Luận án Nghiên cứu chức năng của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông, phục vụ chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHỨC NĂNG CỦA QTL9 LIÊN QUAN ĐẾN CẤU TRÚC BÔNG, PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG LÚA NĂNG SUẤT CAO Ở VIỆT NAM

Ngành:

Công nghệ sinh học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu chức năng của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông, phục vụ chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam" giải quyết nhu cầu cấp thiết về tăng năng suất lúa, một cây trồng chủ lực đảm bảo an ninh lương thực. Năng suất lúa là một tính trạng phức tạp, được xác định bởi các yếu tố cấu thành chính như cấu trúc bông, bao gồm số lượng bông, số lượng hạt trên bông và khối lượng hạt. Việc hiểu rõ cơ chế di truyền kiểm soát sự phát triển bông lúa có ý nghĩa lớn trong chọn tạo giống.

Đề tài được thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen (GWAS) trước đây, đã xác định được 29 QTL tiềm năng liên quan đến cấu trúc bông lúa, trong đó có một QTL mới là QTL9. QTL9 nằm trên nhiễm sắc thể số 2, có chiều dài 780 kb và liên kết với hai tính trạng quan trọng ảnh hưởng đến năng suất là số gié cấp hai/bông (SBN) và số hạt/bông (SpN). Tuy nhiên, chức năng của các gen trong vùng QTL này chưa được nghiên cứu sâu.

Mục tiêu chung của luận án là xác định vai trò của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông lúa, từ đó ứng dụng vào các chương trình chọn tạo giống lúa năng suất cao tại Việt Nam. Để đạt được mục tiêu này, nghiên cứu đã chọn lọc các cặp lai bố mẹ mang QTL9 với hai haplotype tương phản về cấu trúc bông và tạo các quần thể lai (F1, F2, F3). Đồng thời, luận án đã phát triển bộ chỉ thị phân tử CAPS bao phủ vùng QTL9 để phân biệt kiểu gen và chọn lọc hiệu quả các cây F2 đồng hợp tử.

Kết quả nghiên cứu đã xác định được 4 giống lúa bản địa làm vật liệu lai tạo, thuộc hai haplotype của QTL9 với kiểu hình cấu trúc bông khác biệt (bông to và bông nhỏ). Bằng cách sử dụng công nghệ chụp gen và giải trình tự thế hệ mới, luận án đã phát hiện 12 SNP trong vùng QTL9 và phát triển thành công 3 chỉ thị phân tử CAPS đa hình (CAPS 1, CAPS 5, CAPS 11) cho phép chọn lọc các dòng F2 đồng hợp tử mang kiểu gen QTL9 của bố hoặc mẹ ngay ở thế hệ thứ 2. Phân tích kiểu hình cấu trúc bông của quần thể F3 khẳng định QTL9 có tham gia vào việc quy định kiểu hình cấu trúc bông, đặc biệt là hai tính trạng số gié cấp hai/bông và số hạt/bông, với các cá thể mang QTL9 haplotype H2 có xu hướng bông to, nhiều hạt hơn so với haplotype H1. Đây là một trong những công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu chức năng của QTL9 mới này, cung cấp công cụ và vật liệu giá trị, kiến nghị đưa QTL9 và bộ chỉ thị CAPS vào ứng dụng trong chương trình chọn tạo giống lúa năng suất cao.

Mục lục chi tiết:

• Bố cục của luận án

  • Luận án gồm 133 trang (không kể phần phụ lục):
  • Mở đầu (05 trang)
  • Chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài (30 trang)
  • Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu (18 trang)
  • Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (58 trang)
  • Kết luận và đề nghị (02 trang)
  • Tài liệu tham khảo (20 trang), sử dụng 08 tài liệu Tiếng Việt, 121 tài liệu Tiếng Anh, 09 tài liệu Internet.
  • Luận án có 16 bảng, 32 hình và 04 phụ lục, 04 công trình đã công bố.

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

  • 1.1. Tầm quan trọng của cây lúa
  • 1.2. Tính trạng năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất
  • 1.3. QTL và lập bản QTL
  • 1.4. Các QTL liên kết với tính trạng năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất ở lúa
  • 1.5. Các quần thể lập bản đồ QTL liên quan đến tính trạng năng suất lúa
  • 1.6. Cấu trúc bông lúa và các QTL/gen liên quan đến cấu trúc bông lúa
  • 1.6.1. Cấu trúc bông lúa
  • 1.6.2. Các QTL/gen liên quan đến cấu trúc bông lúa
  • 1.7. Chỉ thị phân tử CAPS và ứng dụng trong nghiên cứu lập bản đồ QTL liên quan đến tính trạng năng suất lúa
  • 1.8. Đa hình nucleotit đơn (Single Nucleotide Polymorphism - SNP)
  • 1.9. Tìm kiếm SNPs trong vùng genom mục tiêu bằng công nghệ chụp gen kết hợp với giải trình tự thế hệ mới
  • 1.10. Nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen (GWAS), tiềm năng ứng dụng nghiên cứu về các tính trạng nông học phức tạp ở lúa
  • 1.10.1. Phương pháp nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen GWAS
  • 1.10.2. Ứng dụng nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen
  • 1.11. Haplotype và phương pháp phân tích haplotype

• CHƯƠNG II. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Vật liệu và các thiết bị trong nghiên cứu
  • 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu
  • 2.1.2. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
  • 2.2. Thời gian và địa điểm
  • 2.3. Nội dung nghiên cứu
  • 2.3.1. Nội dung 1: Chọn lọc các cặp lai bố mẹ và lai tạo quần thể F₁
  • 2.3.2. Nội dung 2: Phát triển chỉ thị phân tử CAPS để chọn lọc các cây F2 mang QTL9 đồng hợp thuộc hai haplotype bố hoặc mẹ
  • 2.3.3. Nội dung 3: Chọn lọc các cây F2 mang QTL9 đồng hợp thuộc hai haplotype bố hoặc mẹ bằng chỉ thị phân tử CAPS
  • 2.3.4. Nội dung 4: Phân tích kiểu hình cấu trúc bông của hai quần thể F3 thuộc hai haplotype bố hoặc mẹ
  • 2.4. Phương pháp nghiên cứu
  • 2.4.1. Phân tích haplotype vùng QTL9 của tập đoàn lúa sử dụng trong nghiên cứu GWAS và xác định các giống lúa bố mẹ để tạo quần thể lai F1
  • 2.4.2. Phương pháp tạo các quần thể lai
  • 2.4.3. Chọn lọc cây F₁ bằng chỉ thị phân tử SSR
  • 2.4.3.1. Thu thập mẫu và tách chiết DNA
  • 2.4.3.2. Phản ứng PCR với cặp mồi SSR
  • 2.4.4. Xác định các SNPs trong vùng QTL9 ở các giống bố mẹ bằng phương pháp chụp gen (Gene capture) kết hợp với giải trình tự thế hệ mới
  • 2.4.5. Phát triển chỉ thị phân tử CAPS
  • 2.4.6. Chọn lọc các cây F2 mang QTL9 đồng hợp thuộc hai haplotype bố hoặc mẹ bằng chỉ thị phân tử CAPS
  • 2.4.6.1. Tách chiết DNA
  • 2.4.6.2. Phản ứng PCR với cặp mồi CAPS
  • 2.4.6.3. Cắt sản phẩm PCR bằng enzyme giới hạn tương ứng
  • 2.4.7. Phương pháp bố trí thí nghiệm và các chỉ tiêu theo dõi ngoài đồng ruộng
  • 2.4.8. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu

  • CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

    • 3.1. Chọn lọc các cặp lai bố mẹ và lai tạo quần thể F1
    • 3.1.1. Phân tích haplotype vùng QTL9 của tập đoàn lúa sử dụng trong nghiên cứu GWAS, chọn lọc các giống lúa bố mẹ làm vật liệu lai tạo
    • 3.1.2. Tạo quần thể lai F₁ và chọn lọc cây F₁ bằng chỉ thị phân tử SSR
    • 3.1.2.1. Tạo quần thể F₁
    • 3.1.2.2. Chọn lọc chỉ thị phân tử SSR cho đa hình giữ hai giống lúa bố mẹ
    • 3.1.2.3. Chọn lọc cây F₁ bằng chỉ thị phân tử SSR
    • 3.2. Phát triển chỉ thị phân tử CAPS để chọn lọc các cây F2 mang QTL9 đồng hợp thuộc hai haplotype bố hoặc mẹ
    • 3.2.1. Xác định các SNPs trong vùng QTL9 của hai giống bố mẹ để phát triển chỉ thị phân tử CAPS
    • 3.2.2. Phát triển chỉ thị phân tử CAPS
    • 3.3. Chọn lọc các cây F2 đồng hợp tử mang QTL9 của bố hoặc mẹ bằng chỉ thị phân tử CAPS
    • 3.3.1. Xác định chỉ thị phân tử CAPS cho đa hình giữa hai giống lúa bố mẹ
    • 3.3.2. Chọn lọc các cây F2 đồng hợp tử mang QTL9 của bố hoặc mẹ bằng chỉ thị phân tử CAPS
    • 3.4. Phân tích kiểu hình cấu trúc bông của hai quần thể F3 thuộc hai haplotype bố hoặc mẹ

  • KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

    • 1. Kết luận
    • 1.1. Phân tích haplotype vùng QTL9 đã xác định được 04 giống lúa làm bố mẹ thuộc hai haplotype H1, H2 có cấu trúc bông khác biệt (bông to và bông nhỏ). Trong đó giống có cấu trúc bông to (G189, G205) thuộc H2 làm cây bố và giống có cấu trúc bông nhỏ (G6, G19) thuộc H1 làm cây mẹ và lai tạo được 04 quần thể lai F₁ từ 04 giống lúa đã chọn lọc. Chọn được 7/12 chỉ thị SSR cho đa hình giữa các giống bố mẹ sử dụng để chọn lọc cây F1. Đã xác định được: 12/20 cây lai F₁ của cặp G6 x G189 nhờ 3 chỉ thị RM320, RM180, RM491; 11/20 cây lai F₁ của cặp G6 x G205 nhờ 2 chỉ thị RM320, RM180; 17/20 cây lai F₁ của cặp G19 x G189 nhờ 3 chỉ thị RM289, RM592, RM204; 11/20 cây lai F1 của cặp G19 x G205 nhờ 3 chỉ thị RM289, RM592, RM204.
    • 1.2. Đã phát triển được được 3 chỉ thị phân tử CAPS bao phủ vùng QTL9: CAPS 1, CAPS 5, CAPS 11 cho đa hình giữa các giống bố mẹ để chọn lọc các cây F2 đồng hợp tử.
    • 1.3. Đã tạo được quần thể F2 gồm 275 cá thể bằng ba chỉ thị phân tử CAPS; chọn lọc được 74 cây F2 đồng hợp tử thuộc H1, 66 cây F2 đồng hợp tử thuộc H2, chiếm tỷ lệ 50,9% bằng ba chỉ thị phân tử CAPS. Các cây F2 đồng hợp tử được phát triển tạo quần thể F3_H1 và F3_H2 để đánh giá cấu trúc bông.
    • 1.4. Phân tích kiểu hình cấu trúc bông của hai quần thể F3 gồm 1.568 cá thể đồng hợp tử mang kiểu gen QTL9 của bố hoặc của mẹ đã xác định được QTL9 có tham gia vào việc quy định kiểu hình cấu trúc bông, đặc biệt là hai tính trạng số gié cấp hai/bông và số hạt/bông. Những cá thể mang QTL9 thuộc H1 có xu hướng mang cấu trúc bông nhỏ và những cá thể mang QTL9 thuộc H2 có xu hướng mang cấu trúc bông to.
    • 2. Kiến nghị
    • Đưa QTL9 và bộ chỉ thị phân tử CAPS ứng dụng vào chương trình chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam.