 20 mồi<br />
ngẫu nhiên (Bảng 1). Một phản ứng PCR có<br />
thể tích 25 l bao gồm: 1X dịch đệm PCR;<br />
2,5 mM MgCl2; 2 mM dNTPs; 200 nM đoạn<br />
mồi; 0,125 đơn vị Tag polymerase và 10 ng<br />
DNA khuôn. Phản ứng PCR- RAPD thực<br />
hiện trong máy PCR- Thermal Cycler PTC<br />
100 theo chu kỳ nhiệt: 940C/ 3 phút; (920C/ 1<br />
phút; 350C/ 1 phút; 720C/ 1phút) 45 chu kỳ;<br />
720C/ 10 phút; lƣu giữ ở 40C.<br />
Phân tích số liệu<br />
Phân tích số liệu theo quy ƣớc: 1= phân đoạn<br />
DNA xuất hiện và 0 = phân đoạn DNA không<br />
xuất hiện, khi điện di sản phẩm RAPD với<br />
các mồi ngẫu nhiên. Xác định hệ số tƣơng<br />
đồng di truyền theo phƣơng pháp của Nei và<br />
Li (1979).<br />
Lập biểu đồ hình cây trong chƣơng trình<br />
NTSYSpc 2.0. Hàm lƣợng thông tin đa hình<br />
(Polymorphism information content = PIC)<br />
của mồi đƣợc xác định theo công thức PIC =<br />
1- fi2, trong đó fi là tần số của allen thứ i của<br />
kiểu gen đƣợc kiểm tra. Phạm vi giá trị PIC từ<br />
0 (không đa hình) tới 1 (đa hình hoàn toàn).<br />
<br />
Bảng 1. Trình tự nucleotide của 20 mồi RAPD sử dụng trong nghiên cứu<br />
TT<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
<br />
Mồi<br />
M1<br />
M2<br />
M3<br />
M4<br />
M5<br />
M6<br />
M7<br />
M8<br />
M9<br />
<br />
Trình tự nucleotide (5’-3’)<br />
AACCGACGGG<br />
GGGGGTCGTT<br />
TACCACCCCG<br />
GGCGGACTGT<br />
TCGGCGATAG<br />
GTGTCTCAGG<br />
CAGCACCCAC<br />
GGAAGTCGCC<br />
CCTCCAGTGT<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
Mồi<br />
M11<br />
M12<br />
M13<br />
M14<br />
M15<br />
M16<br />
M17<br />
M19<br />
M20<br />
<br />
TT<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
18<br />
19<br />
12<br />
<br />
Trình tự nucleotide (5’-3’)<br />
CGGCCCACGT<br />
AACGCGTAGA<br />
GCCACGGAGA<br />
TAGGCGAACG<br />
CACGGCTGCG<br />
GTATGGGGCT<br />
GCGAACCTCG<br />
CCTGCTCATC<br />
GACAGGAGGT<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Vũ Thanh Trà và Đtg<br />
10<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
M10<br />
<br />
CTATGCCGAC<br />
<br />
M 1<br />
<br />
2<br />
<br />
3<br />
<br />
4<br />
<br />
5<br />
<br />
6<br />
<br />
7<br />
<br />
TRA4<br />
<br />
20<br />
<br />
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
Kết quả nhân bản và tần số xuất hiện các<br />
phân đoạn DNA<br />
Sản phẩm RAPD với các mồi khác nhau đƣợc<br />
điện di trên gel agarose 1,8% để phân tích sự<br />
đa hình DNA của 50 giống đậu tƣơng có phản<br />
ứng khác nhau với bệnh gỉ sắt (Hình 1).<br />
Kết quả là 15 trong tổng số 20 mồi biểu hiện<br />
tính đa hình. Số lƣợng các phân đoạn DNA<br />
nhân bản với mỗi mồi dao động từ 2-10 phân<br />
đoạn. Kích thƣớc các phân đoạn DNA đƣợc<br />
nhân bản trong khoảng từ 250 bp – 2000 bp.<br />
Số phân đoạn DNA nhân bản đƣợc của 50<br />
giống đậu tƣơng với 15 mồi RAPD là 3380.<br />
Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản với mỗi<br />
mồi ngẫu nhiên dao động từ 64-72 phân đoạn,<br />
trong đó mồi M14 có số phân đoạn DNA<br />
nhân bản là nhiều nhất (335 phân đoạn DNA)<br />
và ít nhất là mồi M8 (9 phân đoạn). Kết quả ở<br />
bảng 2 chỉ ra, tổng số phân đoạn DNA trong<br />
