Phần 1. MỞ ĐÂU
̀
Cây bông (Gossypium L.) là loai cây trông lây s
̣
̀
́ ợi tự nhiên hàng đâu và quan
̀
trong nhât trên thê gi
̣
́
́ ơi, đu
́
̛ợc trông khăp moi noi
̀
́
̣
̛ ở điêu ki
̀ ện khí hậu nhiệt đới và
cạn nhi
̂
ẹt đ
̂ ới. Bông vai cung là m
̉
̃
ặt hàng thuong mai quan trong mang lai l
̛ ̛
̣
̣
̣ ợi nhuạn̂
cho hàng triẹu nông dân
̂
̀ ́ ́
trong đó yêu tô ngoai canh nhu sâu b
́ ́
̣ ̉
̛
ệnh và giông là hai yêu tô quan trong nhât.
́
́ ́
̣
́
Hiẹn nay đã có hon 20 loai b
̂
̛
̣ ẹnh hai bông do virus gây ra đu
̂
̣
̛ợc công bô, trong
́
đó bẹnh xanh lùn hay còn goi là b
̂
̣
ẹnh xanh lá (cotton blue disease) là loai b
̂
̣ ẹnh xuât
̂
́
hiẹn t
̂ ừ sơm và gây hai nghiêm trong cho san xuât bông (Correae et al., 2005). S
̀
̛ơc chon loc t
̣
̣
̣ ự nhiên từ các giông bông
́
kháng bệnh xanh lùn.
Xuât phát t
́
ư vân đê nêu trên, chúng tôi tiên hành nghiên c
̀ ́ ̀
́
ứu đê tài:
̀
Nghiên cưu đa dang di truyên nguôn gen bông co (
́
̣
̀
̀
̉ Gossypium arboreum L.)
phuc vu l
̣
̣ ạp ban đô gen kháng b
̂
̉
̀
ẹnh xanh lùn.
̂
1.1. Muc tiêu cua đê tài
̣
ưu l
́ ạp ban đô gen kháng b
̂ ̉
̀
ệnh xanh lùn và chon tao giông bông
̣
̣
́
kháng bẹnh.
̂
1.2. Nội dung nghiên cứu của đề tài
1. Thu thập một số giống bông cỏ có tiềm năng năng suất cao, chất lượng xơ
tốt và một số dòng bông kháng bệnh xanh lùn.
2. Đánh giá tính kháng bệnh xanh lùn và một số đặc tính nông sinh học chính
của các giống bông đã thu thập.
1
3. Sử dụng chỉ thị phân tử SSR để phân tích mối quan hệ di truyền phân tử
giữa các giống bông cỏ.
4. Xác định cặp giống bông vải kháng bệnh và giống bông không kháng bệnh
nhưng có nhiều đặc tính ưu việt về năng suất cũng như chất lượng sợi làm vật liệu
lai tạo quần thể, phục vụ lập bản đồ phân tử gen kháng bệnh xanh lùn.
2
Phần 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Cỏ Nghệ An
Cỏ Bắc Ái
Nguồn
gốc
Việt Nam
Việt Nam
Việt Nam
Việt Nam
Việt Nam
TT
16
17
18
19
20
3
MS
TĐ
77
78
79
80
81
Tên
Giống
91B16
43
44
46
75
76
Ấn Độ
Việt Nam
Ấn Độ
Ấn Độ
Ấn Độ
Ấn Độ
Ấn Độ
Liên Xô
Ấn Độ
Ấn Độ
AK235
Lục Ngạn
B2III4
B2IV10
Akola
Tka 283
Tka 188
Ava
B10
91L12
21
22
Ấn độ
Ấn độ
Ấn độ
Ấn độ
Ấn độ
Ấn độ
Ấn độ
Ấn độ
Ấn độ
Ấn độ
* Chú thích: MSTĐ – Mã số tập đoàn
2.1.2. Các cặp mồi SSR
50 cặp mồi SSR cho cây bông, bao gồm 6 nhóm mồi khác nhau: BNL
(Brookhaven National Laboratory, 2007), MUCS (Mauricio Ulloa, 2005), MUSS
(Mauricio Ulloa, 2005), NAU (Nanjing Agricultural University, 2007), STV (Taliercio
E, Scheffler J. 2006), TM (John Yu, 2002) (Bảng 2.2).
Bảng 2.2. Các nhóm mồi SSR sử dụng trong nghiên cứu
TT
Nhóm mồi
1
2
3
4
5
6
xanh lùn theo 4 cấp của Junior và cs. (2008), thang điểm được ghi nhận như sau:
+ Cấp 0: Không nhiễm bệnh
+ Cấp 1: Màu lá bình thường nhưng lá bị biến dạng nhẹ
+ Cấp 2: Lá có màu đậm và bị biến dạng dễ nhận thấy
+ Cấp 3: Lá có màu xanh nhạt, bị biến dạng nhiều và gân lá vàng
Cách tính điểm kháng/nhiễm: Cây có bệnh cấp 0: được đánh giá kháng. Cây
4
có có bệnh 13 được đánh giá nhiễm.
2.2.2. Phương pháp đánh giá đặc tính nông sinh học của các giống bông
Phương pháp đánh giá đặc tính nông sinh học của các giống bông cỏ dựa trên
3 nhóm chỉ tiêu chính:
(1) Nhóm chỉ tiêu về sinh trưởng: Thời gian sinh trưởng (ngày); Chiều cao cây
(cm); Số cành đực/cây; Số cành quả/cây; Vị trí cành quả 1 (đốt).
(2) Nhóm chỉ tiêu về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất: Khối lượng quả
(g); Số quả/cây; Năng suất lý thuyết (tạ/ha); Khối lượng 100 hạt (g); Tỷ lệ xơ (%);
Năng suất bông hạt (tạ/ha); Năng suất bông xơ (tạ/ha).
(3) Nhóm chỉ tiêu về hạt, tỉ lệ xơ và chất lượng xơ: Chiều dài xơ (mm); Độ đều xơ
(%); Độ mịn xơ (mix); Độ chín xơ (%); Độ bền xơ (g/tex).
Số liệu theo dõi về các chỉ tiêu trong đánh giá đặc tính nông sinh học các
giống bông được nhập vào phần mềm thống kê IRRISTAT v.4.0 (IRRI, 1998) để
xử lý.
2.2.3. Phương pháp phân tích đa hình di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR
2.2.3.1. Phương pháp tách chiết ADN tổng số và quy trình chạy phản ứng PCR
a) Tách chiết ADN tổng số
ADN lá bông được tách chiết và tinh sạch theo phương pháp CTAB của
Doyle, J.J. và cs. (1987).
Quy trình tách chiết ADN tổng số:
Mẫu lá non được nghiền mịn trong nitơ lỏng trong ống eppendorf 2ml
94
55
72
72
4
Thời gian
7 phút
15 giây
30 giây
2 phút
7 phút
Số chu kỳ
1
40
1
Tác dụng
Biến tính
Biến tính
Gắn mồi
Tổng hợp
Tổng hợp
Bảo quản
2.2.3.2. Phân tích số liệu đa hình di truyền
Nhưng sô liêu thông kê bao gôm sô allen trên locus, tân sô allen phô biên nhât,
̃
́ ̣
̉
́
́ ̣ ở từng
locus nghiên cưu. (2) Allen cá bi
́
ệt cua t
̉ ưng chi thi SSR đ
̀
̉ ̣
ược xac đinh la allen xuât
́ ̣
̀
́
hiên duy nhât
̣
́ ở 1 giông trong toan bô cac giông bông nghiên c
́
̀
̣ ́
́
ứu. (3) Đa dang di
̣
truyên allen cua cac chi thi SSR đ
̀
̉
́
̉ ̣
ược đanh gia thông qua hê sô PIC (Botstein,1980)
́
́ ̣
́
̣ ̉
́
̉ ưng chi thi SSR đ
̀
̉ ̣
ược ghi nhân cho
̣
tât ca cac giông bông nghiên c
́ ̉ ́
́
ứu, trong đó 0 là không có băng ADN và 1 là có băng
ADN ở cùng một vị trí. Số liêu
̣ được nhập vào chương trình NTSYSpc v. 2.1
(Rohlf, 1997) để xây dựng ma trân t
̣ ương đông di truyên. Tiêp theo, s
̀
̀
́
ơ đô hinh cây
̀ ̀
biêu diên môi quan hê di truyên gi
̉
̃
́
̣
̀ ữa cac giông bông nghiên c
lùn, các giống còn lại đều có biểu hiện nhiễm bệnh.
Đề tài đã tiến hành chọn dòng đối với tính kháng bệnh xanh lùn trên giống
bông cỏ Nghệ An, kết quả đã chọn lọc được 6 dòng biểu hiện tính kháng bệnh,
trong đó có 4 dòng kháng hoàn toàn, đó là các dòng KXL0002, KXL0003, KXL
0004, KXL0005 (bảng 3.1). Những dòng bông này được lưu giữ làm vật liệu để
lai với các dòng giống bông vải khác, tạo quần thể con lai lập bản đồ gen kháng
bệnh xanh lùn.
Bảng 3.1. Kết quả chọn lọc các dòng kháng bệnh xanh lùn của bông Nghệ An.
