ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Vũ Thị Thu Hằng
ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ LIÊN KẾT GẦN TRONG CHỌN
GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP CHÌM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – Năm 2011
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------
Vũ Thị Thu Hằng
ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ LIÊN KẾT GẦN TRONG CHỌN
GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP CHÌM
Chuyên ngành: Di truyền học
Mã số: 60 42 70
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
1.3.1. Gen chịu ngập của cây lúa và cơ chế hoạt động ................................... 13
1.3.2. Sinh lý học tính chống chịu ngập của cây lúa ....................................... 16
1.3.3. Di truyền tính chống chịu ngập của cây lúa .......................................... 18
1.4. MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ PHÂN TỬ THƢỜNG ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG
NGHIÊN CỨU GENOME VÀ CHỌN GIỐNG THỰC VẬT.......................................... 19
1.4.1. Chỉ thị phân tử ADN ............................................................................. 19
1.4.1.1. Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN .................................................................... 20
1.4.1.2. Chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản ADN .............................................................. 21
1.4.1.3. Chỉ thị dựa trên những cơ sở những chuỗi có trình tự lặp lại ...................... 24
1.4.2. Tính ƣu việt và những ứng dụng của chỉ thị phân tử ............................ 25
1.4.2.1 Tính ƣu việt của chỉ thị phân tử .................................................................... 25
1.4.2.2. Những ứng dụng của chỉ thị phân tử ............................................................ 27
1.5. NHỮNG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG CHỊU NGẬP ............................. 30
1.5.1. Những nghiên cứu chọn tạo giống chịu ngập trên thế giới ................... 30
1.5.2. Những nghiên cứu chọn tạo giống chịu ngập ở ViệtNam ................... 33
91
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................. 35
2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................................................ 35
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
MỞ ĐẦU
Cây lúa (Oryza Sativa) là một trong những cây lƣơng thực quan trọng cho
khoảng 2/3 dân số thế giới. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, thế giới có
khoảng 156,1 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, sản lƣợng là 697,9 triệu tấn, 90%
diện tích này thuộc các nƣớc châu Á với 651 triệu tấn thóc chiếm 92% tổng sản
lƣợng lúa gạo thế giới. (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2010)[3]
Ở Việt Nam lúa là nguồn lƣơng thực chủ yếu của hơn 89 triệu dân với diện
tích khoảng 7,4 triệu ha, năm 2010 sản xuất đƣợc 39,710 triệu tấn thóc, xuất khẩu
khoảng 6,493 triệu tấn đứng thứ 2 trên thế giới về xuất khẩu gạo sau Thái Lan. Ƣớc
tính năm 2011 sản xuất khoảng 41,05- 41,5 triệu tấn. Nƣớc ta có hai vùng trồng lúa
chính là Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) diện tích 3,79 triệu ha chiếm 50%
sản lƣợng lúa cả nƣớc và Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) diện tích 1,18 triệu ha
chiếm 17% sản lƣợng. (Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2009); MPI,
2009)[2][60]
Trên thế giới, an ninh lƣơng thực không chỉ là vấn đề với các nƣớc nghèo mà
nó đang trở thành vấn đề có tính toàn cầu. Dân số thế giới liên tục tăng (khoảng 7 tỷ
ngƣời năm 2011) trong khi diện tích đất dành cho việc trồng lúa hầu nhƣ không
tăng mà ngày càng giảm do đất đƣợc chuyển sang sử dụng cho các mục đích khác
nhƣ xây dựng khu công nghiệp, trƣờng học, nhà ở, khu du lịch...
Bên cạnh đó, các dấu hiệu về sự biến đổi khí hậu hiện nay đã có thể nhận
thấy nhƣ trái đất đang nóng lên, băng tan ở hai cực, bão lũ xảy ra thƣờng xuyên. Ở
Việt Nam nhiệt độ trung bình hàng năm tăng 0,10C và mực nƣớc biển tăng 2,5 – 3,0
cm mỗi năm trong thập kỷ qua. Tính đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ ở Việt Nam sẽ
tăng khoảng 2,30C và mực nƣớc biển tăng 75 cm tính theo mức trung bình các năm
1980 – 1999. Hàng năm có tới trên 20 triệu hecta chịu ảnh hƣởng của nƣớc biển
dâng tại Nam và Đông Nam châu Á, hàng trăm nghìn ha hoa màu có thể bị ảnh
của cây và thời tiết khô nóng ở thời điểm trỗ muộn, ĐBSCL đầu vụ hạn hán cuối vụ
thiếu nƣớc ngọt do xâm nhập mặn sâu vào nội đồng với nồng độ mặn cao, điều này
sẽ có khả năng ảnh hƣởng tới năng suất.
Định hƣớng chọn tạo giống chống chịu với điều kiện phi sinh học và sinh
học nói chung trong thời gian tới là tạo giống bằng cách quy tụ nhiều gen khác nhau
vào một giống lúa ƣu việt nhờ công nghệ sinh học. Do vậy, việc chọn tạo nhanh
những giống lúa vừa có năng suất cao, chất lƣợng tốt, mang nhiều gen chống chịu
với các điều kiện phi sinh học là công việc đƣợc quan tâm không chỉ ở Việt Nam
mà còn ở nhiều quốc gia khác.
Bƣớc đột phá trong việc chọn giống chịu ngập chìm trở nên có thể thực hiện
đƣợc sau khi các vùng chính trên nhiễm sắc thể (Quantitative trait loci- QTLs) điều
2
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
khiển tính chống chịu ngập chìm đƣợc xác định. Việc phát triển và sử dụng chỉ thị
phân tử để đẩy nhanh quá trình quy tụ gen đó vào những giống mới năng suất cao
thông qua phƣơng pháp chọn giống lai trở lại kết hợp với chỉ thị phân tử (marker
assisted backcrossing - MABC; Thomson và ctv., 2009; Septiningsih và ctv., 2009;
Singh và ctv., 2009) [87][77][78] đã đạt đƣợc các kết quả bƣớc đầu.
Phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) cho phép
rút ngắn thời gian chọn lọc, và chọn lọc đƣợc những tính trạng khó hay nhiều gen
cùng một lúc. Bằng con đƣờng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại nhiều
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƢỚC BIỂN DÂNG ĐẾN
SẢN XUẤT LÚA GẠO
1.1.1. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa
gạo trên thế giới
Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự biến động trạng thái trung bình của khí
quyển toàn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm.
Những biến đổi này đƣợc gây ra do quá trình động lực của trái đất, bức xạ mặt trời,
và gần đây có thêm hoạt động của con ngƣời. (IPCC,2007, Nguyễn Văn Cƣờng) [8]
[47]
Biến đổi khí hậu ngày nay không còn là vấn đề của một quốc gia hay của
một khu vực mà là vấn đề toàn cầu. Biến đổi khí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến
sản xuất, đời sống và môi trƣờng trên phạm vi toàn thế giới. Nhiệt độ tăng, mực
nƣớc biển dâng cao gây ngập lụt, gây nhiễm mặn nguồn nƣớc, ảnh hƣởng đến nông
nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong
tƣơng lai.
Những thách thức của biến đổi khí hậu đối với sản xuất lúa gạo là vô cùng
quan trọng. Phần lớn lúa gạo mà thế giới sử dụng đƣợc trồng ở các vùng đất thấp
hoặc vùng đồng bằng ở các quốc gia nhƣ Việt Nam, Bangladesh, Ấn Độ... Những
khu vực này lại có nguy cơ bị nƣớc biển xâm nhập khi mực nƣớc biển dâng cao,
cho thấy sự cần thiết của các giống lúa có khả năng chịu đựng đƣợc cả tình trạng
ngập nƣớc lẫn độ mặn cao. Lâu nay, châu Á là nơi sản xuất và tiêu thụ gạo cao nhất
trên thế giới. Ngoài ra, châu Á còn là nơi xuất khẩu gạo chủ yếu. Trong đó, Thái
Lan là nƣớc xuất khẩu gạo lớn nhất toàn cầu, lƣợng xuất khẩu hàng năm lên tới 9
triệu tấn. Xét tới những thiệt hại trực tiếp trong lĩnh vực nông nghiệp cũng nhƣ tính
thời vụ của sản xuất lƣơng thực của các nƣớc khu vực này, các chuyên gia cho rằng,
ngoài một số nƣớc khu vực Đông Nam Á có thể phải đối mặt với khan hiếm gạo,
4
% trong tổng số
178.177
4m
5m
248.970
32.,089
0,52
0,84
1,.26
1,76
Dân số (Tổng = 1.883.407.000)
37,193,86 60.155.6 90.003.5 126,207,
Dân cƣ ảnh hƣởng
6
40
80
275
1,97
3,19
4,78
6,70
% trong tổng dân cƣ
GDP (Tổng = 7.577.206 triệu USD)
2,22
3,18
% trong tổng số
Đầm lầy (Tống = 1.366.069 km2)
36.463
56.579
79.984
110.671
Khu vực ảnh hƣởng
2,67
4,14
5,86
8,10
% trong tổng số
2,30
162.445.
397
8.63
772.904
10,20
34.896
8,99
229.185
4,19
130.780
9,57
Nguồn (Susmita Dasgupta, 2007)
Châu Á nếu nƣớc biển dâng lên 1m khoảng 25.000km2 rừng đƣớc sẽ bị ngập,
6
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
tích lúa tƣới nhờ nƣớc mƣa của 23 triệu ha. Hạn hán còn ảnh hƣởng đến sản xuất
lúa của Úc, Trung Quốc, Mỹ và các nƣớc khác.
1.1.2. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa
gạo ở Việt Nam
Việt Nam là một trong những nƣớc chịu ảnh hƣởng nặng nề do mực nƣớc
biển tăng, nƣớc biển tăng phần lớn đất màu mỡ nhất của Việt Nam sẽ bị ngập. Theo
đó, sản lƣợng lúa có thể giảm đáng kể do mực nƣớc biển dâng cao và sự thay đổi
lƣợng mƣa làm thay đổi thủy học ở các vùng đồng bằng (Wassmann và ctv., 2004;
Hoanh và ctv. 2004)[92][46]. Do chúng ta có bờ biển dài hơn 3.200 km, 28 tỉnh,
thành phố giáp biển nên mực nƣớc biển dâng cao sẽ làm giảm lƣu lƣợng dòng chảy
của các con sông, thậm chí ngay cả tại các nơi xa bờ biển.
Sự hiện hữu của biến đổi khí hậu ở Việt Nam đã và đang trở nên rõ ràng hơn
bao giờ hết: Cụ thể, nhiệt độ tăng 2 đến 3oC trên phần lớn diện tích cả nƣớc. Riêng
khu vực Đông bắc, Bắc Trung bộ và Tây Nguyên có nhiệt độ tăng nhanh hơn so với
những nơi khác. Lƣợng mƣa/năm tăng trên hầu khắp lãnh thổ. Mức tăng phổ biến từ
10-20%, riêng Tây Nguyên, Nam Trung bộ từ tăng 5-10%. Lƣợng mƣa mùa khô
giảm (có nơi giảm đến 30%) và lƣợng mƣa mùa mƣa tăng (có nơi tăng từ 20-30%).
Ở các khu vực khác nhau lại có thể xuất hiện những ngày mƣa dị thƣờng với lƣợng
mƣa gấp đôi so với kỷ lục hiện nay. Mực nƣớc biển cao nhất ở vùng từ Cà Mau đến
17
23
28
35
42
50
57
65
Trung bình (B2)
12
17
23
30
37
46
và từ 2 - 3% ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ so với trung bình thời kỳ 1980
– 1999. Lƣợng mƣa thời kỳ từ tháng III đến tháng V sẽ giảm từ 4-7% ở Tây Bắc,
Đông Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 10% ở Bắc Trung Bộ, lƣợng mƣa vào
giữa mùa khô ở các vùng khí hậu phía Nam có thể giảm tới 10-15% so với thời kỳ
1980-1999. Lƣợng mƣa các tháng cao điểm của mùa mƣa sẽ tăng từ 10 đến 15% ở
cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở Tây Nguyên và Nam Bộ chỉ
tăng trên dƣới 1%.
Ở Việt Nam biến đổi khí hậu cũng sẽ gây hạn hán, làm giảm đến 20-25%
lƣợng mƣa ở khu vực miền Trung-Tây Nguyên, gây ra hạn hán không chỉ phổ biến
và kéo dài mà thậm chí còn gây khô hạn thời đoạn ngay trong thời gian El Nino.
Tác động này ở Nam Trung Bộ lớn hơn Bắc Trung Bộ, Bắc Tây Nguyên lớn hơn
Nam Tây Nguyên. Nhiều vùng của nƣớc ta sẽ bị sa mạc hóa không trồng trọt đƣợc.
Mặn là hiện tƣợng liên kết với nƣớc biển dâng mang nƣớc mặn tiến sâu vào đất liền,
biến nhiều vùng đất trồng lúa bị mặn hóa. (Nguyễn Đức Ngữ, 2008)[20]
8
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
1.2. CÁC VÙNG TRỒNG LÚA Ở VIỆT NAM CÓ KHẢ NĂNG BỊ NGẬP
THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực Đông Nam châu Á chịu ảnh
hƣởng của vùng gió mùa, khí hậu nóng và ẩm rất đặc trƣng. Việt Nam có một bờ
biển dài hơn 3.200 km. Việt Nam hiện nay có khoảng hơn 89 triệu ngƣời, mật độ
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
1.2.1. Vùng trồng lúa có khả năng bị ngập ở Đồng bằng sông Hồng
Đồng bằng sông Hồng rộng gần 1,18 triệu ha, chiếm 3,8% diện tích toàn
quốc với một vùng biển bao quanh ở phía Đông và Đông Nam. Dân số là 14,8 triệu
ngƣời (1999), chiếm 19,4% số dân của cả nƣớc. ĐBSH là một trong hai vựa lúa
chính của cả nƣớc, chiếm 15% diện tích gieo trồng và 17% sản lƣợng lúa.
Diện tích lúa vùng ÐBSH dự kiến đến năm 2020 là 560 nghìn ha, đến năm
2030 là 540 nghìn ha, sản lƣợng dự kiến hơn 7,3 triệu tấn. Nhiều vùng trong ĐBSH
tiếp giáp với hơn 400km bờ biển. Nếu mực nƣớc biển dâng cao 1m và không có các
giải pháp ứng phó, sẽ có khoảng 11% diện tích vùng đồng bằng này có nguy cơ bị
ngập và khoảng 35% dân số bị ảnh hƣởng trực tiếp. Chủ yếu thuộc các tỉnh: Hải
Phòng, Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình, Hải Dƣơng. Tỉnh Hải Phòng bị ngập
nặng nề nhất chủ yếu tập trung tại các huyện: Kiến Thụy, Tiên Lãng, Thuỷ Nguyên,
Vĩnh Bảo, Đồ Sơn… Tỉnh Thái Bình ngập chủ yếu ở các huyện Thái Thuỵ, Tiền
Hải, Kiến Xƣơng,… Tỉnh Nam Định ngập chủ yếu ở các huyện Nghĩa Hƣng, Xuân
Trƣờng, Giao Thuỷ,…
Bảng 3. Tác động của BĐKH đến tình hình ngập của ĐBSH
Kịch bản
Cao độ
(m)
Đồng bằng sông Hồng
Diện tích ngoài đê Diện tích trong đê
(ha)
(ha)
10
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
1.2.2. Vùng trồng lúa có khả năng ngập ở Đồng bằng Sông Cửu Long
ĐBSCL là vùng sản xuất lúa gạo chủ yếu cho an ninh lƣơng thực Quốc gia
và là nơi sinh sống của hơn 17 triệu dân, là một vùng đất thấp và tiếp giáp với biển
Đông thông qua rất nhiều cửa sông lớn. Đây là đồng bằng châu thổ lớn nhất nƣớc
ta, với diện tích 3,79 triệu ha, chiếm khoảng 11,9% diện tích toàn quốc. Tại đây có
16,1 triệu ngƣời sinh sống, chiếm khoảng 21,1 số dân cả nƣớc (số liệu năm 1999).
Vùng ĐBSCL chiếm 52% diện tích gieo trồng và 53% sản lƣợng lúa. Dự
kiến đến năm 2020, diện tích đất lúa của ÐBSCL là 1,755 triệu ha, sản lƣợng 21,4
triệu tấn lúa, đến năm 2030 diện tích dự kiến 1,74 triệu ha, phấn đấu đạt năng suất
bình quân 62 tạ/ha, sản lƣợng lúa 22 triệu tấn.
Dựa theo những kịch bản đã đƣợc công bố năm 2009 thì vào năm 2100 mực
nƣớc biển sẽ dâng 65 cm (kịch bản B1– thấp) ĐBSCL ngập 5.133km2 (12,8%),
75cm (kịch bản B2 – trung bình) ngập 7.580km2 (19%), và 1m (kịch bản A1F1 –
cao), ngập 15.116km2 (37,8%). Cụ thể, Bến tre mất 1.131km2 (hơn 50% diện tích),
Long An mất 2.169km2 (gần 50% diện tích), Trà Vinh mất 1.021km2 (gần 46%),
Sóc Trăng mất 1.425km2 (gần 44%), Vĩnh Long mất 606km2 (gần 40%).... (theo
TTXVN).
Đặc biệt, hàng năm vào mùa lũ mực nƣớc biển dâng cao, nƣớc ở thƣợng
nguồn sông Mekong đổ về nhiều sẽ gây ra lụt lội trên diện rộng thuộc các vùng
Đồng Tháp Mƣời và Tứ giác Long Xuyên, vùng kẹp giữa 2 con sông Tiền và sông
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Thanh Hóa
Nghệ An – Hà Tĩnh
Quảng Bình
Quảng Trị
Thừa Thiên Huế
Đà Nẵng - Quảng Nam
Quảng Ngãi
Bình Định
Phú Yên
Khánh Hòa
Diện tích
(ha)
52.797
92.661
114.816
24.963
45.700
12
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
1.3. NGHIÊN CỨU VỀ CƠ THẾ TÍNH CHỐNG CHỊU NGẬP CỦA CÂY
LÚA
1.3.1. Gen chịu ngập của cây lúa và cơ chế hoạt động
Cây lúa bản thân nó có thể phát triển tốt trong môi trƣờng ngập nƣớc, khi bị
chìm trong nƣớc, chúng sẽ tự động khởi động một loạt phản ứng kích thích sự tồn
tại. Tuy nhiên nếu ngập mà không kiểm soát đƣợc thì sẽ trở thành vấn đề vì cây lúa
sẽ không thể sống đƣợc nếu bị ngập trong nƣớc thời gian dài. Sự ngập úng có thể
ảnh hƣởng đến sinh trƣởng của cây lúa ở bất cứ giai đoạn sinh trƣởng nào, cả trong
thời gian dài hoặc trong thời gian ngắn. Cơ hội sống thấp khi cây lúa bị ngập hoàn
toàn và xảy ra suốt thời gian sinh trƣởng. Suốt thời gian lũ, cây lúa có thể kéo dài
thân và lá để thoát khỏi sự ngập úng. Những giống lúa nƣớc sâu cổ truyền có thể
làm việc này đủ nhanh để tồn tại. Những giống lúa cải tiến không thể kéo dài thân,
lá kịp theo nƣớc nên không thể tồn tại đƣợc. Nếu ngập lũ kéo dài, chúng sẽ tiêu thụ
quá nhiều năng lƣợng nhƣng không thành công trong việc ngoi lên mặt nƣớc và thu
nhận o-xy, ánh sáng,… để tái tạo năng lƣợng và phục hồi sự sống.
Ở miền Đông Ấn Độ có một loại lúa dại năng suất thấp, nhƣng lại có một đặc
tính vƣợt trội là có thể sống nhiều ngày trong môi trƣờng ngập nƣớc. Những nhà di
truyền đã khám phá ra một gen, do một locus tính trạng số lƣợng điều khiển đặt tên
là Submergence1 (Sub1) gen Sub1 này định vị trên nhiễm sắc thể số 9, có liên quan
đƣợc ngập. Khi đƣa gen Sub1A vào giống lúa Swarna của Ấn Độ, giống lúa không
chịu đƣợc úng ngập do thiếu gen này, các nhà khoa học nhận thấy rằng cây chuyển
nạp gen không chỉ chịu đƣợc trong điều kiện ngập nƣớc mà còn cho sản lƣợng cao
hơn và giữ đƣợc các đặc tính có lợi khác của giống này. (Septiningsih và ctv,
2009)[77]
Một gen Sub1C không chịu ngập kết hợp với gen chịu ngập sub1A-1 không
làm giảm mức độ chống chịu. Sự biểu hiện của Sub1C-1 độc lập với Sub1A. Tuy
nhiên khi Sub1C-1 biểu hiện thì hoàn toàn tắt sự biểu hiện của Sub1A-2 lúc đó cây
không có khả năng chống chịu. Nghiên cứu còn cho thấy tỷ lệ sống sót và sự biểu
hiện của Sub1A thấp hơn đáng kể trong cây dị hợp tử so với cây đồng hợp tử mang
gen chống chịu. Sub1A là gen đóng góp chính làm tăng mức chống chịu trong khi
sub1C dƣờng nhƣ không quan trọng (Septiningsih, 2009)[77]