phạm vi phân tích của 50 giống đậu tƣơng khi<br />
phân tích 20 mồi ngẫu nhiên là 113 phân<br />
đoạn. Trong đó có 73 phân đoạn là đa hình<br />
(chiếm 64,6%) và không đa hình là 40 phân<br />
đoạn (chiếm 35,4%). Bảy mồi (M2, M3, M4,<br />
8<br />
<br />
85(09)/2: 11 - 16<br />
CACCGTAGCG<br />
<br />
M9, M10, M13 và M18) có tính đa hình hoàn<br />
toàn (100%) và năm mồi (M5, M8, M12,<br />
M16 và M17) không cho tính đa hình (0%).<br />
Trong đó có 14/20 mồi có số phân đoạn đa<br />
hình trên 50%, mồi M14 có số phân đoạn đa<br />
hình bằng 50%. Kết quả này cũng phù hợp<br />
khi phân tích hàm lƣợng thông tin đa hình thể<br />
hiện ở giá trị PIC. Cụ thể, giá trị PIC của mồi<br />
M14 là 0,27 (tỷ lệ đa hình là 50%) và giá trị<br />
PIC của mồi M4 là 0,86 (đa hình cao nhất).<br />
Trong đó 13/20 mồi cho giá trị PIC ≥ 0,5. Kết<br />
quả này một lần nữa đã khẳng định sự đa hình<br />
DNA của 50 giống đậu tƣơng.<br />
Tính đa hình thể hiện ở sự xuất hiện hay<br />
không xuất hiện phân đoạn DNA khi so sánh<br />
giữa các giống khi phân tích với mỗi mồi<br />
RAPD. Chẳng hạn tại vị trí khoảng 0,25 - 0,5<br />
kb tại giếng 3 (Rpp3), và 30 (DH4) đã xuất<br />
hiện phân đoạn DNA mới khi phân tích với<br />
mồi số 14, hay tại vị trí khoảng 1,5 kb giếng 6<br />
(CBU8325), 7 (DT95), 16 (PHCB), 42<br />
(MT2), 43 (MH) và 44 (DL) phân đoạn DNA<br />
không xuất hiện khi phân tích với mồi TRA4<br />
(Hình 2).<br />
9 10 11 12 13 14 15 16 17<br />
<br />
1 KB<br />
750 KB<br />
500 KB<br />
<br />
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 M<br />
<br />
1 KB<br />
750 KB<br />
500 KB<br />
<br />
M<br />
<br />
35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50<br />
<br />
M<br />
1 KB<br />
750 KB<br />
500 KB<br />
<br />
Hình 1. Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M19<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
13<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Vũ Thanh Trà và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
85(09)/2: 11 - 16<br />
<br />
(M: Thang chuẩn DNA kích thước 1 kb; 1-50: thứ tự tương ứng với tên của 50 giống đậu tương)<br />
M 1<br />
<br />
2<br />
<br />
3<br />
<br />
4<br />
<br />
5<br />
<br />
6<br />
<br />
7<br />
<br />
8<br />
<br />
9 10 11 12 13 14 15 16 17<br />
<br />
1 KB<br />
750 KB<br />
500 KB<br />
<br />
M 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34<br />
1 KB<br />
750 KB<br />
500 KB<br />
<br />
35<br />
<br />
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 M<br />
<br />
1 KB<br />
750 KB<br />
500 KB<br />
<br />
Hình 2. Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M14<br />
(M: Thang chuẩn DNA kích thước 1 kb; 1-50: thứ tự tương ứng với tên của 50 giống đậu tương)<br />
Bảng 2. Tỉ lệ phân đoạn đa hình và giá trị PIC của các mẫu nghiên cứu<br />
STT<br />
<br />
Mồi<br />
<br />
PIC<br />
<br />
Tổng số<br />
phân<br />
đoạn<br />
<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
<br />
M1<br />
M2<br />
M3<br />
M4<br />
M5<br />
M6<br />
M7<br />
M8<br />
M9<br />
M10<br />
<br />
0,74<br />
0,76<br />
0,67<br />
0,86<br />
0<br />
0,85<br />
0,79<br />
0<br />
0,84<br />
0,75<br />
<br />
6<br />
5<br />
6<br />
4<br />
