Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử DNA trong chọn tạo giống lúa thơm kháng bệnh bạc lá

B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O B NÔNG NGHI P VÀ PTNT<br /> H C VI N NỌNG NGHI P VI T NAM<br /> ---------------------------<br /> <br /> D ƠNG XUÂN TÚ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CH THỊ PHÂN TỬ DNA<br /> TRONG CH N TẠO GI NG LÚA THƠM<br /> KHÁNG B NH BẠC LÁ<br /> <br /> Chuyên ngành: Di truyền và ch n gi ng cây trồng<br /> Mư s : 62 62 01 11<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ<br /> <br /> Hà Nội, năm 2015<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại:<br /> Học viện Nông nghiệp Việt Nam<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Phan Hữu Tôn<br /> <br /> Phản biện 1: PGS.TS. Phạm Văn Cường<br /> Học Viện Nông nghiệp Việt nam<br /> <br /> Phản biện 2: TS. Khuất Hữu Trung<br /> Viện Di truyền Nông nghiệp<br /> <br /> Phản biện 3: PGS.TS. Lã Tuấn Nghĩa<br /> Trung Tâm Tài nguyên thực vật<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện họp tại:<br /> Học viện Nông nghiệp Việt Nam<br /> <br /> Vào hồi:<br /> <br /> giờ<br /> <br /> ngày<br /> <br /> tháng<br /> <br /> năm 2015<br /> <br /> Có thể tìm hiểu Luận án tại:<br /> - Thư viện Quốc gia<br /> - Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam<br /> - Thư viện Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm<br /> <br /> M Đ U<br /> 1. Tính c p thi t c a đề tƠi<br /> Phát triển m rộng diện tích lúa th m chất lượng cao nhằm tăng<br /> hiệu quả sản xuất lƠ hướng lựa chọn ưu tiên trong sản xuất lúa gạo của<br /> Việt Nam hiện nay. Bộ giống lúa th m, chất lượng cho sản xuất Việt<br /> Nam còn thiếu cả về số lượng vƠ chất lượng, năng suất thấp, nhiễm bạc<br /> lá, hiệu quả sản xuất thấp, khó m rộng diện tích. Công tác chọn tạo<br /> giống lúa của ta vẫn chủ yếu lƠ phư ng pháp truyền thống dựa trên<br /> chọn lọc kiểu hình nên rất khó chọn được giống lúa mới mang đồng<br /> th i nhiều tính trạng mong muốn. Hiện nay, chỉ thị phơn tử DNA đã<br /> được sử dụng như lƠ một công cụ hỗ trợ có hiệu quả trong các chư ng<br /> trình chọn tạo giống cơy trồng, có thể chọn được giống mang nhiều tính<br /> trạng mong muốn trong cùng th i điểm, rút ngắn th i gian chọn tạo.<br /> Do vậy, nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phơn tử DNA đồng th i chọn kiểu<br /> gen mùi th m vƠ kháng bệnh bạc lá để tạo ra được những giống lúa<br /> th m mới, kháng tốt với bệnh bạc lá đáp ứng được yêu cầu cho sản xuất<br /> lúa th m chất lượng cao hiện nay lƠ cần thiết.<br /> 2. Mục tiêu c a đề tƠi<br /> Lựa chọn chỉ thị phơn tử liên kết với gen mùi th m vƠ gen kháng<br /> hữu hiệu với các chủng vi khuẩn gơy bệnh bạc lá phổ biến có độ chính<br /> xác cao sử dụng trong lai tạo vƠ chọn lọc giống lúa th m kháng bệnh<br /> bạc lá cho các tỉnh phía Bắc<br /> Chọn tạo được một số dòng lúa th m kháng bệnh bạc lá (mang gen<br /> th m vƠ 1 hoặc 2 gen kháng hữu hiệu với các chủng vi khuẩn gơy bệnh<br /> bạc lá), năng suất khá cho phát triển sản xuất vƠ lƠm vật liệu cho công<br /> tác lai tạo tiếp.<br /> 3. Ý nghĩa khoa học vƠ thực ti n<br /> 3.1. Ý nghĩa khoa học<br /> Phư ng pháp phơn tích di truyền từ bố mẹ đến thế hệ F2 để xác<br /> định chỉ thị phơn tử DNA liên kết với gen mùi th m vƠ gen kháng bệnh<br /> bạc lá cơy lúa, có độ chính xác cao để sử dụng cho lai tạo vƠ chọn lọc<br /> giống lúa th m, kháng bệnh bạc lá trên nguồn vật liệu hiện có: Chỉ thị 4<br /> mồi ESP, IFAP, INSP vƠ EAP nhận diện gen th m fgr với độ chính xác<br /> 1<br /> <br /> đến 94%, chỉ thị Nbp181 nhận diện gen kháng Xa4 với độ chính xác<br /> đến 97%, chỉ thị RG556 nhận diện gen kháng xa5 với độ chính xác đến<br /> 76% vƠ chỉ thị P3 nhận diện gen kháng Xa7 với độ chính xác đến 92%<br /> giữa gen kháng tính kháng.<br /> Khảng định hiệu quả của phư ng pháp lai tạo vƠ chọn lọc kiểu<br /> hình kết hợp với sử dụng chỉ thị phơn tử DNA chọn kiểu gen mục tiêu<br /> (MAS) trong chọn tạo giống lúa th m kháng bệnh bạc lá.<br /> 3.2. Ý nghĩa thực tiễn<br /> Chọn tạo được 15 dòng lúa th m mới, mang 1 – 2 gen kháng<br /> bệnh bạc lá (trong các gen Xa4, xa5 vƠ Xa7), thể hiện kháng tốt với các<br /> chủng vi khuẩn gơy bệnh bạc lá phổ biến các tỉnh phía Bắc. Các dòng<br /> lúa nƠy được sử dụng lƠm vật liệu lai tạo trong các chư ng trình chọn<br /> giống lúa th m kháng bệnh bạc lá tiếp theo. Trong đó, 2 dòng lúa lƠ<br /> T7.19-2 (mang gen th m fgr vƠ gen kháng Xa7) vƠ dòng T25.82-3<br /> (mang gen th m fgr vƠ gen kháng xa5) đáp ứng được mục tiêu chọn tạo<br /> về th i gian sinh trư ng, năng suất, chất lượng, mùi th m vƠ kháng<br /> bệnh bạc lá sẽ được tiếp tục phát triển cho sản xuất tại các tỉnh phía Bắc<br /> trong th i gian tới.<br /> 4. Những đóng góp mới c a đề tƠi<br /> Lựa chọn được chỉ thị phơn tử DNA liên kết với gen mùi th m<br /> (fgr) vƠ gen kháng bệnh bạc lá (Xa4, xa5 vƠ Xa7) sử dụng cho chọn tạo<br /> giống lúa th m kháng bệnh bạc lá cho các tỉnh phía Bắc với độ chính<br /> xác đến 94% (đối với gen mùi th m fgr) vƠ đến 92% (đối với gen<br /> kháng bệnh bạc lá Xa4, xa5 vƠ Xa7)<br /> Đã xác đinh được 12 mẫu giống lúa th m, chất lượng cao vƠ 12<br /> mẫu giống lúa mang gen kháng bệnh bạc lá sử dụng lƠm bố mẹ cho các<br /> tổ hợp lai định hướng trong chọn tạo giống lúa th m, kháng bệnh bạc lá<br /> tại các tỉnh phía Bắc.