DSpace at VNU: Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó với biến đổi khí hậu

DSpace at VNU: Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó với biến đổi khí hậu tài liệu, giáo án...

Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó với biến đổi khí hậu

Nguyễn Thị Huế

Trường Đại học Khoa học Tư nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Di truyền học; Mã số: 60 42 01 21

Người hướng dẫn: TS Lê Hùng Lĩnh; TS Đỗ Thị Phúc

Năm bảo vệ: 2013

Abstract: Đã xác định vật liệu bố mẹ trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn là OM6976

và FL478 Trong đó, giống FL478 được dùng làm giống cho QTL/Salol, có đặc điểm nông sinh học và khả năng thích ứng tốt trong điều kiện vùng có khả năng chịu mặn (điểm 3) Giống lúa OM6976 làm giống nhận gen Sử dụng 2 chỉ thị phân tử RM493 và RM3412b trong nghiên cứu

đã xác định được 2 cá thể có kiểu gen đồng hợp tử trong quần thể chọn tạo giống BC3F2 Kết quả thử mặn trong điều kiện nhân tạo cho thấy: Các cá thể BC3F2 của tổ hợp OM6976/FL478 có khả năng chịu mặn (điểm 3) ở mức tương đương với giống Pokkali hoặc FL478 trong cùng điều kiện thí nghiệm Qua việc đánh giá khả năng chịu mặn trong điều kiện nhân tạo của các dòng được tuyển chọn từ quần thể BC3F2 bằng việc kết hợp sử dụng chỉ thị phân tử và chọn lọc truyền thống, chúng tôi nhận thấy các dòng OM6976/Saltol có khả năng chịu mặn tại điểm 3 tương đương với FL478 Thí nghiệm đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của các cá thể được tạo ra cho thấy hầu hết đều có đặc điểm nông sinh học tương tự giống OM6976 trong cùng điều kiện thí nghiệm, đặc biệt các dòng D1, D4, D7, D8, D16 và D18 có tiềm năng năng suất

vượt trội so với giống đối chứng OM6976

Keywords: Sinh học; Di truyền học; Giống lúa chịu mặn; Giống lúa

Content

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong những năm gần đây biến đổi khí hậu đang diễn ra ở quy mô toàn cầu do các hoạt động của con người làm phát thải quá mức khí nhà kính vào cầu khí quyển Biến đổi khí hậu tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn thế giới Theo báo cáo của trường Đại học Stanford, đến năm 2030 sản lượng lương thực ở Châu Á giảm 10% hoặc hơn, đặc biệt là lúa gạo, năng suất và sản lượng lúa luôn bị đe dọa bởi thiên tai, sâu bệnh và các yếu tố môi trường và đáng chú ý là hiện tượng đất nhiễm mặn Đất trồng trọt bị ảnh hưởng mặn ước tính khoảng 380 triệu ha, chiếm 1/3 diện tích đất trồng trên toàn thế giới

Việt Nam là một nước với 90% dân số làm nông nghiệp và là nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 trên thế giới sau Thái Lan, chiếm khoảng 50% tổng sản lượng gạo thương mại trên thế giới (số liệu tính đến năm 2009) Lúa gạo là nguồn thu ngoại tệ lớn nhất của nền nông nghiệp xuất khẩu Việt Nam và cũng là nguồn thức ăn chính gần 90 triệu dân số trong nước Tuy nhiên, với đường bờ biển dài 3.620 km trải dài từ Bắc vào Nam, hàng năm những vùng trồng lúa ven biển chịu ảnh hưởng rất nhiều do sự xâm nhiễm mặn từ biển Theo báo cáo năm 2010 của Cục Trồng trọt (Bộ Nông nghiệp và PTNT), tại ĐBSCL, xâm nhiễm mặn đã ảnh hưởng đến 620.000 ha/1.545.000 ha lúa đông xuân 2009 -1010, chiếm 40% diện tích toàn vùng tại các tỉnh ven biển như Tiền Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang, Cà Mau và Bến Tre Trong đó, diện tích có nguy cơ bị xâm nhập mặn cao khoảng 100.000 ha/650.000 ha chiếm 16% diện tích canh tác lúa ở các tỉnh trên

Trước những thách thức trên, việc chọn tạo những giống lúa có khả năng chịu mặn là hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao Do đó chúng tôi tiến hành đề tài:

“Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó với biến đổi khí

hậu”

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Ứng dụng chỉ thị phân tử kết hợp với phương pháp chọn giống truyền thống để tạo giống lúa chịu mặn năng suất cao đáp ứng nhu cầu về giống cho sản xuất, đặc biệt là cho các vùng ven biển ĐBSH nơi chịu nhiều ảnh hưởng của BĐKH

3 Ý nghĩa của đề tài

3.1.Ý nghĩa khoa học

Ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử để chọn tạo giống lúa chịu mặn giúp chọn lọc nhanh và chính xác nguồn gen chịu mặn ở các thế hệ con lai, nhờ vậy

có thể rút ngắn thời gian chọn lọc trên đồng ruộng, giảm số lượng cá thể gieo trồng hàng vụ, giảm diện tích gieo trồng, giảm lao động nặng nhọc, giảm chi phí cho những thí nghiệm đồng ruộng góp phần tăng đầu tư cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm một cách chuẩn mực

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Những thành công bước đầu trong việc ứng dụng chỉ thị phân tử để chọn lọc các cá thể lai sẽ mở ra hướng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống nói chung, không chỉ với đặc tính chịu mặn mà còn đối với nhiều đặc tính nông sinh học quý khác

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là vật liệu khởi đầu rất tốt trong nghiên cứu và chọn tạo giống lúa chịu mặn đặc biệt cho các vùng đồng bằng ven biển của Việt Nam nơi chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đối khí hậu

- Bổ sung thêm cơ sở lý luận trong công tác chọn tạo giống lúa bằng chỉ thị phân tử nhưng vẫn kế thừa các phương pháp chọn giống truyền thống

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

4.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Là các giống lúa thuần mang QTL/Saltol (gen chịu mặn) được nhập từ IRRI,

- Các chỉ thị phân tử có liên quan được sử dụng trong nghiên cứu

4.2 Phạm vi nghiên cứu:

Thí nghiệm được triển khai tại: Phòng thí nghiệm Sinh học phân tử thuộc Viện Di truyền Nông nghiệp (Từ Liêm, Hà Nội); Trung tâm Chuyển giao Công nghệ và Khuyến nông (Thanh Trì, Hà Nội); huyện Giao Thuỷ, Nam Định

Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2010 đến năm 2013

References

Tài liệu tiếng Việt

1 Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn (2009), Quy hoạch sử dụng đất lúa

cho từng vùng trên cả nước

2 Bùi Chí Bửu - Nguyễn Thị Lang (2004), Di truyền phân tử, Nhà xuất bản Nông

nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

3 Bùi Chí Bửu - Nguyễn Thị Lang, Cơ sở di truyền tính chống chịu đối với thiệt

hại do môi trường của cây lúa

4 Đinh Văn Lữ (1978), Giáo trình cây lúa, H.Nông nghiệp

5 Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam (2012), Nhà xuất bản Tài nguyên – Môi trường và Bản đồ Việt Nam

6 Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam(2009), Bộ Tài Nguyên và Môi trường

7 Lã Tuấn Nghĩa, Lê Thị Thu Trang (2011), Nghiên cứu sự thay đổi hàm lượng

chlorophyll, carotenoid và xác định alen kháng mặn ở một số giống lúa trong điều kiện mặn, Tạp chí CNSH

8 Lã Tuấn Nghĩa, Vũ Đức Quang, Trần Duy Quý (2004), Cơ sở lý thuyết và ứng

dụng công nghệ gen trong chọn tạo giống cây trồng, NXB Nông nghiệp

9 Lê Thị Thu Trang (2011), Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen liên quan

đến tính chịu mặn ở lúa Việt Nam, Tạp chí Khoa học công nghệ

10 Ngô Đính Thức (2006), “Nghiên cứu phát triển giống lúa chống chịu mặn cho

vùng đồng bằng song Cửu Long,” luận án tiến sĩ nông nghiệp, trường Đại học

Nông lâm Tp.HCM

11 Nguyễn Thị Lang (2002), Những phương pháp cơ bản trong công nghệ sinh

học, NXB Nông nghiệp, TP.HCM

12 Nguyễn Thị Lang, Hoàng Thị Ngọc Minh, Viện nghiên cứu Lúa ĐBSCL

(2006), Ứng dụng marker phân tử cho gen chống chịu mặn trên bộ giống lúa

cải tiến

13 Nguyễn Thị Ngọc Hoàn, Nguyễn Phương Dung, Nguyễn Minh Phượng (2007),

tổng luận: “Tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu và sự dâng cao nước biển”,

Trung tâm thông tin KH&CN Quốc gia

14 Phạm Chí Thành (1986), Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng, NXB Nông

nghiệp Hà Nội

15 Tăng Thị Hạnh, Dương Thị Hồng Mai, Trần Văn Luyện, Phạm Văn Cường, Lê

Khả Tường, Phạm Thị Nga (2011), Nghiên cứu khả năng chịu mặn của một số

nguồn gen lúa lưu giữ tại ngân hàng gen cây trồng quốc gia

16 Trần Văn Đạt (2005), Sản xuất lúa gạo thế giới: Hiện trạng và khuynh hướng

phát triển trong thế kỷ 21 NXB Nông nghiệp, TP.HCM

17 Võ Tòng Xuân (1984), Đất và cây lúa, H.Giáo dục

18 Vương Đình Tuấn, Fukutu Y, Yano M và Ban T (2000), “Lập bản đồ xác định

vị trí của gen di truyền số lượng ảnh hưởng đến tính chống chịu mặn của cây lúa (Oryza satica) Omon Rice”, 8, 27 – 35

Tài liệu tiếng Anh

19 Abrol IP (1986), “Salt-affected soils: problems and prospects in developing

countries” In: Global Aspects of Food production Oxford, 1986, pp 283-305

20 Akbar M, GS Khush, D HilleRisLambers (1985), “Genetics of salt tolerance” In:

Rice Genetics, IRRI Philippines, pp 399-409

21 Akbar M, IE Gunawardena, FN Ponnamperuma (1986), “Breeding for soil

stress”, page 263 – 272 in Progress in rainfed lowland rice International Rice

Research Institute, Los Banos, Philippines

22 Akita S (1986), Physiological bases of differential response to salinity in rice

cultivars, Paper presented in Project Design Workshop for Developing a

Collaborative Research Program for the Improvement of Rice Yields in Problem Soils IRRI, Los Banos, Philippines

23 B C Y Collard and D J Mackill, “Marker-assisted selection: an approach for

precision plant breeding in the twenty-first century,” Philosophical Transactions

of the Royal Society B, vol 363, no 1491, pp 557–572, 2008

24 Baloch, A.W, A.M Soomro, M.A Javed, H.R Bughio and S.M Alam et al (2003),

“Induction of salt tolerance in rice through mutation breeding” Asian J., Plant Sci., 2, 273 – 276

25 Bhuiyan, M.A.R (2005), “Efficiency in evaluating salt tolerance in rice using

phenotypic and marker assisted selection”, M.Sc, Thesis Bangladesh Agricultural

University, Mymensingh, Bangladesh, 96

26 Bonilla P., Dvorak J., Mackill D.J., Deal K and Gregorio G (2002), “RFLP and SSLP

mapping of salinity tolerance genes in chromosome 1 of rice (Ozyza sativa L.) using recombinant inbred lines”, Philipp Agric Sci, 85, 64-76

27 Boyer JS (1982), “Plant productivity and environment”, Science 218:443-448

28 C N Neeraja, R Maghirang-Rodriguez, A Pamplona et al., “A marker-assisted

backcross approach for developing submergence-tolerant rice cultivars,” Theoretical and Applied Genetics, vol 115, no 6, pp 767–776, 2007

29 Causse MA, Fulton TM, Cho Y G, Ahn SN, Chunwongse J, Wu K, Xiao J, Yu Z, Ronald PC, Harring ton SE, Second G, McCouch SR, Tanksley S (1994),

“Saturated molecular map of rice genome based on an interspecific backcross

population” Genetics 138(4): 1251-1271

30 Clarkson DT, JB Hanson (1980), “The mineral nutrition of higher plant”, Ann Rev

Plant Physiol 31:239

31 D.J Mackill, “Molecular markers and marker – assisted selection in rice” In

VArshney, R.K., Tuberosa, R (Eds.), Genomic Assisted Crop Improvement, vol.2, Genomics Applications in Crops Springer, New York, 2007, 147

32 Devitt D, WM Jarreli, KL Stevens (1981), “Sodium-potassium ratios in soil

solution and plant response under saline conditions”, Soil Sci Soc Amer J

45:80-86

33 E Francia, G.T., C Crosatti, D.Barabschi, D Bulgarelli, E Dall, Aglio and G Vale

(2005), “Marker assisted selection in crop plants”, Plant cell, Tissue and Organ

Culture 82, 317 -342

34 Greenway and Munns (1980), Mechanisms of salt tolerance in nonhalophytes,

Department of Agronomy, University of Western Australia

35 Gregorio G.B, Senadhira D., Mendoza R.D, NL Manigbas, JP Rosxas, CQ Guerta

(2002), “Progress in breeding for salinity tolerance and associated abiotic

stresses in rice”, Field crio Research Elsevier

36 Gregrio GB (1997), “Tagging salinity tolerance gene in rice (Oryza sativa) using

amplified fragment length polymorphism (AFLP)”, PhD dissertation, University of

the Phillipines Los Banos

37 Gregrio GB and D Senadhira (1993), “Genetics analysis of salinity tolerance in

rice”, Theor Appl Gen 86: 333-338

38 Hospital F., C.C.a.M.P (1992), “Using markers in gene introgression breeding

programs”, Genetics 132, 1119 – 1210

39 Ikehashi H, FN Ponnaperuma (1978), “Varietal tolerance of rice to adverse

soils”, In: Soils and Rice/ IRRI, Philippiens, pp 801 – 803

40 Islam MM (2004), “Mapping salinity tolerance gene in rice (Oryza sativa) at

reproduction stage” PhD dissertation, University of the Phillipines Los Banos

41 Iwaki S, K Ota, T Ogo (1953), “Studies on the salt injury in rice plant IV The effects on growth, heading and ripening of rice plant under varying

concentration of sodium chloride”, Proc Crop Sci Jpn 22:13-14

42 J.U Jeung, H.G Hwang, H.P Moon, K.K Jene (2005), “Fingerprinting temperate

Japonica and tropical Indica rice genotypes by comparative analysis of DNA markers” Euphytica, 146 – 239

43 K.Zheng, P.K Subudhi, J Domingo, G Magpantay, N.Huang (1995), “Rapid NA

isolation fof marker assisted selection in rice breeding”, Rice Genetics News letter, 12, 255

44 Kim, D M., Ju, H G., Kwon, T R., Oh, C S., and Ahn, S N (2009), “Mapping

QTLs for salt tolerance in an introgression line population between japonica cultivars in rice” J Crop Sci Biotech 12, 121 – 128

45 Knapp SJ and WC Bridges (1990), “Using molecular markers to estimate

quantitative trait locus parameters powers and genetic variances for unreplicated progeny”, Genetics 126, 769 – 777

46 Korkor SA, and RM Abdel – Aal (1974), “Effect of total salinity and type of salts

on rice crop” Agric Res Rev 52 (5): 73-78

47 Lang NT, S Yanagihara, BC Buu (2001), “A microsatellite marker for a gene

conferring salt tolerance on rice at the vegetative and reproductive stages”, SABRAO 33 (1), 1 – 10

48 M.J Thomson, M Ocampo, J Egdane, M.A Rahman, A.G Saiise, D.L Adorada, E.T

Raiz (2010), “Characterrizing the Saltol quantitative trait locus for salinity

tolerance in rice”, Rice 3, 148

49 Maas EV, GJ Hoffman (1977), “Crop salt tolerance current assessment”, ASCE J Irrig and Drainage Div 103:115-134

50 Maas EV, GJ Hoffman (1977), Crop salt tolerance current assessment ASCE J

Irrig and Drainage Div 103: 115 -134

51 Mishra B, M Akbar, DV Seshu, D Senadhira (1996), “Genetics of salinity

tolerance and ion uptake in rice”, IRRI 21: 38-39

52 Moeljopawiro S, H Ikehashi (1981), “Inheritance of salt tolerance in rice”

Euphytica 30: 291- 300

53 Munns R (2002), “Comparative physiology of salt and water stress”, Plant Cell

and Envriron 25, 239 – 250

54 Murty KS, KV Janardhan (1971), “Physiological consideration for selection and breeding of varieties for saline and alkaline tracts”, Oryza 8 *Supp 2+: 85-100

55 Nagamiya K, Motohashi T, Nakao K, Prodhan SH, Hattori E, Hirose S, Ozawa K,

Ohkawa Y, Takabe T (2007), “Enhancement of salt tolerance in transgenic rice

expressing an Escherichia coli catalase gene”, Kat E Plant Biotech Rep.1, 49-55

56 Negrao et al (2012), “Recent updates on salinity stress in rice: From

physiological to molecular responses”, Critical Reviews in Plant Science, 30, 329

– 377

57 Niones JM (2004), “Fine mapping of the salinity tolerance gene on chromosome

1 of rice (Oryza sativa L.) using near-isogenic lines”, MS dissertation Laguna:

University of the Philippines Los Baños

58 Ota K, T Yasue (1958), “Studies on salt injury in crops XII The effect of sodium

chloride solution on the germination capacity of paddy seed”, Proc Crop Sci Soc

Jpn 27(2):223-225

59 Pearson GA, SD Ayers, DL Eberhard (1966), “Relative salt tolerance of rice

during germination and early seedling development”, Soil Sci 102:151-156

60 Ponnamperuma, F N (1984), “Role of cultivar tolerance in increasing rice

production on saline lands Strategies for crop improvement”, John Wiley and

sons, New York, 443p

61 Roberto Tuberosa and Silvio Salvi (2007), “Dissecting QTLs for Tolerance to

Drought and Salinity”, Advances in Molecular Breeding Toward Drought and Salt tolerant Crops, 381 – 412

62 Shimose N (1963), “Physiology of salt injury in crops I Effect of iso-osmotic pressure due to sodium chloride and sodium sulfateon the growth and

absorption of mineral element by rice plants”, Jpn Soil Sci Tokyo 34:107-111

63 Tagawa T, N Ishizaki (1963), “Physiological studies on the tolerance of rice

plants to salinity”, Proc Crop Sci Soc Japan 31(3):249-252

64 Teng S (1994), “Gene tagging for salt tolerance in rice (Oryza sativa L.)”, The

University of the Phillipines, Los Banos, Lagnuna, Phillipine, 118

65 Xu D, X Duan, B Wang, B Hong, THD Ho, R Wu (1996), “Expression of a late

embryogenesis abundant protein gene, HVA1, from barley confers tolerance to water deficit and salt stress in transgenic rice”, Plant Physiol 110:249-257

66 Yoshida, S., D.A Forno, J.H Cock and K.A Gomez (1976), “Laboratory Manual

for Physiological Studies of Rice”, International Rice Research Insitute (IRRI), Los

Banos, Laguna, Phillipines, 61 – 66

67 Z.Ren, J Gao, L Li, X Cai, W Huang, D Chao, M Zhu, Z Wang, S Luan, H Lin

(2005), “A rice quantitative trait locus for salt tolerance encodes a sodium

transporter”, Nature Genetics 37, 1141

68 Zeng L et al (2004), “Genetic diversity analyzed by microsatellite among rice

(Oryza sativa L ) genotypes with different adaptations to saline soils”, Plant Sci,

166 (5), 1275 – 1285