Đánh giá đa dạng di truyền và khả năng chịu hạn của một số giống lúa

Đề tài được thực hiện nhằm đánh giá sự đa dạng di truyền và khả năng chịu hạn ở lúa (Oryza sativa L.). Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn cho thấy các giống lúa được tập hợp thành ba nhóm chính bao gồm các nhóm chịu hạn cao, trung bình và dưới trung bình và thấp. Phân tích đa dạng di truyền của 75 giống lúa sử dụng 40 dấu SSR phân bố trên 12 nhiễm sắc thể cho thấy mức độ đa dạng di truyền cao của các giống lúa được quan sát bởi các chỉ số.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá đa dạng di truyền và khả năng chịu hạn của một số giống lúa VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA Hoàng Bá Tiến1, Nguyễn Trọng Khanh1, Nguyễn Anh Dũng1, Lại Văn Nhự1, Nguyễn Xuân Vi1, Nguyễn Quang Vụ1, Phạm Văn Tính1, Lã Tuấn Nghĩa2, Nguyễn Kiến Quốc2 (1) Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm (2) Trung tâm Tài nguyên Thực vật SUMMARY Evaluation of genetic diversity and drought tolerance in rice (Oryza sativa L.) The results of drought tolerance evaluation indicated that the rice varieties which were clustered into three major groups that comprising of the high, medium, and under medium and low drought tolerance groups. Analysis of genetic diversity of 75 rice varieties using 40 SSR markers which distributed on 12 chromosomes which indicated that the high genetic diversity of rice varieties that was observed by the indexes: the average number of total bands was of 74,925 DNA bands per markers and 285 different alleles (average of 7,1 alleles per SSR loci). PIC index of each locus varied from 0,000 (with an allele per SSR loci) to 0,903 (with 12 alleles per SSR locus) and average of 0,698. The analysis of relation between the genetic diversity and the drought resistance showed similarities between genotype and phenotype, the linkage was observed at similarity level of 0,75. Keywords: Drought, Drought tolerance, genetic diversity, Oryza sativa L., SSR marker. I. ĐẶT VẤN ĐỀ * Hạn hán hoặc thiếu nước tưới không chỉ xảy ra ở những vùng khô hạn, đồi núi, mà thỉnh thoảng, do sự phân bố lượng mưa không đều trong năm, một số nơi ở đồng bằng cũng bị hạn hán gây tác hại không nhỏ tới sự sinh trưởng, phát triển và năng suất, cũng như sản lượng lúa (Kumar and Singh, 1998). Mặt khác, trước sự phát triển nhanh của công nghiệp và các khu đô thị, cùng với sự tác động tiêu cực của hiện tượng biến đổi khí hậu, các nhà khí tượng học tin chắc rằng ngay cả những vùng nhiệt đới có lượng mưa nhiều như Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam, thì hiện tượng thiếu hụt nước cũng sẽ xảy ra trong tương lai không xa. Điều này sẽ gây tác hại rất lớn tới nền sản xuất lúa của nước ta. Những phân tích di truyền, phân tử và sinh lý đã giúp cho việc xác định một số yếu tố liên quan đến cơ chế chịu hạn, ví dụ như tăng hiệu quả sử dụng nước, điều chỉnh áp suất thẩm thấu, đóng mở khí khổng (Serraj et al., 2009). Đối với cây ngũ cốc, đặc biệt là cây lúa thì giai đoạn sinh trưởng sinh thực, bao gồm thụ phấn và thụ tinh, là giai đoạn mẫn cảm nhất và giảm năng suất nhiều nhất khi bị thiếu hụt nước (Kumar and Singh, 1998). Để Người phản biện: ThS. Dương Xuân Tú. 274 có thể tồn tại, sinh trưởng phát triển và cho năng suất trong điều kiện hạn, cây trồng có một cơ chế thích nghi và né tránh tác hại của sự thiếu nước (Thomashow, 1999). Bởi vì các giống lúa khác nhau có những cơ chế và phản ứng sinh lý khác nhau đối với hạn hán và có sự đa dạng rất lớn giữa các giống lúa liên quan đến sự mẫn cảm và chống chịu hạn. Ứng dụng công nghệ sinh học trong đó có việc sử dụng chỉ thị phân tử SSR cho nghiên cứu về đa dạng di truyền ở lúa nhằm phục vụ cho công tác chọn tạo giống bằng chỉ thị phân tử đã được thực hiện nhiền trên thế giới cũng như ở Việt Nam (Yawen Zeng, et al., 2007; Lã Tuấn Nghĩa và cs., 2012; Vũ Thị Bích Huyền và cs. 2013; ) và đã đạt được những kết quả rất khả quan và đem lại hiệu quả chọn tạo giống cao (Zhang et al., 2006). Việc nghiên cứu sự đa dạng di truyền và khả năng chịu hạn của nguồn gen lúa sẽ giúp các nhà chọn giống lúa có đầy đủ thông tin về vật liệu để lựa chọn cặp bố mẹ thích hợp cho việc lai tạo giống lúa chịu hạn. II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu Vật liệu nghiên cứu là 75 giống lúa đã được thu thập và lưu giữ trong vườn tập đoàn lúa của Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm (bảng 1); Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ nhất OM6677 là giống chuẩn mẫn cảm với hạn (ký hiệu là MC), WAB880-1-38-18-18-P1-HB là giống chuẩn kháng hạn (ký hiệu là CK); 40 cặp mồi SSR (bảng 2) thuộc các locus RM được chọn lọc từ bộ mồi SSR vị trí phân bố của các locus trên 12 nhiễm sắc thể khác nhau đã được công bố (McCouch et al., 2002). 2.2. Phương pháp nghiên cứu Tách chiết ADN tổng số được áp dụng theo phương pháp của Keb-Llanes (2002). Phản ứng PCR được tiến hành theo phương pháp của Kanagarai et al. (2010) có cải tiến trên máy PCR PTC-100 (MJ Research Inc, Mỹ) theo chu trình nhiệt: 940C (4 phút); 35 chu kỳ của 1 phút 940C; 1 phút 550C - 590C (tùy thuộc Tm của mồi); 2 phút 720C và bước cuối cùng 720C trong 10 phút. Sản phẩm được kiểm tra trên gel agarose 1 % và tiếp tục được phân tích tren gel polyacrylamide. Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn được tiến hành trong phòng thí nghiệm của Bộ môn Sinh lý, Sinh hóa và CLNS, Viện Cây lương thực và CTP, Hải Dương. Hạt thóc của 75 giống lúa được cho nảy mầm trong dung dịch 1% saccarin và 3% KClO3; Khả năng chịu hạn của các giống lúa được đánh giá dựa theo phương pháp của IRRI (SES, 2002). Kết quả phân tích DNA được thống kê dựa vào sự xuất hiện hay không xuất hiện của các băng DNA. Xác định hệ số tương đồng di truyền Jaccard, thiết lập sơ đồ hình cây để so sánh hệ số tương đồng di truyền giữa 75 giống lúa theo phương pháp UPGMA trong NTSYSpc 2.1 (Rohlf, 2001). Chỉ số đa hình PIC (Polymorphic Information Content) cho mỗi locus được tính theo công thức của Nei (Nei, 1973): PIC (i) = 1∑Pi2. Trong đó: Pi là tần số xuất hiện của alen thứ thứ i. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá khả năng kháng hạn của các giống lúa Qua theo dõi thí nghiệm 75 mẫu giống lúa được xử lý hạt thóc trong dung dịch 1% saccarin và 3% KClO3, kết quả thu được thể hiện ở Bang1 và hình 1. Tỷ lệ nảy mầm khi hạt thóc được xử lý bằng 1% saccarin biến động từ 0 - 98%; 24 giống có tỷ lệ nảy mầm ≥ 70%; 19 giống có tỷ lệ nảy mầm khá biến động từ 50 - 69,9% ; còn lại là 32 giống có tỷ lệ nảy mầm trung bình và kém có tỷ lệ nảy mầm < 50%. Tỷ lệ nảy mầm sau khi xử lý hạt bằng 3% KClO3 biế ...