<br /> Chọn tạo được 15 dòng lúa th m mới, đồng th i mang 1 – 2<br /> gen kháng bệnh bạc lá phổ biến các tỉnh phía Bắc. Các dòng lúa nƠy<br /> được sử dụng lƠm vật liệu mới cho lai tạo trong các chư ng trình chọn<br /> giống lúa th m kháng bệnh bạc lá tiếp theo. Trong đó, 2 dòng lúa lƠ<br /> 2<br /> <br /> T7.19-2 vƠ dòng T25.82-3 đáp ứng được mục tiêu chọn tạo sẽ được tiếp<br /> tục phát triển cho sản xuất tại các tỉnh phía Bắc trong th i gian tới.<br /> 5. Bố cục c a lu n án<br /> Luận án chính gồm 137 trang: M đầu (5 tr); Tổng quan tƠi liệu<br /> (41 tr); Phư ng pháp nghiên cứu (13 tr); Kết quả vƠ thảo luận (76 tr);<br /> Kết luận vƠ kiến nghị (2 tr). Phần danh mục tƠi liệu tham tham khảo (13<br /> tr). Luận án có 39 bảng biểu, 18 hình, 13 phụ lục vƠ 3 công trình đã<br /> công bố vƠ một số hình ảnh minh họa.<br /> Ch ng 1. T NG QUAN TÀI LI U<br /> Bệnh bạc lá lƠ một trong những loại dịch hại nguy hiểm nhất đối<br /> với sản xuất lúa th m chất lượng cao, không thể sử dụng thuốc hóa<br /> học thông thư ng để phòng trừ. Do vậy, sử dụng giống kháng đối<br /> với bệnh nƠy lƠ cách lựa chọn tốt nhất hiện nay. Bằng phư ng pháp<br /> chọn lọc truyền thống thì rất khó để chọn tạo được giống lúa th m<br /> đồng th i kháng tốt với các chủng vi khuẩn gơy bệnh bạc lá. Hiện<br /> nay, phư ng pháp chọn lọc truyền thống kết hợp với sử dụng chỉ thị<br /> phơn tử DNA chọn kiểu gen th m vƠ gen kháng với các chủng vi<br /> khuẩn gơy bệnh bạc lá sẽ giúp cho việc chọn tạo giống lúa th m<br /> kháng bệnh bạc lá hiệu quả h n.<br /> Các kết quả nghiên cứu về di truyền vƠ chỉ thị phơn tử liên kết với<br /> gen kiểm soát tính trạng mùi th m, tính kháng bệnh bệnh bạc lá trong<br /> cơy lúa đã được công bố trong vƠ ngoƠi nước lƠ c s cho việc tiến<br /> hƠnh đề tƠi “Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống<br /> lúa thơm kháng bệnh bạc lá” trên nguồn vật liệu cụ thể để chọn tạo<br /> giống lúa th m kháng bệnh bạc lá cho các tỉnh phía Bắc của Việt Nam.<br /> Ch ng 2. PH<br /> NG PHÁP NGHIÊN C U<br /> 2.1. V t li u nghiên c u<br /> 2.1.1. Các dòng, giống lúa sử dụng làm vật liệu<br /> 33 mẫu giống lúa th m chất lượng; 18 dòng đẳng gen mang bản<br /> chất di truyền của giống IR24, chỉ khác nhau mang 1 – 2 gen kháng với<br /> bệnh bạc lá: Xa1, Xa2, Xa3, Xa4, xa5, Xa7, Xa10, xa11 vƠ Xa21; giống<br /> lúa IR24 sử dụng lƠm đối chứng nhiễm chuẩn với bệnh bạc lá; Giống<br /> lúa Q5 vƠ KD18 sử dụng lƠm đối chứng không có mùi th m.<br /> 3<br /> <br /> 2.1.2. Các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá<br /> 4 chủng vi khuẩn: chủng 2B, chủng 3, chủng 4 vƠ chủng 5A được<br /> cung cấp b i Bộ môn Sinh học phơn tử vƠ Công nghệ sinh học ứng dụng,<br /> Khoa Công nghệ sinh học, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam<br /> 2.1.3. Các mồi chỉ thị phân tử sử dụng<br /> 31 cặp mồi SSR sử dụng trong phơn tích đa dạng di truyền vật liệu<br /> kh i đầu; Các mồi chỉ thị liên kết với gen th m fgr: RM342, RM223,<br /> RG28, L06 vƠ BADH2 (4 mồi ESP, IFAP, INSP vƠ EAP); Các mồi chỉ<br /> thị liên kết với các gen kháng bệnh bạc lá lúa Xa4, xa5 và Xa7.<br /> 2.2. Nội dung nghiên c u<br /> 2.2.1. Nội dung 1<br /> Lựa chọn chỉ thị phơn tử liên kết với gen qui định mùi th m vƠ tính<br /> kháng với các chủng vi khuẩn gơy bệnh bạc lá lúa các tỉnh phía Bắc<br /> 2.2.2. Nội dung 2<br /> Đánh giá đa dạng di truyền tập đoƠn vật liệu lúa th m, kháng bệnh<br /> bạc lá<br /> 2.2.3. Nội dung 3<br /> Lai tạo các tổ hợp lai định hướng tạo vật liệu cho chọn lọc dòng<br /> lúa mới theo mục tiêu<br /> 2.2.4. Nội dung 4<br /> Sử dụng chỉ thị phơn tử chọn cá thể mang kiểu gen th m vƠ gen<br /> kháng bệnh bạc lá từ các thế hệ phơn ly, kết hợp với đánh giá kiểu hình<br /> để chọn dòng lúa mới theo mục tiêu<br /> 2.3. Đ a điểm vƠ th i gian nghiên c u<br /> 2.3.1. Đ a điểm nghiên c u<br /> Các thí nghiệm đánh giá vật liệu, lai tạo chọn dòng vƠ đánh giá<br /> dòng chọn trên đồng ruộng được thực hiện tại khu thí nghiệm đồng<br /> ruộng; các thí nghiệm về sinh học phơn tử được thực hiện tại phòng thí<br /> nghiệm sinh học phơn tử; Phơn tích chất lượng hạt được thực hiện tại<br /> phòng thí nghiệm Sinh lý – Sinh hóa vƠ Chất lượng nông sản của Viện<br /> Cơy lư ng thực vƠ Cơy thực phẩm, Gia Lộc – Hải Dư ng.<br /> 4<br /> <br /> 2.3.2. Thời gian nghiên cứu<br /> Các thí nghiệm của đề tƠi được thực hiện trong th i gian từ<br /> tháng 6/2010 đến 7/2014 (từ vụ mùa 2010 đến vụ xuơn 2014)<br /> 2.4. Ph ng pháp nghiên c u<br /> 2.4.1. Đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn vật liệu lúa thơm kháng<br /> bệnh bạc lá<br /> 2.4.1.1. Thí nghiệm đồng ruộng<br /> * Bố trí thí nghiệm: theo phư ng pháp khảo sát tập đoƠn, 5m2/ô<br /> * Đánh giá các chỉ tiêu: dựa theo tiêu chuẩn “Đánh giá nguồn gen<br /> cơy lúa” của IRRI (1996).<br /> * Đánh giá Mùi thơm: Theo Nguyễn Thị Lang vƠ Bùi Chí Bửu<br /> (2004). Mỗi cá thể lấy 15 hạt được bóc vỏ trấu vƠ nghiền nhỏ sau đó đặt<br /> trong đĩa pettry. Mỗi hộp được cho vƠo 0,5 ml dung dịch KOH pha<br /> loãng (1,7%) sau đó đậy lại, đặt trong điều kiện 300C trong 30 phút. Sau<br /> đó các hộp được m ra lần lượt để đánh giá mùi th m theo cảm quan<br /> với 3 mức: không th m, th m nhẹ vƠ th m.<br /> * Xử lý số liệu: Số liệu thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm<br /> excel.<br /> 2.4.1.2. Đánh giá khả năng chống chịu với bệnh bạc lá trong điều kiện<br /> nhân tạo<br /> Phư ng pháp lơy bệnh theo Furuya et al. (2003. Đánh giá mức<br /> kháng nhiễm theo chiều dƠi vết bệnh: Kháng (R): Chiều dƠi vết bệnh <<br /> 8cm; Nhiễm vừa (M): Chiều dƠi vết bệnh từ 8 - 12cm; Nhiễm nặng (S):<br /> chiều dƠi vết bệnh > 12cm.<br /> 2.4.1.3. Phân tích di truyền bằng sử dụng chỉ thị phân tử DNA<br /> * Tách chiết DNA: DNA được tách chiết vƠ tinh sạch theo phư ng<br /> pháp CTAB của Doyle and Doyle (1990).<br /> * Phản ứng PCR: Theo phư ng pháp của Chen et al. (2006) có cải<br /> tiến tùy theo chỉ thị.<br /> * Điện di sản phẩm PCR: được điện di trên gel polyacrylamide.<br /> Soi vƠ chụp ảnh gel bằng máy chụp ảnh gel DigiDoc-It.<br /> * Xử lí số liệu trong phân tích đa dạng di truyền:<br /> - Hệ số PIC (Polymorphic Information Content) được tính theo<br /> 5<br /> <br /> công thức của Weir et al. (1996): PIC=1- Pi2. Trong đó Pi lƠ tần số<br /> xuất hiện của alen thứ i.<br /> - Phơn tích hệ số tư ng đồng di truyền vƠ xơy dựng cơy quan hệ di<br /> truyền theo chư ng trình NTSYSpc 2.1<br /> 2.4.2. Lựa chọn chỉ thị phân tử liên kết với gen qui định mùi thơm và<br /> tính kháng với các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá<br /> 2.4.2.1. Lựa chọn chỉ thị phân tử liên kết với gen qui định mùi thơm<br /> Sử dụng các chỉ thị RG28, RM223, RM342, L06 vƠ BADH2 (4 mồi<br /> ESP, IFAP, INSP vƠ EAP). Kiểm tra di truyền của các chỉ thị vƠ độ<br /> chính xác của các chỉ thị liên kết với gen th m fgr vƠ mùi th m trên<br /> quần thể phơn ly F2 của một số tổ hợp lai giữa các giống lúa th m vƠ<br /> không th m để từ đó đưa ra kết luận cho lựa chọn<br /> 2.4.2.2. Lựa chọn chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh bạc lá<br /> Sử dụng một số chỉ thị liên kết với các gen kháng với các chủng vi<br /> khuẩn gơy bệnh Việt Nam: Npb 181 vƠ RM224 (gen Xa4), RG556 vƠ<br /> RM122 (gen xa5), P3 vƠ RM5509 (gen Xa7). Kiểm tra di truyền vƠ độ<br /> chính xác của các chỉ thị liên kết với gen kháng vƠ tính kháng trên quần thể<br /> phơn ly F2 của một số tổ hợp lai giữa giống lúa kháng vƠ nhiễm để từ đó<br /> đưa ra kết luận.<br /> 2.4.2.3. Phương pháp xử lý số liệu<br /> Sử dụng phơn phối khi bình phư ng (2) để kiểm định kiểu gen<br /> phơn ly trong quần thể F2 theo tỷ lệ phơn ly mong đợi<br /> - Độ chính xác của chỉ thị liên kết với gen mùi th m fgr = số cá<br /> thể hạt có mùi th m trong số cá thể được chọn kiểu gen th m/tổng số cá<br /> thể hạt có mùi th m<br /> - Độ chính xác của chỉ thị liên kết với gen kháng bệnh bạc lá = số<br /> cá thể mang tính kháng trong số cá thể được chọn kiểu gen kháng/tổng<br /> số cá thể mang tính kháng.<br /> 2.4.3. Lai tạo các tổ hợp lai định hướng tạo vật liệu cho chọn lọc<br /> dòng lúa mới theo mục tiêu<br /> * Phép lai đơn: Sử dụng các dòng, giống lúa th m lai với các<br /> dòng, giống lúa mang gen kháng bệnh bạc lá (Xa4, xa5 vƠ Xa7).<br /> * Lai kép (lai nhiều bố mẹ): Tạo ra F1 tiếp tục lai với nhau để tổng<br /> 6<br /> <br />