ỨỨngng dụdụngng DDấấuu ADN (DNA Markers) ADN (DNA Markers) trong CôngCông tátácc gigiốốngng câycây trtrồồngng trong
DNA Marker’’ có ‘‘DNA Marker
có nhinhiềềuu ưuưu didiểểmm
MarkerMarker
Isozyme Isozyme
Protein Protein
ADNADN
nh tháái i HìHình th /Nông họhọcc /Nông
ng Marker SSố ố llượượng Marker
++
++
++++++
++++++
Polymorph. MMứức đc độ ộ Polymorph.
++
++
++
++++++
ĐĐòòi hi hỏỏi ki kỹ ỹ thuthuậậtt
++
++++
++++++
++++++
ng ngoạoại i
++++++
++++
++++
++
ChịChịu tu t//đđộộng ng cảcảnhnh
PhảPhản n áánh b/c
nh b/chhấất DTt DT
++
++++
++++
++++++
1
ỨỨng dng dụụng ng DNA Marker
trong DNA Marker trong
CôngCông tátácc gigiốốngng câycây trtrồồngng
1/ 1/ NhNhậậnn didiệệnn gigiốốngng –– Lý Lý lịlịchch gigiốốngng
2/ 2/ Nghiên (Genetic Diversity) Nghiên ccứứuu vêvề ̀ đađa dạdạngng didi truytruyềềnn (Genetic Diversity)
(Linkage Map) 3/ 3/ LLậậpp bảbảnn đôđồ ̀ liênliên kkếếtt (Linkage Map)
DNA Marker đêđể ̉
ỨỨngng dụdụngng DNA Marker nhnhậậnn didiệệnn gigiốốngng –– LLậậpp lylý ́ lịlịchch gigiốốngng
2
(Associating Markers) 4/ 4/ TìTìmm ddấấuu phânphân tưtử ̉ liênliên kkếếtt vvớớii cácácc t/trt/trạạngng (Associating Markers)
Qui trình của hệ thống bảo vệ bản quyền giống TV (Plant Variety Protection)
Breeding of Variety
Application
If not corrected
Order to Correct Application
Publication
Order to change the denomination
Invalidation of Application
Examination
Submission of Argument
Notification of Refusal
of
Variety Registration
Refusal
Registered in the Register Plant Varieties and publicly announced
Requirements are found to be not satisfied
Revocation
Payment
Fee is not paid
Protection for 25 or 30 years
Outline of the Plant Variety Protection System
Application
Breeder (candidate variety)
Grant PBR
Intellectual Property Division, MAFF ↓ Examination and Grant right
Plant Breeder's Right
NCSS: DUS Test
Civil remedies
Authorization
infringement
Prohibition, compensate for damages, restoration of confidence, etc.
License Fee
Criminal penalties Imprisonment
and/or fine
User
(Customs Law)
Unauthorized user
Control of export and import of varieties that infringe the breeder's right at the customs
3
Examinations
Examinations
DUS Test
Growing Test
NCSS
On-site Inspection
Documentary Examination (Include Foreign Report)
Denomination
Novelty
TiêuTiêu chuchuNNnn củcủaa 1 1 gigiốốngng mmớớii
(Theo qui định của Bộ Quebec – Canada)
1 giống đậu nành mới (cây tự thụ) = Có ít nhất 5% khác biệt (về di truyền) so với các giống đang được phổ biến
SSR = Marker thường được sử dụng trong nhận diện giống
Ưu điểm của SSR:
+ Mức độ đa dạng rất cao (nhiều alen/locus)
+ Tính ổn định cao
+ Tương đối dễ sử dụng và rẽ tiền
4
+ 1 band/1 locus – Codominant - vị trí đã được x/định
KKếếtt quả
quả SSR minh
SSR minh họhọaa
5
>/= 5 alen / 1 locus
N hận diện giống lúa mì bằng Protein
F1
F1
6
nghiên cứứu u
ng DN A marker để để nghiên c ỨỨng dng dụụng DN A marker đa đa dạdạng di truy ng di truyềềnn (Genetic Diversity) (Genetic Diversity)
ĐaĐa dạdạngng didi truytruyềềnn (Genetic Diversity) (Genetic Diversity)
ĐaĐa dạdạngng = = khákhácc bibiệệtt (Polymorphism) (Polymorphism) ĐaĐa dạdạngng didi truytruyềềnn = = MMứứcc đôđộ ̣ phong ng/loààii trong cá ththểể/gi/giốống/lo gigiữữaa cácácc cá phong phuphú ́ vêvề ̀ cácácc khákhácc bibiệệtt didi truytruyềềnn trong 1 1 ququầầnn thêthể ̉ hay 1 hay 1 ngânngân hàhàngng giengien
ỨỨngng dụdụngng củcủaa nghiên nghiên ccứứuu vêvề ̀ đađa dạdạngng didi truytruyềềnn = = HiHiểểuu rorõ ̃ mmứứcc đôđộ ̣ phong phuphú ́ củcủaa ququầầnn thêthể ̉ đêđể ̉ xáxácc đđịịnhnh:: phong
7
+ + chichiếếnn llượượcc bảbảoo ttồồnn (Conservation) (Conservation) + + khaikhai tháthácc ngunguồồnn giengien trong (Breeding) trong lailai tạtạo/cho/chọọnn gigiốốngng (Breeding)
Ưu điểm của Dấu ADN trong nghiên cứu về đa dạng di truyền
100 cá thể - 100 polymorphic locus/ tuần
(AFLP marker – Robinson and Harris, 1999)
Khả Khả năng phân bi
t (Differential Capacity) năng phân biệệt (Differential Capacity)
Multiplex – Đọc trình tự ADN tự động (Automate Sequencing) (cid:1) 70.000 kiểu gien/tuần (AFLP marker - Myburg et al., 2001)
RFLPRFLP RAPDRAPD AFLPAFLP SSRSSR
ng (Genus) GiGiữữa ca cáác gic giốống (Genus) ++ -- -- --
GiGiữữa ca cáác lc loàoài/gi i/giốốngng ++ +/+/-- +/+/-- +/+/--
Trong cùùng 1 Trong c ng 1 loàloàii ++ ++++ ++++++ ++++++
8
(Weising et al., 1995)
nh giá á Đa Đa dạdạng di truy
ng di truyềềnn di truyềềnn (cid:1)(cid:1) ThiThiếết lt lậập pp phả hả hhệ ệ ((Structuration) Structuration)
ĐĐáánh gi quan hệ ệ di truy ự khác bic biệệt di truy
t di truyềềnn (cid:1)(cid:1) Mô tMô tả ả (Description) (Description) √√√√√√√√ ĐĐáánh gi √√√√√√√√ ĐĐáánh gi nh giá á quan h nh giá á ssự khá
ng nhau) Similarity Index (h(hệ ệ ssố ố gigiốống nhau) Similarity Index c nhau) ố khác nhau) /Dissimilarity Index (h(hệ ệ ssố khá /Dissimilarity Index
Genetic Distance (kho ch DT) (khoảảng cng cáách DT)
Graphique (đồ thi 2D) Dendrogramme (sơ đồ cành cây)
Description Structuration
(Karps et al., 1997)
2D (Graph) Đồ thị 2D (Graph) Đồ thị Genetic Distance (Kh/cách DT) (cid:1) Geometric Distance (Kh/cách h/học)
2
D
11
Bộ sưu tập giống đậu nành ở Bắc Mỹ
RAPD và SSR
(Trích từ tài liệu của Brown-Guedira et al., 2000)
9
nh giá á ssự ự ĐĐáánh gi khákhác bic biệệtt gi giữữa a cácác gic giốống ng (genotypes) (genotypes)
nh cây (Dendrogramme) Sơ đSơ đồ càồ cành cây (Dendrogramme)
(Trích từ tài liệu của Karp et al., 1997)
Đánh giá mối quan hệ về di truyền giữa các kiểu gien (genotypes) trong 1 quần thể tự nhiên được bảo quản ex situ
(cid:1) Tìm ra chiến lược bảo quản và sử dụng
ĐaĐa dạdạngng didi truytruyềềnn (Genetic Diversity) (Genetic Diversity)
phong phuphú ́ vêvề ̀ cácácc khákhácc bibiệệtt didi truytruyềềnn ĐaĐa dạdạngng = = khákhácc bibiệệtt (Polymorphism) (Polymorphism) ĐaĐa dạdạngng didi truytruyềềnn = = MMứứcc đôđộ ̣ phong cá ththểể/gi/giốống/lo gigiữữaa cácácc cá ng/loààii
ỨỨngng dụdụngng củcủaa nghiên nghiên ccứứuu vêvề ̀ đađa dạdạngng didi truytruyềềnn = = HiHiểểuu rorõ ̃ mmứứcc đôđộ ̣
10
trong lailai tạtạo/cho/chọọnn gigiốốngng phong phuphú ́ củcủaa ququầầnn thêthể ̉ đêđể ̉ tìtìmm rara:: phong + + ChiChiếếnn llượượcc bảbảoo ttồồnn (Conservation) (Conservation) + + ChiChiếếnn llượượcc khaikhai tháthácc ngunguồồnn giengien trong (Breeding) (Breeding)
Some History…
Chiến lược bảo tồn đa dạng di truyền
Nikolai IvanovichVavilov (1887-1943) Prominent Russian botanist and geneticist best known for having identified the centres of origin of cultivated plants. He devoted his life to the study and improvement of wheat, corn, and other cereal crops that sustain the global population.
Trung tâm khởi nguyên – Đa dạng Di Truyền
Rice
Potato
Maize
11
SSự ự ccầần thi
n thiếết pt phảhải bi bảảo to tồồn đa
n đa dạdạng di truy
ng di truyềền !!!n !!!
Sự phá hủy rừng do khai thác Giống được cải thiện thường có cùng cha (mẹ) (cid:2) mức độ đa dạng DT thấp
8% loài đã bị biến mất trong vòng 25 năm Mất dần những giống địa phương
Vấn nạn vì bị
mất dần đa dạng DT
ng di tuyềền n để để ssử ử
BảBảo qo quảuảnn = G= Giiữ gìữ gìn tn tốối đa s dụdụng trong tương lai
i đa sự ự đa đa dạdạng di tuy ng trong tương lai (ch(chọọn tn tạạo gio giốống)ng)
(IBPGR, 2000)
ex situ in situ
• N gân hàng giống • Khu bảo tồn thiên nhiên
• Vườn tiêu bản • Bảo quản tại vườn của nông dân • In vitro
12
200 N gân hàng giống quốc gia/3.600.000 giống (accessions) >100 loài cây trồng và loài hoang (Eigenbrode,1996)
N gân hàng gien (Genebanks) và Ứng dụng
N gân hàng (Genebanks) Khảo sát đặc điểm (Characterization)
Đánh giá ngoài đồng (Evaluation)
Chọn giống (Breeding)
Phổ biến (Distribution)
Cơ quan Cơ quan LoàLoài TVi TV SSố ố llượượng gi ng giốốngng
CIMMYT CIMMYT LúLúa a mìmì 79912 79912
CIPCIP Khoai tây Khoai tây 5057 5057
ICARDA ICARDA Cây thứức ăn gia Cây th c ăn gia súsúcc 24580 24580
ICRISAT ICRISAT Cao lương Cao lương 35780 35780
(Consultative Group on International Agricultural Research, 2000)
IRRI IRRI LúLúaa 80618 80618
13
Số lượng giống được bảo quản rất lớn và phải được nhân giống định kỳ (cid:2) rất tốn kém (kinh phí, nhân lực…)
minium size Core Collection = = minium size Core Collection
/maximum diversity
Advantages in management and utilization
10% accessions 70% alleles
How to construct ?
Primary Collection
Genetic Diversity Informations ?
(Brown, 1989; Frankel, 1984)
ChiChiếếnn llượượcc khaikhai tháthácc ngunguồồnn giengien trong lailai tạtạo/cho/chọọnn gigiốốngng trong
2
D
11
(Trích từ Brown-Guedira et al., 2000)
14
Lai Lai tạtạoo gigiữữaa cácácc ngunguồồnn vvậậtt liliệệuu càcàngng xaxa nhaunhau (cid:1)(cid:1) ttậậpp họhọpp đđượượcc nhinhiềềuu đđặặcc títínhnh ttốốtt
DN A Marker đêđể ̉
ỨỨngng dụdụngng DN A Marker LLậậpp bảbảnn đôđồ ̀ didi truytruyềền/bn/bảảnn đôđồ ̀ liênliên kkếếtt (Genetic Map/Linkage Map) (Genetic Map/Linkage Map)
Bản đồ (Map)
Mục đích: Khi cần xác định 1 vị trí nào đó cần tìm ?
Bản đồ = + Điểm mốc + Khoảng cách
15
Bản đồ càng chi tiết (cid:1) càng dễ sử dụng
Các loại bản đồ di truyền
(Physical Map)
+ Bản đồ liên kết (Linkage Map=Genetic Map) (đơn vị = cM) + Bản đồ ‘thực thể’ (Physical Map) (đơn vị= N u.)
Bản đồ liên kết (Genetic Map, Linkage map)
• Khoảng cách = Tần số tái tổ hợp
Tần số trao đổi chéo (recombination frequencies)
Khoảng cách di truyền giữa 2 gien = Tần số TTH giữa 2 gien đó Khoảng cách DT (cM) = khoảng cách tương đối // không phải là khoảng cách thực tế (tính bằng N u)
16
• Điểm mốc = dấu ADN (RFLP, AFLP, SSR…)
Single crossovers
gien = L= Lậập bp bảản đn đồ ồ DTDT
XXáác đc địịnh vnh vịị trtríí gien
Trao đổi chéo = cơ sở x/định khoảng cách và trình tự giữa các gen Các bước tiến hành (lập bản đồ):
- Lai tạo = tạo quần thể phân ly - Dựa trên tỉ lệ phân ly (cid:2) x/định nhóm gien liên kết - Dựa vào tần số tái tổ hợp (cid:2) x/định vị trí và k/cách giữa các gien
A C B
AC + CB = AB
C A B
CB – CA = AB (CB > CA)
A B C
CA – CB = AB (CA > CB)
Các vị trí tương đối có thể có giữa 3 gien A, B và C
Trao đổi chéo xảy ra ít hơn
Trao đổi chéo xảy ra nhiều hơn
17
Morphologic markers for the tomato genome (Classical set of genetic markers)
align perfectly except for a few inversions (indicated by arrows)
18
Genetic map of Tomato (in this case, the maps of potato and tomato are aligned, and the markers
ƯuƯu điđiểểmm củcủaa bảbảnn đôđồ ̀ giengien đđượượcc thithiếếtt llậậpp ddựựaa trêntrên cácácc DN A marker DN A marker:: + + ĐôĐộ ̣ phânphân giảgiảii caocao ((bảbảnn đôđồ ̀ chi chi titiếếtt)) + C+ Có ó thêthể ̉ so so sásánhnh vvớớii bảbảnn đôđồ ̀ ‘‘physic physic’’ (cid:1)(cid:1) xáxácc đđịịnhnh vị trí ở vị trí ở mmứứcc đôđộ ̣ N u.N u.
TìTìmm DN A Marker
DN A Marker liênliên kkếếtt vvớớii títínhnh trạtrạngng
(Associating Marker) (Associating Marker)
19
vị trí củcủaa cácácc giengien qui qui đđịịnhnh cácácc títínhnh trạtrạngng mongmong mumuốốnn (Position vị trí củcủaa giengien trêntrên bảbảnn đôđồ ̀ đêđể ̉ phânphân llậậpp giengien (Position ỨỨngng dụdụngng củcủaa bảbảnn đôđồ ̀ didi truytruyềềnn:: + + XáXácc đđịịnhnh vị trí + + DDựựaa vàvàoo vị trí Cloning) Cloning)
nh trạạng sng số ố llượượng (Quantitative Trait) = nh trạạng đo ng đo đếđếm m ng (Quantitative Trait) = TíTính tr ng Protein……) t) thhườường do nhi u gien cùùng ng ng do nhiềều gien c i gien đóóng gng góóp 1p 1 ả ảnh nh ưởưởng nh ng nhỏ vàỏ vào o TíTính tr (N /suấất, t, hàhàm lm lượượng Protein (N /su tham gia kiểểm sm soáoát (t (mmỗỗi gien đ tham gia ki bibiểểu hiu hiệện cn củủa ta tíính tr nh trạạngng
ng tham gia ng gien cùùng tham gia QTL (Quantitative Trait Loci) = N hN hữững gien c QTL (Quantitative Trait Loci) = nh trạạng sng số ố llượượngng kikiểểm sm soáoát 1t 1 tí tính tr
ng, chúhúng ta không x ng ta không xáác đc địịnh (n nh (nhhậận din diệện)n) đ đượược c Thông thườường, c Thông th cácác gien ki c gien kiểểm sm soáoát tt tíính tr nh trạạngng
n ADN đã ã đđượược bic biếết rt rõ õ c marker (nhnhữững đng đoạoạn ADN đ để ‘‘giágián tin tiếếpp’’ xá xác c gien) để c trên bộ ộ gien) Thông qua cáác marker ( Thông qua c trìtrình tnh tự và vị trí chí đđịịnh vnh vị trí củ ự và vị trí chính xnh xáác trên b ị trí của ca cáác QTL c QTL (cid:2)(cid:2) QTL mapping QTL mapping
Recombination between unlinked genes by independent assortment (left) and linked genes by crossing-over (right) from testcross
2 chromosomes 2 genes ––––2 chromosomes 2 genes 2 chromosomes 2 chromosomes 2 genes 2 genes
1 chromosome 2 genes ––––1 chromosome 2 genes 1 chromosome 1 chromosome 2 genes 2 genes
Genotypic frequency in progeny = Gamete frequency in heterozygous individual
20
RR
SS
P:P: Đánh giá KH
R S
Kháng (R)//N hiễm (S)
F1:F1:
RR
R S
R S
SS
R S
RR
SS
R S
F2:F2:
RR
SS
RR
SS
RR
RR
SS
SS
ĐĐáánh gi
nh giá á kikiểểu gien (
u gien (Marker)
Marker) -- So
So sásánh KH v
nh KH và à KGKG
R R R R S S S S
R
S
A1A1
A2A2
A2A2 A1A1
B2B2
B1B1
B2B2 B1B1
Tất cả B1 = kháng // tất cả B2 = nhiễm (cid:2) Marker B liên kết với gien qui định tính kháng/nhiễm bệnh
(cid:1) Marker B liên kết tính kháng = Marker B nằm gần gien kháng trên cùng 1 N ST
21
F6:F6:
Recombination between unlinked genes by independent assortment (left) and linked genes by crossing-over (right) from testcross
2 chromosomes 2 genes ––––2 chromosomes 2 genes 2 chromosomes 2 chromosomes 2 genes 2 genes
1 chromosome 2 genes ––––1 chromosome 2 genes 1 chromosome 1 chromosome 2 genes 2 genes
Genotypic frequency in progeny = Gamete frequency in heterozygous individual
AFLPs
Y (R)
O (S)
22
23
XáXácc đđịịnhnh Marker
Marker liênliên kkếếtt títínhnh trạtrạngng
ĐốĐốii TTượượngng
lương ththựựcc ((BBắắpp, , lúlúaa, , lúlúaa
hà họ đđậậuu ((đđậậuu nànànhnh, , đđậậuu hà
dương, , cảcảii CâyCây lương mìmì, , lúlúaa mạmạchch)) CâyCây họ lanlan……)) CâyCây llấấyy ddầầuu ((HHướướngng dương ddầầuu……)) TíTínhnh TrạTrạngng TíTínhnh trạtrạngng năngnăng susuấấtt ((sôsố ́ trátráii, , sôsố ́ hạhạtt……)) TíTínhnh khákhángng sâusâu bbệệnhnh TíTínhnh thíthíchch nghi nghi ((chchốốngng chịchịuu lạlạnhnh, , khôkhô hạhạnn, , phèphènn, , mmặặnn……)) ChChấấtt llượượngng ((ddầầuu, protein, , protein, a.aa.a..)..)
̃ CâyCây gôgỗ
TTốốcc đôđộ ̣ sinhsinh trtrưởưởngng KháKhángng sâusâu bbệệnhnh
24
CáCácc câycây khákhácc CáCácc sảsảnn phphNNmm thưthứ ́ ccấấpp
Marker Assisted Selection (MAS)
RR
SS
R S
P:P:
F1:F1:
Dựa vào Marker để chọn lọc thay vì dựa vào KH: + Chính xác + N hanh + Ít tốn công sức
RR
R S
R S
SS
R S
RR
SS
R S
F2:F2:
RR
SS
RR
SS
RR
RR
SS
SS
F6:F6:
i ??? Câu hCâu hỏỏi ???
25