2<br />
8<br />
7<br />
4<br />
10<br />
4<br />
<br />
% phân<br />
đoạn đa<br />
hình<br />
83,3<br />
100<br />
100<br />
100<br />
0<br />
37,5<br />
85,7<br />
0<br />
100<br />
100<br />
<br />
Mối quan hệ di truyền của 50 giống đậu tƣơng có<br />
phản ứng khác nhau với bệnh gỉ sắt dựa trên<br />
phân tích RAPD<br />
Để có bức tranh tổng quát về quan hệ giữa các giống<br />
đậu tƣơng nghiên cứu ở mức độ phân tử, sự đa dạng<br />
di truyền thể hiện trên sơ đồ hình cây của 50 giống<br />
đậu tƣơng (Hình 2).<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
STT<br />
<br />
Mồi<br />
<br />
PIC<br />
<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
18<br />
19<br />
20<br />
Tổng<br />
<br />
M11<br />
M12<br />
M13<br />
M14<br />
M15<br />
M16<br />
M17<br />
M18<br />
M19<br />
TRA4<br />
<br />
0,80<br />
0<br />
0,80<br />
0,27<br />
0,35<br />
0<br />
0<br />
0,50<br />
0,77<br />
0,82<br />
<br />
Tổng<br />
số<br />
phân<br />
đoạn<br />
6<br />
3<br />
5<br />
8<br />
6<br />
4<br />
3<br />
4<br />
8<br />
10<br />
113<br />
<br />
% phân<br />
đoạn đa<br />
hình<br />
83,3<br />
0<br />
100<br />
50<br />
83,3<br />
0<br />
0<br />
100<br />
87,5<br />
80<br />
64,6<br />
<br />
Hình 2 cho thấy 50 giống đậu tƣơng phân bố làm 2<br />
nhánh (nhánh I và nhánh II), có 2 giống DT95 và<br />
HSPHG giống nhau 100%. Hệ số tƣơng đồng di<br />
truyền của 50 giống đậu tƣơng dao động từ 0,79 đến 1.<br />
Nhánh I chỉ có 2 giống VK2 và DT12, có khoảng cách<br />
di truyền so với 48 giống còn lại là 21% (1 - 0,79).<br />
Nhánh II gồm 48 giống đậu tƣơng còn lại có khoảng<br />
cách di truyền dao động từ 0% đến 15%. Trong<br />
<br />
14<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Vũ Thanh Trà và Đtg<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
nhánh II có hai giống DT95 và HSPHG cùng nằm<br />
trong nhóm phụ và có mức độ tƣơng đồng di truyền<br />
cao nhất (100%).<br />
Điều đáng quan tâm ở đây là hầu hết các giống có<br />
cùng nơi thu mẫu lập thành một nhóm nhỏ trên cây<br />
phân loại. Điển hình 4 mẫu Rpp1, Rpp2, Rpp3 và<br />
Rpp4 có nguồn gốc từ Mỹ lập thành một nhóm phụ.<br />
<br />
85(09)/2: 11 - 16<br />
<br />
dao động từ 0,27 (mồi M14) đến 0,86 (mồi M4),<br />
trong đó 13 mồi cho giá trị PIC ≥ 0,5.<br />
Khoảng cách di truyền và biểu đồ hình cây<br />
(dendrogram) đƣợc thiết lập dựa trên hệ số tƣơng<br />
đồng di truyền và phƣơng pháp phân nhóm UPGMA,<br />
50 giống đậu tƣơng nghiên cứu đƣợc phân bố ở các<br />
nhóm thuộc 2 nhánh trong cây phát sinh. Nhánh I chỉ<br />
có 2 giống VK2 và DT12, có khoảng cách di truyền<br />
so với 48 giống còn lại khoảng 21%.<br />
<br />
KẾT LUẬN<br />
Sử dụng phản ứng RAPD với 20 mồi ngẫu nhiên để<br />
phân tích DNA genome của 50 giống đậu tƣơng kết<br />
quả có 15 mồi biểu hiện tính đa hình với giá trị PIC<br />
<br />
Sự đa dạng của các giống đậu tƣơng còn đƣợc thể<br />
hiện ngay trên cùng một vùng địa lí.<br />
<br />
Hình 2. Sơ đồ hình cây của 50 giống đậu tƣơng dựa trên hệ số tƣơng đồng di truyền và kiểu phân nhóm<br />
UPGMA<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
15<br />
<br />
http://www.lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />