Tóm tắt luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTVIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ******* PHÙNG TÔN QUYỀN NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIèNG LÚA KHÁNG RẦY NÂU VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CHỈ THỊ PHÂN TỬ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

*******

PHÙNG TÔN QUYỀN

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIèNG LÚA KHÁNG RẦY NÂU VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CHỈ THỊ PHÂN TỬ Chuyên nghành: Di truyền và Chọn giống cây trồng

Mã số: 62.62.01.11

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Công trình được hoàn thành tại: Viện Di truyền Nông nghiệp

Người hướng dẫn khoa học:

Thầy hướng dẫn 1: PGS.TS Vũ Đức Quang

Thầy hướng dẫn 2: TS Lưu Thị Ngọc Huyền

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:………

NHỮNG Công trình liên quan đến luận án ĐÃ ĐƯỢC CễNG BỐ

1 Phựng Tụn Quyền, Nguyễn Thị Lang, Lưu Thị Ngọc Huyền, Vũ Đức Quang (2010), “Đỏnh giỏ tớnh khỏng rầy nõu của một số dũng, giống lỳa tại

Đồng bằng Sụng Hồng và Sụng Cửu Long”, Tạp chớ khoa học và cụng nghệ

nụng nghiệp Việt Nam, số 1 (14)/2010, tr 8-13

2 Đinh Văn Thành, Lại Tiến Dũng, Phan Thị Bớch Thu, Lưu Thị Ngọc Huyền, Phựng Tụn Quyền (2011), “Kết quả nghiờn cứu đỏnh giỏ tớnh khỏng rầy

nõu Nilaparvata lugens (Homoptera: Delphacidea)”, Bỏo cỏo tổng kết của Cục

trồng trọt, Nhà xuất bản Nụng nghiệp, tr 256-263

3 Lưu Thị Ngọc Huyền, Phựng Tụn Quyền, Vũ Đức Quang (2013), “Ứng dụng cụng nghệ chỉ thị phõn tử trong chọn tạo giống lỳa thuần khỏng rầy nõu”,

Tạp chớ khoa học và cụng nghệ nụng nghiệp Việt Nam, số 2 (41)/2013, tr

20-25

MỞ ĐẦU

1 Tớnh cấp thiết của đề tài

Lỳa (Oryza sativa L.) là một cõy lương thực quan trọng ở Việt Nam, đồng

thời cũng là nguồn thức ăn quan trọng nhất cho một nửa dõn số thế giới Để đảm bảo năng suất lỳa vượt trần, một trong những chiến lược quan trọng là ứng dụng cụng nghệ sinh học vào việc chọn tạo giống mới đảm bảo nhu cầu lương thực của con người

Rầy nõu (Nilaparvata Lugens Stal) là một trong số cỏc cụn trựng gõy hại

trờn lỳa làm giảm nghiờm trọng sản lượng lỳa trồng ở hầu hết cỏc nước trồng lỳa trờn thế giới, nhất là cỏc nước nhiệt đới Ở nước ta những thiệt hại do rầy nõu gõy

ra hàng năm làm giảm khoảng 10% sản lượng lỳa, đụi khi tới 30% hoặc hơn nữa

Phương phỏp chọn giống nhờ chỉ thị phõn tử (MAS - Marker-Assisted Seletion) sử dụng cỏc chỉ thị phõn tử liờn kết với cỏc gen mong muốn vừa nõng cao hiệu quả chọn lọc, vừa rỳt ngắn thời gian chọn giống

Để gúp phần vào cụng tỏc chọn giống lỳa khỏng rầy nõu, thỡ việc sử dụng chỉ thị phõn tử liờn kết với cỏc gen khỏng rầy nõu được coi là hiệu quả và ưu việt

Vỡ vậy chỳng tụi tiến hành thực hiện đề tài “ Nghiờn cứu chọn tạo giống lỳa khỏng rầy nõu với sự trợ giỳp của chỉ thị phõn tử”

2 Mục tiờu của đề tài :

Sử dụng phương phỏp chọn giống nhờ chỉ thị phõn tử để tạo giống lỳa

thuần ưu việt, khỏng ổn định với quần thể rầy nõu vùng Đồng bằng sụng Hồng

3 Thời gian và địa điểm thực hịờn đề tài:

- Từ năm 2007 đến năm 2013

- Viện Di truyền Nụng nghiệp, Viện Bảo vệ Thực vật, Trung tõm CGCN&KN Thanh Trỡ - Hà Nội

