Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

VIỆN SINH THÁI TÀI NGUYÊN SINH VẬT
******************

NGUYỄN THỊ LY
NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN TẬP ĐOÀN
GIỐNG LÚA CHẤT LƢỢNG BẢN ĐỊA VIỆT NAM BẰNG
CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR

Chuyên ngành: Sinh học Thực nghiệm
Mã số: 60420114 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Khuất Hữu Trung
HÀ NỘI, 2013
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Khuất Hữu Trung
cùng ban lãnh đạo Viện Di truyền Nông nghiệp và tập thể Bộ môn Kỹ thuật
Di truyền – Viện Di truyền Nông nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo và cán bộ
công tác tại Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Phòng đào tạo Sau đại
học – Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật đã dạy dỗ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trƣờng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ii
LỜI CAM ĐOAN iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC BẢNG x
DANH MỤC HÌNH xi
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1.Vài nét sơ lƣợc về cây lúa 4
1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố của cây lúa 4
1.1.2. Phân loại lúa 6
1.2. Tài nguyên di truyền lúa Việt Nam 10
1.3. Các giống lúa chất lƣợng trên thế giới và ở Việt Nam 12
1.3.1. Các yếu tố cấu thành đặc tính chất lượng của lúa 14
1.3.2. Một số nghiên cứu về lai tạo các giống lúa chất lượng
trên thế giới và ở Việt Nam 15
1.3.2.1. Trên thế giới 15
1.3.2.2. Ở Việt Nam 18
1.4. Các kỹ thuật sử dụng trong nghiên cứu đa dạng di truyền
lúa bằng chỉ thị DNA 19
1.4.1. Kỹ thuật RFLP (Restriction Fragment Length
Polymorphism - đa hình đoạn phân cắt giới hạn) 19

từng cặp mồi 42
3.3. Tỷ lệ khuyết số liệu (M) và tỷ lệ dị hợp tử (H) của các
giống lúa chất lƣợng nghiên cứu 45
3.4. Xác định các allele hiếm xuất hiện trong tập đoàn lúa chất
lƣợng nghiên cứu 47
3.5. Kết quả phân tích mối quan hệ di truyền của các giống lúa
chất lƣợng nghiên cứu 53
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
2AP 2-Acetyl-1-Pyrroline
AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism
BAC Bacterial Artificial Chromosome
BADH Betaine Aldehyde dehydrogenase
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC BẢNG

Trang
Bảng 1.1. Phân loại chi Oryza (Nguồn: Vaughan, 1994)
8
Bảng 1.2. Đặc trƣng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa
9
Bảng 2.1. Danh sách 50 giống lúa thu thập dùng trong nghiên cứu
34
Bảng 2.2. Thông tin về các cặp mồi trong nghiên cứu
35
Bảng 3.1. Số allele thể hiện và hệ số PIC của 31 cặp mồi SSR
42
Bảng 3.2. Tỷ lệ khuyết số liệu (M) và tỷ lệ dị hợp tử (H) của các giống
lúa chất lƣợng nghiên cứu
44
Bảng 3.3.Tổng hợp các allele hiếm xuất hiện ở các locus khác nhau

GeneRuler
TM
DNA Ladder Ultra low)
43
Hình 3.4. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các giống lúa chất
lƣợng với cặp mồi RM135 (M: marker GeneRuler
TM
DNA Ladder Ultra low)
48
Hình 3.5.Ảnh điện di sản phẩm PCR của 50 giống lúa chất
lƣợng với cặp mồi RM515 (M: marker GeneRuler
TM
DNA Ladder Ultra low)
48
Hình 3.6. Ảnh điện di sản phẩm PCR của 50 giống lúa nghiên
cứu với cặp mồi RM153(M: marker GeneRuler
TM
DNA Ladder Ultra low)
49
Hình 3.7. Ảnh điện di sản phẩm PCR của 50 giống lúa nghiên
cứu với cặp mồi RM17 (M: marker GeneRuler
TM
DNA Ladder Ultra low)
50
Hình 3.8. Ảnh điện di sản phẩm PCR của 50 giống lúa nghiên
cứu với cặp mồi RM310 (M: marker GeneRuler
TM
DNA Ladder Ultra low)
50
Hình 3.9. Ảnh điện di sản phẩm PCR của 50 giống lúa nghiên

bởi nhiều yếu tố nhƣ hình dạng hạt, giá trị dinh dƣỡng, hƣơng thơm, chất
lƣợng sau khi chế biến…Trong đó, hƣơng thơm đƣợc xem là một trong
những đặc tính quan trọng nhất. Chọn tạo giống lúa nói chung, lúa chất lƣợng
nói riêng đòi hỏi phải có các thông tin chính xác và các mẫu vật liệu ban đầu.
Những hiểu biết về đa dạng di truyền nguồn gene là điều kiện rất quan trọng
và cần thiết trong nghiên cứu chọn tạo giống cũng nhƣ trong sản xuất lúa chất
lƣợng. Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu đa dạng di
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

truyền tập đoàn giống lúa chất lượng bản địa Việt Nam bằng chỉ thị phân
tử SSR (microsatellite)’’ nhằm đánh giá đa dạng di truyền, nhận dạng chính
xác một số nguồn gene lúa bản địa quý, phục vụ cho công tác bảo tồn, khai
thác và sử dụng có hiệu quả các nguồn gene lúa chất lƣợng bản địa của Việt
Nam.
Mục đích nghiên cứu
Đánh giá mức độ đa dạng di truyền tập đoàn giống lúa chất lƣợng của
Việt Nam ở mức phân tử và xác định đƣợc tỷ lệ dị hợp, phân tích mối quan
hệ di truyền của các giống lúa chất lƣợng nghiên cứu làm cơ sở phân loại, xác
định các marker nhận dạng chính xác một số nguồn gene phục vụ công tác
bảo tồn và chọn, tạo giống lúa chất lƣợng của Việt Nam.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Hiểu biết về đa dạng di truyền của các nguồn gene lúa chất lƣợng tạo
cơ sở lý luận cho việc chọn lọc, phục tráng để nâng cao tiềm năng di truyền
của các giống chất lƣợng trong sản xuất.
Phát hiện sai khác di truyền của các giống lúa chất lƣợng có ý nghĩa
quan trọng trong việc xác định các allele hiếm, allele đặc trƣng để nhận dạng
chính xác các nguồn gene ƣu tú phục vụ nghiên cứu lai tạo giống và định
hƣớng cho công tác thu thập bảo tồn đa dạng nguồn gene lúa chất lƣợng ở
mức phân tử.

hiện một trong những loại nguyên thuỷ nhất thuộc tộc Oryzae, đó là loại
Streptochasta Schrad. Đến cuối kỷ Phấn trắng xuất hiện loại tre (Bambusa) và
loại lúa (Oryza). Một số loại khác xuất hiện muộn hơn vào kỷ thứ ba, thời kỳ
phát triển mạnh nhất của họ Hoà thảo (Gramineae). Các loài lúa Oryza spp
có cùng tổ tiên chung vào thời địa cầu Gondwanaland, sau khi trái đất tách
rời thành năm lục địa [19].
Theo Chang (1985), lúa trồng Oryza sativa đƣợc tiến hoá từ cây lúa
dại hàng năm Oryza nivara. Do thích ứng với điều kiện khí hậu, đặc biệt là
nhiệt độ, lúa Oryza sativa tiếp tục tiến hoá theo ba nhóm: Indica thích hợp
với khí hậu nhiệt đới, Japonica thích ứng với khí hậu lạnh và cho năng
suất cao, Javanica có đặc tính trung gian [30]. Theo một số tác giả khác,
Oka (1988), lại cho rằng Oryza sativa có nguồn gốc từ cây lúa dại lâu năm Oryza
rufipogon [60]; Cheng (2003), khi nghiên cứu di truyền tiến hoá của 101 giống
lúa, bao gồm cả lúa trồng và lúa dại cho thấy loài lúa trồng Oryza sativa chia
thành hai nhóm tƣơng ứng với hai loài phụ là Indica và Japonica. Trong khi đó
Oryza rufipogon chia thành bốn nhóm, một nhóm là Oryza rufipogon hàng niên
và ba nhóm Oryza rufipogon đa niên. Tác giả đã kết luận các giống lúa Japonica
có quan hệ gần gũi với một nhóm Oryza rufipogon đa niên, còn các giống lúa
Indica có quan hệ gần với nhóm lúa Oryza rufipogon hàng niên [35].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Ở Châu Phi xuất hiện cả hai loài lúa dại Oryza longistaminata (đa
niên) và Oryza brevigulata (hàng niên), do đó nhiều tác giả cho rằng
Oryza breviligulata là nguồn gốc của Oryza glaberrima.
Cho đến nay, nhiều nhà khoa học có cùng ý kiến cho rằng lúa
Glaberrima và lúa Sativa có cùng chung nguồn thủy tổ vào thời kỳ lục địa
nguyên thuỷ Gondwanaland, nhƣng sau khi các lục địa tách rời nhau, lúa
Sativa và Glaberrima tự tiến hoá từ các loài lúa dại bản địa ở hai châu lục
là Châu Á và Châu Phi (hình 1.1) Khush G (1997) [47].
Lục địa Gondwanalands

kiện nƣớc sâu tới 1,5 - 5 mét (Phạm Đồng Quảng, 2005) [14]. Lúa Châu Phi
xuất hiện ở miền Tây Phi, trải dài từ Senegal đến miền bắc Cameroon. Tác
giả Porteres đƣa ra giả thuyết rằng loại lúa này xuất phát từ châu thổ sông
Niger (Sudan) cách đây khoảng 3.500 năm. Ngoài ra, còn hai trung tâm
xuất xứ phụ ở Nio du Rip trên dòng sông Gambia và trên núi Guinea (Trần Văn
Đạt, 2005) [3].
1.1.2. Phân loại lúa
Cây lúa trồng thuộc họ Poaceae, trƣớc đây gọi là họ Hòa thảo
(Gramineae), họ phụ Pryzoideae, tộc Oryzae, chi Oryza, loài Oryza sativa và
Oryza glaberrima. Oryza có khoảng 20 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới
ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và
Trung Mỹ và một phần ở Châu Úc. Trong đó, chỉ có 2 loài là lúa trồng, còn
lại là lúa hoang hàng niên và đa niên. Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích
nghi rộng rãi và chiếm đại bộ phận diện tích lúa thế giới là Oryza sativa L.
Loài này hầu nhƣ có mặt ở khắp nơi từ đầm lầy đến sƣờn núi, từ vùng xích
đạo, nhiệt đới đến ôn đới, từ khắp vùng phù xa nƣớc ngọt đến vùng đất cát
sỏi ven biển nhiễm mặn, phèn … Một loài lúa trồng khác là Oryza
glaberrima Steud, chỉ đƣợc trồng giới hạn ở một số quốc gia Tây Châu Phi và
hiện đang bị thay thế dần bởi Oryza sativa L [38].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Năm 1928 - 1930, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã đƣa lúa trồng thành
2 loài phụ: “Indica” và “Japonica” trên cơ sở phân bố địa lý, hình thái cây và
hạt, độ bất dục khi lai tạo và phản ứng huyết thanh (Serological reaction).
Các nhà nghiên cứu Nhật Bản sau đó đã thêm một nhóm thứ 3 “Javanica” để
đặt tên cho giống lúa cổ truyền của Indonesia là “bulu” và “gundil”;
Từ “Janvanica” có gốc từ chữ Java là tên của một đảo của Indonesia.
Từ “Japonica” có lẽ xuất xứ từ chữ Japan là tên nƣớc Nhật Bản. Còn
“Indica” có lẽ có nguồn gốc từ India (Ấn Độ). Nhƣ vậy, tên gọi của 3 nhóm
thể hiện nguồn gốc xuất phát của các giống lúa từ 3 vùng địa lý khác nhau

Sativa L.
24
AA
Khắp thế giới, lúa trồng
Rufipogon Griff.
24
AA
Châu Á, Châu Mỹ
Barthii A. Chev.
24
AA
Châu Phi
Glaberrima Steud.
24
AA
Châu Phi, lúa trồng
Breviligulata A. Chev.
et Roehr.
24
AA
Châu Phi
Australiensis Domin
24
EE
Châu Úc
Eichingeri A. Peter
24
CC
Châu Phi
Punctata Kotschy

Nhóm Ridleyanae
Ridleyi Hook. F.
48
Châu Á
Longiglumis Jansen
48
New Guinea
Nhóm Angustifoliae
Brachyantha A. Chev.
24
FF
Châu Phi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Nhóm/loài
2n
Kiểu gene
Phân bố địa lý
et Roehr.
Angustifolia Hubbard
24
Châu Phi
Perrieri A. Camus
24
Malagasy
Tisseranti A. Chev.
24
Châu Phi
Nhóm Coarctatae
Coarctata Roxb.

-Trấu ít lông và
lông ngắn
-Hạt dễ rụng
-Hạt to, dầy
-Hạt không có đuôi hoặc
có đuôi dài
-Trấu có lông dài
-Ít rụng hạt
-Hạt tròn, ngắn
-Hạt không đuôi tới
có đuôi dài
-Trấu có lông dài và
dầy
-Ít rụng hạt
Sinh
học
-Tính quang
cảmrất thay đổi
-Tính quang cảm rất yếu
-Tính quang cảm rất
thay đổi
Nguồn: Chang, 1965
1.2. Tài nguyên di truyền lúa Việt Nam
Rất nhiều nhà khoa học trên thế giới cho rằng Việt Nam là một trong
những trung tâm khởi nguyên của cây lúa trong vùng Đông Nam Á, Ấn Độ,
Miến Điện và Đông Dƣơng.
Theo Dao T.T (1996), trên lãnh thổ Việt Nam tồn tại ba nhóm giống
lúa cổ truyền có các đặc tính di truyền khác nhau: nhóm giống lúa Việt - Thái
(phân bố ở vùng núi phía Bắc, chủ yếu là lúa nƣơng, nhóm giống lúa này có
sự đa dạng di truyền cao nhất thế giới); nhóm giống lúa Việt (phân bố ở vùng

rufipogon (phân bố ở vùng Điện Biên Phủ, tỉnh Lai Châu, vùng duyên hải
Thừa Thiên Huế, một số vùng ở Tây Nguyên và đồng bằng sông Cửu Long);
Oryza nivara (phân bố ở hồ Lak tỉnh Đắc Lắk và dọc theo biên giới Việt
Nam - Campuchia); Oryza officinalis (tồn tại khá phổ biến dọc các bờ kênh
rạch và vƣờn cây ăn quả ở đồng bằng sông Cửu Long) và Oryza granulata
(tồn tại phổ biến ở các tỉnh vùng Tây Bắc và một số nơi ở Tây Nguyên) (Yu
et al., 2005) [86]. Riêng về lúa chất lƣợng, theo tác giả Trần Văn Đạt (2005),
Việt Nam có nguồn gene lúa thơm phong phú bao gồm các giống lúa Mùa
thơm ở miền Nam và các giống lúa Tám Thơm ở miền Bắc [3].
1.3. Các giống lúa chất lƣợng trên thế giới và ở Việt Nam
Lúa chất lƣợng là giống lúa không những có kích thƣớc, hình dạng
thon dài mà còn có phôi nhũ, hàm lƣợng amyloza cao và đặc biệt các giống
lúa chất lƣợng có mùi thơm đặc trƣng.
Các giống lúa thơm thƣờng đƣợc trồng phổ biến ở châu Á, riêng giống
lúa Basmati đƣợc gieo trồng khoảng 2 triệu ha chủ yếu ở các nƣớc Ấn Độ,
Pakistan và Nepan. Gạo thơm có hạt nhỏ, thon và dài từ 6,8 đến 7,0 mm, tỷ lệ
chiều dài và chiều rộng từ 3,5 đến 3,7 và có hàm lƣợng amyloza trung bình
20 - 22%.
Ở Ấn Độ có hàng trăm giống lúa thơm địa phƣơng, tuy nhiên chỉ có
giống lúa thơm Basmati đƣợc ƣa chuộng nhất. Gạo thơm Basmati có hai đặc
tính quan trọng hơn hết đó là mùi thơm và cơm nở dài, có từ 22 - 25%
amyloza, gạo vẫn giữ đƣợc đặc tính này sau khi nấu. Ở Thái Lan có hai giống
lúa thơm nổi tiếng là Khao Dak Mali và Jasmine 85. Gạo thơm Khaw Dawk
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Mali có ít hơn 20% amyloza nên hạt sau khi nấu hạt còn hơi dính vào nhau
(Khush G.S, 2001) [48].
Các giống lúa thơm ở Myanmar đƣợc gieo trồng nhiều ở các tỉnh miền
Trung và chủ yếu đƣợc tiêu thụ ở trong nƣớc. Một số giống lúa chất lƣợng
đang đƣợc gieo trồng phổ biến ở đây nhƣ: Namathalay, Basmati, Paw San