Takeshi Fukao, Kenong Xu nghiên cứu theo cơ chế thoát ngập, các cơ quan
của cây lúa tạo bẫy ―ethylene‖, làm giảm đối kháng với abscisic acid, làm gia tăng
phản ứng với gibberillin (GA) cho phép vƣơn dài lóng thân. Ethylene cũng tác động
đến gen Sub1A, làm hạn chế sản sinh ra ethylene và làm tăng các thể ức chế GA. Do
đó, Sub1A làm mất tác dụng của ethylene trong phản ứng của GA ở các mô bị ngập
trong nƣớc. Phân tích microarray cho thấy Sub1A điều hoà yếu tố phiên mã mRNAs
và làm thay đổi sự tích tụ mRNAs liên quan đến tiêu thụ carbohydrate, cơ chế biến
dƣỡng trong điều kiện kỵ khí. (Takeshi Fukao, Kenong Xu, 2006)[85]
14
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
15
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
cảm, tinh bột tập trung cao và chỉ giảm nhẹ từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 8. Hoạt
động của amylase tƣơng quan với chiều dài (r =0.85 cho chồi và 0.83 cho chiều dài
rễ) với cây sống sót (r = 0.92). Ở cây kháng amylase hoạt động cao và cao hơn khi
gen RAmy3D biểu hiện. Ethyene không đƣợc tìm thấy trong hạt sau 2 ngày bị ngập
nhƣng tăng lên sau đó và tăng mạnh ở giống kháng sau 3 ngày bị ngập. Enzym
Peroxidase hoạt động cao trong hạt nảy mầm của giống mẫn cảm. Trong điều kiện
oxy thấp thì hạt nảy mầm của giống kháng phát triển nhanh hơn và sống sót nhiều
hơn, nó duy trì khả năng sử dụng tinh bột thông qua hoạt động của amylase và hô
hấp kỵ khí, ethylene đƣợc sản xuất nhiều hơn, peroxidase hoạt động thấp hơn.
(Abdelbagi M. Ismail, 2008)[26]
1.3.2. Sinh lý học tính chống chịu ngập của cây lúa
Cơ chế sinh lý giải thích hiện tƣợng đáp ứng của cây trồng đối với điều kiện
bất lợi, và nhằm mục đích cải tiến cấu trúc, hoạt động sinh lý, sinh hóa của cây,
giúp cây thoát khỏi, hoặc né tránh, hoặc chống chịu sự thiệt hại do điều kiện bất lợi
gây ra.
Diệp lục tố
Giống nhạy cảm với những điều kiện bất lợi do ngập úng thƣờng có hàm
lƣợng diệp lục giảm nhanh theo thời gian cây bị ngập. Hiện tƣợng quang hợp dƣới
nƣớc vẫn có thể hoạt động, nhƣng tốc độ quang hợp giảm do sự giảm oxy và thiếu
cơ chất hô hấp cũng tăng lên, do đó Yamada (1959) cho rằng: tính kháng ngập của
cây lúa đƣợc xác định bằng số lƣợng cơ chất hô hấp có trong cây trƣớc khi bị ngập.
Các giống kháng có sự gia tăng về trọng lƣợng chất khô rất cao và phục hồi nhanh
hơn sau khi ngập (Mazarado và Vergara 1982)[59]. Khác với kết luận của Yamada
(1959)[96] và hàm lƣợng carbohydrate của giống kháng rất cao trƣớc khi ngập.
Mazaredo và Vergara (1982)[59] thấy rằng sự sống sót và khả năng phục hồi nhanh
chóng tuỳ thuộc vào số lƣợng carbohydrate sau khi bị ngập.
Hàm lượng nitrogen
Hàm lƣợng nitrogen tổng số giảm trong cây mạ bị xử lý ngập hoàn toàn
(Mazaredo và Vergara 1982)[59], ở cây lúa thuộc giống không chống chịu ngập,
mức độ giảm này nhiều hơn so với cây chống chịu.
Hoạt động của peroxidase
Peroxidase trong qúa trình tăng trƣởng và phân hóa chức năng đƣợc nhiều
báo cáo ghi nhận trong điều kiện bị ngập nƣớc hoàn toàn (Kadam và ctv. 1973,
Murty và Nada 1974)[54][66], nhƣng vai trò chính xác của nó nhƣ thế nào vẫn chƣa
đƣợc hiểu rõ. Có thể mối quan hệ tƣơng tác giữa chất kích thích sinh trƣởng IAA và
peroxidase giữ một vai trò quan trọng của cây, đặc biệt trong rễ nhằm mục đích
giúp cây chịu đựng trong thời gian dài hơn đối với điều kiện bất lợi do ngập
17
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
luận đây là tính trạng đƣợc điều khiển bởi cả gen chủ lực và các gen thứ yếu
(Mohanty và Khush 1985)[63], hay đƣợc điều khiển bởi một gen trội trong FR13A,
18
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
Kurkaruppan và Thavalu (Thạch 1994)[86], hoặc đƣợc điều khiển bởi chỉ một gen
trội (Mishra 1995)[62].
Khả năng chống chịu ngập hoàn toàn là một tính trạng di truyền giúp cây lúa
phục hồi sau khi bị ngập hoàn toàn trong nƣớc (10-14 ngày). Cây có thể sống mà
không cần có khả năng vƣơn lóng. Rất ít giống lúa cổ truyền đƣợc ghi nhận có khả
năng này. Những vật liệu đã đƣợc công bố là FR13A, FR43B có nguồn gốc từ Ấn
Độ, giống Kurkaruppan, Thavalu, Goda Heenati có nguồn gốc từ Sri Lanka.
Những gen mục tiêu điều khiển tính chống chịu ngập đã đƣợc phân lập bởi
công trình nghiên cứu của Xu và Mackill (1995)[94]. Các tác giả này đã tìm thấy
gen chủ lực điều khiển tính trạng chống chịu ngập từ giống lúa IR40931-26-3-3-5,
định vị trên nhiễm sắc thể số 9, liên kết với chỉ thị RFLP (C1232), thông qua đó, có
69% biến thiên kiểu hình về tính trạng này đƣợc giải thích.
Một nghiên cứu khác của Vanavichit (1996) cho thấy các gen chống chịu
ngập của giống lúa IR49830-7-1-2-2, liên kết với chỉ thị RFLP (RZ698) và hai chỉ
thị RAPD (AO2c và HO3b), định vị trên nhiễm sắc thể số 9, với giá trị liên kết
khoảng 4 cM. Vị trí của gen chủ lực đƣợc nghiên cứu một cách hệ thống tại IRRI
với kỹ thuật AFLP trên quần thể cận giao tái tổ hợp F8 của tổ hợp lai IR74 /
- Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN
- Chỉ thị dựa trên nguyên tắc nhân bội ADN bằng PCR
- Chỉ thị dựa trên cơ sở những chuỗi có trình tự lặp lại. Nhóm chỉ thị này
thực ra cũng dựa trên cơ sở nhân bội ADN nhƣng do chúng có bản chất là chuỗi lặp
lại nên có thể xếp vào một nhóm riêng.
1.4.1.1. Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN
Chỉ thị RFLP (Restriction fragment length polymorphism - Đa hình chiều
dài mảnh giới hạn )
Chỉ thị này đƣợc các nhà di truyền học lần đầu tiên giới thiệu trong nghiên
cứu lập bản đồ các gen liên quan đến bệnh ở ngƣời. (Bostein và ctv, 1980)[29]
Trong chỉ thị RFLP, enzym giới hạn đƣợc sử dụng để cắt ADN hệ gen thành nhiều
mảnh ADN có độ dài khác nhau. Các đa hình RFLP sinh ra bởi những đột biến tự
nhiên ở những điểm cắt enzym giới hạn trong ADN bộ gen nhƣ đảo đoạn, thêm
hoặc mất đoạn ADN tùy thuộc vào mỗi giống, mỗi loài thậm chí mỗi cá thể. Mỗi
loài sinh vật có một bộ gen đặc hiệu trong cấu trúc. Vì vậy khi sử dụng những
enzym giới hạn để cắt phân tử ADN của hệ gen, các đoạn cắt ra của ADN với kích
thƣớc hay chiều dài khác nhau có thể đƣợc dùng nhƣ các dấu hiệu di truyền để xem
xét các mẫu nhiễm sắc thể. Sự nhận biết các đoạn cắt đƣợc thực hiện nhờ kỹ thuật
lai với các ADN mẫu dò. (Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Thị Lý Anh)[24]
20
Vũ Thị Thu Hằng
Đại học Khoa học Tự Nhiên
Luận văn Thạc sỹ Khoa học
Sinh học
Copyright: Tài liệu đại học ©