- Tỉnh Nam Định, Thỏi Bỡnh, Hà Nam, Hà Nội

4 Tớnh mới và những đúng gúp của đề tài:

- Đõy là một trong những nghiờn cứu chọn giống lỳa khỏng rầy nõu bằng chỉ thị phõn tử ở Việt Nam, là một phần của đề tài thuộc chương trỡnh CNSHNN của Bộ Nụng nghiệp & PTNT

- Trong đề tài này đó qui tụ được 2 gen khỏng rầy nõu vào 1 giống lỳa, cú

sử dụng chỉ thị phõn tử SSR liờn kết với gen khỏng

5 í nghĩa của đề tài:

- í nghĩa khoa học: Sử dụng chỉ thị phõn tử trong chọn tạo ra 2 dũng lỳa mang 2 gen khỏng rầy nõu

- í nghĩa thực tiễn: Dũng lỳa KR8 thu được như kết quả của đề tài là dũng triển vọng cú thể đưa ra sản xuất

6 Cấu trỳc của luận ỏn:

Luận ỏn dày 155 trang được bố cục như sau: Mở đầu 3 trang; Chương 1: Tổng quan tài liệu 51 trang; Chương 2: Vật liệu và phương phỏp nghiờn cứu 23 trang; Chương 3: Kết quả nghiờn cứu và thảo luận 57 trang; Chương 4: Kết luận

và kiến nghị 01 trang; Những cụng trỡnh đó được cụng bố 01 trang; Tài liệu tham

khảo 19 trang Cú 37 hỡnh, 37 bảng số liệu, 167 tài liệu tham khảo, trong đó cú 46

tài liệu tiếng Việt và 121 tài liệu tiếng Anh, 03 bài bỏo và 2 phụ lục

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Rầy nõu và đặc tớnh khỏng rầy nõu ở lỳa

1.1.1 Đặc tớnh sinh học của rầy nõu

Rầy nõu (Brown planthopper) là một loại cụn trựng cú tờn khoa học là

Nilaparvata lugens Stal

1.1.2 Tỡnh hỡnh và mức độ gõy hại lỳa trong những năm gần đõy tại Việt Nam:

Dịch rầy nõu bựng phỏt trong cỏc năm, đặc biệt năm 2000: hơn 540 nghỡn hecta lỳa bị nhiễm rầy trong đú cú 256 nghỡn hecta bị nhiễm nặng

1.1.3 Đặc tớnh khỏng rầy nõu ở lỳa:

1.1.3.1 Cơ chế tớnh khỏng đối với cụn trựng

Cụn trựng (insect) chỉ trở thành sinh vật gõy hại (pest) khi con người bắt đầu tiến hành thõm canh trong nụng nghiệp

1.1.3.2 Di truyền tớnh khỏng rầy nõu ở lỳa

Bằng cỏc thớ nghiệm phõn tớch di truyền và chỉ thị phõn tử, cỏc nhà khoa

Bảng 1.1 Các gen kháng rầy nâu và giống chỉ thị mang gen kháng

- Qui tụ 2 gen kháng rầy nâu vào những dòng lúa ưu việt

Hình 2.1 “Sử dụng chỉ thị phân tử để chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu”

(Lưu Thị Ngọc Huyền và ctv,2011)

1.3 Nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu tại Việt Nam

1.3.1 Các nghiên cứu xác định chỉ thị phân tử liên kết gen và lập bản đồ gen kháng rầy nâu trong nước

Xác định được một số chỉ thị liên kết với gen kháng rầy nâu Thiết lập được

1 bản đồ liên kết cho gen kháng rầy nâu BphZ(t). trên nhiễm sắc thể số 4 Quy tụ

gen kháng Bph3 và BphZ(t) tạo ra các dòng IS1.2, IS2.3, RS Gen BphZ(t).đã được lập bản đồ chi tiết hơn trên NST số 4

1.3.2 Chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu tại Việt nam

Trong những năm gần đây, giống lúa kháng CR203, CR84-1 đã trở nên kháng trung bình và đã có lúc bị cháy rầy

Dòng cho gen (chồng 2 gen)

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu

- Dòng/giống lúa cho gen kháng rầy nâu (donor): Dòng IS1.2 và IS2.3 là 2

dòng đã được qui tụ hai gen kháng rầy nâu Bph3 và BphZ(t).

- Giống nhận gen (recipient): Giống lúa IR64 (Tám Điện Biên)

- Các chỉ thị phân tử SSR liên kết gen Bph3 và BphZ(t).

- Giống chuẩn kháng rầy nâu : Ptb33;

- Giống chuẩn nhiễm rầy nâu : TN1

- Giống đối chứng nông sinh học : KD18

Nguồn gốc các dòng/giống lúa và vật liệu nghiên cứu:

Dòng/giống lúa cho gen kháng rầy nâu (donor)

Dòng IS1.2, IS2.3 và RS là các dòng lúa đã được qui tụ hai gen kháng rầy

nâu Bph3 và BphZ(t)

Trên cơ sở bản đồ gen Bph3 trên NST số 6 và BphZ(t) trên NST số 4, tiến hành lựa chọn các chỉ thị phân tử liên kết gen kháng rầy nâu

(Lưu Thị Ngọc Huyền và ctv,2003; 2010)

Giống nhận gen (recipient): Giống lúa IR64

Hình 2.1 Bản đồ phân tử chi tiết

gen kháng rầy nâu Bph3

Hình 2.2 Bản đồ phân tử chi tiết gen kháng rầy nâu BphZ(t)

NST số 4 ë lóa Bản đồ LK gen BphZ(t)

- Rầy nâu dùng cho nghiên cứu được thu thập từ vùng Đồng bằng sông Hồng và vùng Đồng Tháp Mười

- Các hoá chất dùng trong nghiên cứu được mua từ các hãng GenSet, Pharmacia, Sigma, Boehringer, Promega, BioRad,

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp đánh giá khả năng kháng/nhiễm rầy nâu các dòng/giống lúa

Đánh giá tính kháng nhiễm rầy nâu theo thang điểm chuẩn của IRRI (5 cấp độ) và thang điểm của Viện BVTV (10 cấp độ)

2.2.2 Lai hồi giao, qui tụ gen kháng rầy từ dòng/giống cho gen vào giống lúa

ưu việt

Cặp lai được lựa chọn là dòng cho gen kháng rầy (donor) mang gen kháng, giống nhận gen là giống có các đặc điểm ưu việt

2.2.3 Phương pháp thu thập thông tin các chỉ thị sử dụng trong nghiên cứu

Thu thập thông tin trang http://www.gramen.org/cho

2.2.4 Phương pháp chọn tạo các dòng lúa kháng rầy nâu trên cơ sở sử dụng công nghệ chỉ thị phân tử

- Đánh giá và chọn dòng từ thế hệ F2 trở đi đến F6 trên đồng ruộng

- Sử dụng kỹ thuật chỉ thị phân tử SSR để phát hiện gen kháng rầy nâu

- Kiểm tra tính kháng rầy nâu dòng mang gen kháng trong nhà lưới và trên đồng ruộng

2.2.5 Một số kỹ thuật dùng trong phòng thí nghiệm

- Tách chiết ADN và tinh sạch theo phương pháp CTAB

- Kỹ thuật PCR:

2.2.6 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng

Theo phương pháp của Phạm Chí Thành (1986);

2.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

Chương trình IRRISTART 5.0, Excel 2010 và các phương pháp phân tích thống kê khác

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu đánh giá nguồn vật liệu và tập đoàn dòng/giống lúa kháng rầy nâu

3.1.1 Đánh giá phản ứng của một số dòng/giống, năm 2008

Bảng 3.1 Phản ứng của một số dòng giống vật liệu nghiên cứu với quần thể

rầy nâu ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long

rầy ĐBSH

Thử nghiệm rầy ĐBSCL

Ghi chó: Kháng cao (KC); Nhi ễm nhÑ (NV); Nhiễm (N); Nhiễm nÆng (NN)

Tất cả các dòng IS và RS cho gen đều kháng rầy với điểm kháng cao đối với quần thể rầy nâu ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long

3.1.2 Đánh giá phản ứng của các dòng/giống với quần thể rầy nâu trong nhà lưới, tại Long An và Hà Nội, năm 2011

- Độc tính của rầy nâu tại các tỉnh phía Bắc đang có chiều hướng tăng lên

so với các năm trước

- Trong tổng số 144 dòng, giống lúa đánh giá có 45 giống có phản ứng kháng với rầy nâu tại miền Bắc chiếm 29,58% tổng số giống đánh giá Có 9

giống có phản ứng kháng với rầy nâu tại Mộc hoá- Long an (chiếm 4,2% )

3.1.3 Kết quả thiết lập các tổ hợp lai trong chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu

Sơ đồ chọn tạo giống lúa KR8 bằng chỉ thị phân tử

- Tiến hàn lai hồi gia giữa các câ F 2

tr n với IR6 (là câ r cur ent

* Chọn giống trên cơ sở lai hồi gia xen

kẽ với tự th qua các thế hệ từ BC 1 F 2

đến BC 3 F 5

* Tiếp ục chọn dòng đến BC 3 F 7

3.2 Kiểm tra gen kháng rầy nâu bằng chỉ thị phân tử

3.2.1 Kết quả tách chiết và tinh sạch ADN tổng số

3.2.2 Kiểm tra kết quả sản phẩm PCR trên gel agarose 1%

Hình 3.2 Kết quả điện di sản phẩm phản ứng PCR trên gel agarose 1% với

thang chuẩn 1kb ladder

Sản phẩm PCR chỉ có một băng, các băng gọn rõ nét, cho thấy phản ứng PCR thực hiện tốt

3.2.3 Xác định CTPT trợ giúp trong chọn giống lúa kháng rầy

3.2.3.1 Xác định chỉ thị trợ giúp cho đa hình giữa cây bố mẹ đối với gen Bph3

Giống 1: Q5; 2: KD18; 3: Swa; 4: IR64; 5: IS1.2; 6: SL6; 7: E1; 8: TN1

Hình 3.3 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

(Chỉ thị RM588 liên kết gen Bph3)

Giống 1: Q5; 2: KD18; 3: Swa; 4: IR64; 5: IS1.2; 6: SL6; 7: E1; 8: TN1

Hình 3.4 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

(Chỉ thị RM190 liên kết gen Bph3) 3.2.3.2 Xác định chỉ thị phân tử trợ giúp đối với gen BphZ(t)

Giống 1: TN1; 2: IR64; 3: Swa; 4: SL12; 5: KD18;

6: IS1.2; 7: IS2.3; 8: E3-2-1; 9: E3-4-1

Hình 3.5 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

(Chỉ thị RM5757 liên kết gen BphZ(t))

Giống 1: Q5; 2:KD18; 3: Swa; 4:IR64; 5:IS1.2; 6:SL6; 7:E1; 8:TN1

Hình 3.6 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

(Chỉ thị RM 3367 liên kết gen BphZ(t))

Giống 1: Swa; 2: Q5; 3: KD; 4: KD ĐB; 5: DT38; 6: H2; 7: BT; 8: IR64; 9: SL12; 10:

IS1.2; 11: IS1.9; 12: IS 2.1; 13: IS 2.3; 14:S2.5; 15: IS2.6;

16: IS 2.7; 17: IS3.2; 18: IS 4.3; 19: IS5.1

Hình 3.7 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

Giống 1 TN1; 2 SW; 3 BB; 4 KDđb; 5 HL0; 6 HL02;

7 IS1.2; 8 IR64; 9 IR72; 10 Q5

Hình 3.8 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

(Chỉ thị RM6997 liên kết gen BphZ(t))

Giống 1 TN1; 2 SW; 3 BB; 4 KDđb; 5 HL01; 6 HL02;

7 IS1.2; 8 IR64; 9 IR72; 10 Q5

Hình 3.9 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

(Chỉ thị RM 3735 liên kết gen BphZ(t))

Giống 1 TN1; 2 SW; 3 BB; 4 KDđb; 5 HL01; 6 HL02;

7 IS1.2;8 IR64; 9 IR72; 10 Q5

Hình 3.10 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

(Chỉ thị RM5714 liên kết gen BphZ(t))

Giống 1 TN1; 2 SW; 3 BB; 4 KDđb; 5 HL01; 6 HL02;

7 IS1.2; 8 IR64; 9 IR72; 10 Q5

Hình 3.11 Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ

(Chỉ thị RM5757 liên kết gen BphZ(t))

3.2.4 Phân tích xác định sự có mặt của gen kháng rầy nâu trong các con lai:

3.2.4.1 Phân tích xác định sự có mặt của gen kháng rầy nâu Bph3 trong các dòng

BC

* Phân tích sự có mặt của gen Bph3 con lai BC 1 F 1

Hình 3.12 Ảnh kết quả sử dụng chỉ thị phân tử SSR (RM588) liên kết gen Bph3

xác định con lai BC 1 F 1 mang gen kháng

Giếng số 2: Giống nhận gen IR64

Các giếng 6, 7, 8, 11, 13 15, 17, 18, 19, 24, 25, 26: Là các cá thể mang gen kháng, xuất hiện băng của cả IS1.2 và IR64

Các giếng 3, 4, 5, 9, 10, 12, 14, 16, 20, 21, 22, 23: Là các cá thể không mang gen kháng, chỉ mang băng của IR64

* Phân tích sự có mặt của gen Bph3 con lai BC 1 F 2

Hình 3.13 Sử dụng chỉ thị phân tử RM588 liên kết với gen Bph3 để xác định cá

thể mang gen kháng ở thế hệ F2

Giếng số 2: Giống nhận gen IR64

Giếng 3, 4, 6, 7, 12, 20 Cá thể đồng hợp tử mang gen kháng

Giếng 5, 10, 11, 15, 21 Cá thể không mang gen kháng

Giếng 8, 9, 13, 14, 16, 17, 18,19 Cá thể dị hợp tử mang gen kháng

* Phân tích sự có mặt của gen Bph3 con lai BC

Hình 3.14 Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết Bph3 trong chọn lọc các cá thể

mang gen kháng của dòng BC

Hình 3.15 Kết quả xác định cá thể BC 3 F 3 mang chỉ thị RM588 liên kết gen Bph3

của tổ hợp IR64/IS1.2

3.2.4.2 Phân tích xác định sự có mặt của gen kháng rầy nâu BphZ trong các dòng BC

* Phân tích xác định sự có mặt của chỉ thị liên kết gen BphZ(t) trong các con

lai BC 1 F 1

Hình 3.16 Kết quả sử dụng chỉ thị phân tử SSR (RM5757) liên kết với gen

BphZ(t) xác định con lai BC1 F 1 mang gen kháng

Giếng số 1: IS1.2 mang gen kháng rầy nâu BphZ(t)

Giếng số 2: Giống nhận gen IR64

Các giếng 3, 6, 7, 9, 13, 16, 17, 19, 21, 22, 24, 26: Là các cá thể mang gen kháng, xuất hiện băng của cả IS1.2 và IR64

Các giếng 4, 5, 8, 10, 11, 12, 14, 15, 18, 20, 23, 25: Là các cá thể không mang gen kháng, chỉ mang băng của IR64

* Phân tích xác định sự có mặt của chỉ thị liên kết gen BphZ(t) trong các con

lai BC

Hình 3.17 Kết quả sử dụng chỉ thị RM3367 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các cá

thể mang gen kháng của dòng BC

Hình 3.18 Kết quả sử dụng chỉ thị RM3735 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các

cá thể mang gen kháng của dòng BC

3.2.4.3 Phân tích xác định cá thể mang gen Bph3 trong quần thể chọn tạo giống

Hình 3.19 Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết Bph3 trong chọn lọc các cá thể

mang gen kháng của dòng 64R8-1 (KR8) của tổ hợp IR64/IS1.2 (Thế hệ BC 3 F 3 )

Hình 3.20 Kết quả sử dụng chỉ thị RM588 liên kết gen Bph3 của tổ hợp IR64/IS,

trong chọn lọc các cá thể dòng 64R8-2 (KR8-2) mang gen kháng

Hình 3.21 Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết gen Bph3, trong chọn lọc các

cá thể của dòng DTR64 mang gen kháng

3.2.4.4 Phân tích xác định cá thể mang gen BphZ(t) trong quần thể chọn tạo gièng

Hình 3.22 Kết quả sử dụng chỉ thị RM3735 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các

cá thể mang gen kháng của dòng KR8

Hình 3.23 Kết quả sử dụng chỉ thị RM3367 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các cá

thể mang gen kháng của dòng KR8

3.3 Khảo sát một số dòng triển vọng ngoài đồng ruộng

3.3.1 Các dòng triển vọng

Vụ mùa năm 2010 đã chọn lọc được 27 dòng lúa kháng rầy nâu triển vọng

cho đồng bằng sông Hồng, được thể hiện trên bảng 3.2

Bảng 3.2 Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng triển vọng

vụ mùa 2010 (mật độ 50 khóm/m 2 )

TT Dòng/giống

Số bông/

khóm

Số hạt/bông

Tỉ lệ hạt chắc (%)

P1000 hạt (g)

NSTT

(tÊn

/ha)