Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Sinh học: Tạo dòng chịu hạn và phân lập gen Cystain liên quan đến tính chịu hạn ở cây lạc (Arachis hypogaea L.)

Luận án Tiến sĩ Sinh học: Tạo dòng chịu hạn và phân lập gen Cystain liên quan đến tính chịu hạn ở cây lạc (Arachis hypogaea L.) nhằm nghiên cứu tạo được dòng lạc có khả năng chịu hạn cao hơn giống gốc bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật; xác định được sự khác biệt trong trình tự của gen Cystain giữa dòng lạc chọn lọc có nguồn góc từ mô sẹo và các giống lạc có khả năng chịu hạn khác nhau.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Sinh học: Tạo dòng chịu hạn và phân lập gen Cystain liên quan đến tính chịu hạn ở cây lạc (Arachis hypogaea L.) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN VŨ THỊ THU THỦY TẠO DÒNG CHỊU HẠN VÀ PHÂN LẬP GEN CYSTAIN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU HẠN Ở CÂY LẠC (Arachis hypogaea L.) Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 62.42.70.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Thái Nguyên - 2011 0 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Lạc (Arachis hypogaea L.) là cây thực phẩm, cây công nghiệp lấy dầu, được nhiều quốc gia trên thế giới có nhu cầu ngày càng mở rộng phát triển sản xuất. Cây lạc thuộc nhóm cây đậu đỗ có khả năng chịu hạn kém. So với nhiều cây trồng khác, cây lạc có nhu cầu đặc biệt về nước bởi rễ lạc không có lông hút, quả lạc hình thành dưới đất. Kết quả thống kê cho thấy, ở nước ta sản suất lạc chiếm khoảng 40% tổng diện tích đất gieo trồng các cây công nghiệp ngắn ngày, trong đó có 2/3 diện tích trồng lạc phụ thuộc vào nước trời. Đối với nhiều địa phương, cây lạc là cây trồng chính, tuy nhiên việc đầu tư cho sự phát triển ngành sản xuất lạc được đánh giá là chưa tương xứng với tiềm năng vốn có của nó. Có nhiều phương pháp cải tạo giống cây trồng, trong đó nuôi cấy mô tế bào thực vật là một kỹ thuật hiệu quả, cho phép ứng dụng và cải tiến nhiều đặc tính của cây trồng. Trong quá trình nuôi cấy do ảnh hưởng của môi trường, các tế bào có thể bị biến đổi vật chất di truyền. Nếu kết hợp với các tác nhân gây đột biến thì tần số phát sinh đột biến sẽ được tăng lên đáng kể. Điều này rất có ý nghĩa trong việc tạo ra nguồn vật liệu cho quá trình chọn giống. Hiệu quả việc ứng dụng công nghệ tế bào thực vật để nâng cao tính chống chịu với các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh liên tục được khẳng định. Ở Việt Nam, sự ra đời của 2 giống lúa DR1 và DR2 có khả năng chịu hạn, chịu lạnh tốt là minh chứng đầu tiên cho những khả năng đó. Tiếp sau là công trình nghiên cứu cải thiện khả năng chịu hạn, chịu muối ở cây mía của Yadav và đtg (2006), tăng khả năng chịu hạn cây lúa mỳ của Abdelsamad và đtg (2007) … Khả năng chịu hạn của thực vật là tính trạng do nhiều gen quy định, do vậy việc tìm kiếm và phân tích gen liên quan đến đặc tính chịu hạn được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Một số gen liên quan đến tính chịu hạn của cây trồng đã được phân lập và công bố như: gen LEA ở cây đậu tương và đậu xanh, gen P5CS ở cây đậu tương, gen cystatin ở cây đậu xanh, gen DREB ở cây Arabidopsis... Gen cystatin (CYS) của thực vật được công bố đầu tiên trên cây lúa