Tổng số
Tỷ lệ bệnh
Thời gian ủ bệnh
cây
(%)
trung bình (ngày)
1
KXL0001
23
4,3
25,0
2
KXL0002
32
0
0
3
KXL0003
29
0
0
4
Tên giống
1
2
3
4
7
15
18
42
Cỏ Bắc Ái
AK235
Cỏ Lục Ngạn
Akola
Thời gian
sinh trưởng
(ngày)
97,0
100,0
97,0
103,0
8
Năng suất
bông xơ
(tạ/ha)
80
82
86
101
Tka 283
Tka188
Ava
B10
91B16
BAA(bar x arb)
BAA(bar x arb)
BAA(bar x arb)
BAA(bar x arb)
Không tên
Max
Min
Trung bình
104,0
102,0
99,0
107,0
107,0
107,0
106,0
106,0
99,0
106,0
107,0
14 giống bông cỏ có tiềm năng năng suất cao và chất lượng tốt trên sẽ là cơ
sở cho việc chọn ra các giống bố/mẹ ban đầu để lai với các dòng kháng bệnh tạo
quần thể F1 phục vụ cho việc lập bản đồ gen kháng bệnh xanh lùn trên cây bông.
3.3. PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI TRUYỀN CÁC GIỐNG BÔNG NGHIÊN CỨU
BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR
3.3.1. Tách chiết ADN tổng số của các giống bông phục vụ phân tích SSR
Mẫu lá non của 30 giống bông cỏ và 1 dòng bông kháng (KXL0002) sau khi
được tách chiết ADN tổng số theo phương pháp CTAB đã thu được nồng độ khá
cao, từ 200 – 1.500ng/µl.
Hình 3.2. Kết quả kiểm tra ADN của các giống bông trên gel agarose 0,8%
Giếng số 131: ADN các giống bông nghiên cứu
Giếng ngoài cùng bên phải: ADN chuẩn với nồng độ 100ng
9
3.3.2. Kết quả phân tích đa hình ADN các giống bông bố mẹ bằng chỉ thị SSR
ADN tổng số của 30 giống và 1 dòng bông cỏ kháng bệnh xanh lùn sau khi
tinh sạch được sử dụng để tiến hành làm phản ứng PCR với 50 chỉ thị phân tử SSR.
Tuy nhiên, đối với hệ gen bông, việc xác định được những locus SSR cho các alen
đa hình là tương đối khó khăn, chính vì vậy, trong số 50 cặp mồi nằm rải rác trên
hệ gen bông đã nghiên cứu, chỉ có 15 cặp mồi cho kết quả đa hình, chiếm 30% tổng
số cặp mồi. Số chi thi còn l
̉ ̣
ại không cho đa hình giữa các giống, cho băng sản phẩm
mờ hoặc không cho sản phẩm PCR, nên bị loại bỏ khỏi nghiên cứu. Hình 3.3 và 3.4
là ảnh gel minh họa đa hình ADN giữa các giống bông cỏ khi khảo sát với một số
cặp mồi SSR. Kết quả cho thấy cặp mồi này đã cho đa hình ADN tương đối rõ giữa
các giống bông.
A12,AD12,AD22
Số
allen
4
2
11
Kích
Tần số
thước sản allen phổ
phẩm
biến
PCR (bp)
nhất
140200
41,304
135150
64,516
Số
allen
cá
biệt
0
0
PIC
0,674
A12,AD12
AD19
AD01
AD10
AD02,AD08,AD30
A12,AD12
AD11
AD13,AD18
AD09,AD23
A_chr08
A_chr05
AD_chr01
AD_chr19
Tổng số
Trung bình
Min
Max
3
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
56,098
61,290
55,172
72,973
67,469
41,304
86,667
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
0,13
0
1
0,531
0,399
0,238
0,231
Tông
̉
sô allen
́
Trung binh
̀
Số
PIC
allen
1
Rehman và cs. (2009)
33
25
50
2,00
0,39
2
Khan và cs. (2009)
17
30
1,76
0,38
5
Guang và cs. (2006)
43
36
130
3,60
0,62
6
Wangzhen Guo (2006)
109
60
2,13
0,40
9
Nguyệt và cs. (2009)
49
50
128
2,56
10
Nghiên cưu nay
́
̀
30
15
34
̃
̉ ̣
ược sử dung trong nghiên c
̣
ứu
nay đa cho kêt qua đa dang cao gi
̀ ̃
́
̉
̣
ưa cac giông bông nghiên c
̃ ́
́
ứu và việc sử dụng
những chỉ thị này sẽ có ý nghĩa khi phân tích đa hình di truyền cây bông.
3.3.3. Kết quả phân tích mối quan hệ di truyền của các giống bông nghiên cứu.
Số liệu phân tích SSR với các giống bông tiếp tục được đưa vào xử lý bằng
phần mềm NTSYS pc2.1 để phân tích mức độ tương đồng di truyền và khoảng
cách di truyền giữa các giống bông nghiên cứu. Kết quả thu được ở bảng 3.5 và
hình 3.5.
Bảng 3.5. Mối quan hệ di truyền giữa 31 giống bông cỏ trong nghiên cứu
Hình 3.5. Sơ đồ hình cây thể hiện mối quan hệ di truyền của các giống bông
cỏ trong nghiên cứu
13
Kết quả cho thấy độ tương đồng di truyền giữa các giống bông nghiên cứu
̀ ̃
́
sự đa dang kha l
̣
́ ơn vê măt di truyên gi
́ ̀ ̣
̀ ưa 31 dòng/giông bông nghiên c
̃
́
ứu. Kết hợp
kết quả phân nhóm di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR với những thông tin nổi trội
về đặc tính nông sinh học của tập đoàn bông nghiên cứu, đề tài đã chọn lọc được
một số dòng/giống bông đại diện cho các nhóm di truyền đồng thời có nguồn gốc
14
khác nhau, xa cách về hệ số tương đồng di truyền. Những giống này sẽ là nguồn
vật liệu cho các nghiên cứu tiếp theo về tạo lập cơ sở dữ liệu nguồn gen cây bông
nhằm phục vụ cho quá trình lập bản đồ gen kháng bệnh xanh lùn ở cây bông.
3.4. CHỌN CẶP LAI TRIỂN VỌNG TẠO QUẦN THỂ F1 PH ỤC V Ụ L ẬP
BẢN ĐỒ GEN KHÁNG BỆNH XANH LÙN.
Từ các kết quả nghiên cứu về những đặc tính nông sinh học của các giống
bông nghiên cứu, đề tài đã chọn lọc được 14 giống bông có tiềm năng năng suất tốt,
chất lượng cao (bảng 3.2). Tuy nhiên, để chọn được những cặp lai triển vọng nhất
để lai tạo F1, với mong muốn thế hệ lai F1 cho ưu thế lai và độ hữu thụ cao, việc
kết hợp những kết quả đánh giá kiểu hình với kết quả phân tích kiểu gen là rất cần
thiết. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chọn các cặp bố mẹ có độ tương đồng di
truyền nằm trong khoảng từ 0,3 đến 0,5. Danh sách các giống bố mẹ dùng cho lai
tạo quần thể F1 được liệt kê ở bảng 3.6.
Những quần thể F1 sau khi được lai tạo sẽ được tiếp tục chọn lọc và tạo
2
15
AK235
Ấn Độ
0,35
3
42
Akola
Ấn Độ
0,38
4
44
Tka188
Ấn Độ
0,41
8
9
79
80
BAA(bar x arb)
BAA(bar x arb)
Ấn Độ
Ấn Độ
0,38
0,29
Tên giống
Nguồn
gốc
15
Tên
giống
Nguồn
gốc
1
Ấn Độ
0,32
Nam
Hình 3.6. Sơ đồ lai tạo tổ hợp lai F1
Phần 4. KẾT LUẬN
1. Kết quả đánh giá tính kháng bệnh trên tập đoàn 30 giống bông cỏ nghiên
cứu đã xác định được 4 dòng bông thuộc giống bông cỏ Nghệ An có khả năng
kháng hoàn toàn với bệnh xanh lùn là: KXL0002, KXL0003, KXL0004, KXL
0005.
2. Kết quả đánh giá các đặc tính nông sinh học đã sàng lọc được 14 giống
bông cho năng suất trên 4,0 tạ/ha và độ bền xơ trên 17,5g/tex phục vụ cho việc lai
tạo quần thể F1.
3. Kết quả phân tích đa dạng di truyền 31 dòng/giống bông với 15 chỉ thị
phân tử SSR đã thu được được tổng số 34 allen, với trung bình 2,3 allen/locus. Tần
số allen phổ biến nhất dao động trong khoảng từ 41,3% đến 86,7%, trung bình là
67,45%. Chỉ số đa dạng PIC của các locus nghiên cứu cũng khá cao, với giá trị trung
bình là 0,41.
4. Đã xác định được hệ số tương đồng di truyền giữa các giống bông dao
động từ 0,26 đến 0,97 với giá trị trung bình là 0,61, từ đó xây dựng được sơ đồ hình
cây biểu diễn mối quan hệ di truyền giữa của 31 dòng/giống bông làm cơ sở di
16
truyền cho những nghiên cứu tiếp theo.
5. Kết hợp đánh giá kiểu hình với phân tích kiểu gen của các giống bông đã