bởi Abe và đtg (1987). Đến nay, gen CYS được phân lập ở nhiều loài thực vật bậc cao, cả ở cây một lá mầm và hai lá mầm (CYS ở đậu xanh, gen CYS ở khoai tây, gen CYS ở ngô). Các nghiên cứu về gen cystatin đã được bàn luận nhiều về mối liên quan của nó với khả năng chống chịu hạn, lạnh, mặn... 1 Từ những lý do trên và xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của việc chọn tạo giống lạc theo hướng nâng cao khả năng chịu hạn, chúng tôi đã tiến hành đề tài của luận án: “Tạo dòng chịu hạn và phân lập gen cystatin liên quan đến tính chịu hạn ở cây lạc (Arachis hypogaea L.)”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tạo được dòng lạc có khả năng chịu hạn cao hơn giống gốc bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật. − Xác định được sự khác biệt trong trình tự của gen cystatin giữa dòng lạc chọn lọc có nguồn gốc từ mô sẹo và các giống lạc có khả năng chịu hạn khác nhau. 3. Nội dung nghiên cứu − Sàng lọc dòng mô sẹo chịu mất nước dưới tác động của thổi khô và tác động của chiếu xạ tia gamma kết hợp với thổi khô. − Phân tích sự biến động một số tính trạng số lượng, chất lượng hạt và khả năng chịu hạn của các dòng chọn lọc. − So sánh và xác định sự sai khác trong hệ gen của các dòng chọn lọc bằng kỹ thuật RAPD. − Khuếch đại, tách dòng và xác định trình tự gen cystatin của dòng lạc chọn lọc và giống gốc. 4. Những đóng góp mới của luận án i) Luận án xây dựng được quy trình chọn dòng lạc chịu hạn theo cách sử dụng kết hợp các phương pháp nuôi cấy mô tế bào, gây đột biến bằng tia gamma và sử dụng chỉ thị phân tử RAPD; tách dòng và so sánh sự khác biệt trình tự gen cystatin liên quan đến tính chịu hạn. Quy trình này có thể rút ngắn thời gian cần thiết và nâng cao hiệu quả cho công tác chọn giống lạc. ii) Xử lý mô sẹo bởi tia gamma đã làm giảm chiều cao và tỷ lệ tái sinh cây, biến đổi màu sắc và hình dạng lá. Phát hiện được 5 chỉ thị RAPD đặc trưng cho hai dòng lạc chọn lọc RM47 và RM48: RM48/OPA07-750bp; RM48/OPA08-500bp; RM48/OPB05-900bp; RM48/UPC348-200bp; RM47/OPH08-250bp. Phát hiện gen cystatin của cây lạc thuộc nhóm I của phytocystatin, có có sự tương đồng cao nhất với cystatin của đậu xanh (81,3%), thấp nhất với cystatin của quả kiwi (42,9%). Gen có chứa 1 intron và 2 exon mã hóa cho protein có 98 amino acid. Cystatin của dòng RM48 có nguồn gốc từ mô sẹo được xử lý bởi tia gamma kết hợp với thổi khô 2 đã có 7 vị trí amino acid sai khác so với giống gốc L18. Sự thay thế amino acid của dòng RM48 bởi amino acid của giống gốc các ở vị trí 29 (Glu →Asp), 30 (His→Thr), 31 (Asn→Thr), 32 (Lys →Arg), 33 (Lys →Asn), 34 (Glu →Arg), 36 (Gly →Ala). iii) Xác định được sự khác biệt so với giống gốc L18 về khả năng chịu hạn của ba dòng lạc RM48, RM47, R46 có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước được xử lý bởi tia gamma (2krad) kết hợp với thổi khô liên tục 9 giờ trong hệ thống nuôi cấy in vitro. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học i) Kết quả nghiên cứu của luận án cung cấp dẫn liệu khoa học về ứng dụng công nghệ tế bào thực vật để cải tiến khả năng chịu hạn của cây lạc. Kỹ thuật chọn dòng tế bào chịu mất nước và xử lý mô sẹo để tăng tần số phát sinh đột biến. Cách tiếp cận và phương pháp đánh giá sự khác biệt của các ...