Luận văn phân tích đa dạng di truyền các giống bông phục vụ chọn tạo giống ưu thế lai có năng suất cao

luận văn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

- -

NGUYỄN THỊ NHÀI

PHÂN TÍCH ðA DẠNG DI TRUYỀN CÁC GIỐNG BÔNG PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG

ƯU THẾ LAI CÓ NĂNG SUẤT CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

- -

NGUYỄN THỊ NHÀI

PHÂN TÍCH ðA DẠNG DI TRUYỀN CÁC GIỐNG BÔNG PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG ƯU THẾ LAI CÓ NĂNG SUẤT CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Trồng trọt

Mã số: 60.62.01 Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Thanh Thủy

TS Nguyễn Văn Giang

HÀ NỘI - 2011

Trang 3

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… i

Lời cam ñoan

Tôi xin cam ñoan ñã trực tiếp thực hiện các nghiên cứu trong luận văn này Mọi kết quả thu ñược nguyên bản, không chỉnh sửa hoặc sao chép từ các nghiên cứu khác Các số liệu, biểu ñồ kết quả của luận văn này chưa từng ñược công bố

Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam ñoan trên!

Nguyễn Thị Nhài

Trang 4

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… ii

Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các cán bộ công tác tại Viện Nghiên cứu Bông và Phát triển Nông nghiệp Nha Hố ñã nhiệt tình giúp ñỡ tôi trong thời gian ñánh giá các ñặc ñiểm nông sinh học của cây bông tại Viện

Tôi xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Thị Minh Nguyệt, CN Nguyễn Thị Tân Phương và các cán bộ trong phòng Sinh học phân tử, Viện Di truyền Nông nghiệp, ñã giúp ñỡ và ñộng viên tôi trong quá trình công tác và nghiên cứu khoa học vừa qua

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia ñình và bạn bè ñã nhiệt tình ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu khoa học cũng như trong cuộc sống

Luận văn ñược thực hiện với nguồn kinh phí từ Chương trình Công nghệ Sinh học Nông nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 11 năm 2011

Nguyễn Thị Nhài

Trang 5

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦ iii

MỤC LỤC PHẦN 1 MỞ đẦU 1

1.1 Tắnh cấp thiết của ựề tài 1

1.2 Mục ựắch và yêu cầu của ựề tài 3

1.2.1 Mục ựắch của ựề tài 3

1.2.2 Yêu cầu của ựề tài 3

1.3 Phạm vi nghiên cứu của ựề tài 3

1.3.1 Các giống bông nghiên cứu của ựề tài 3

1.3.2 địa bàn nghiên cứu của ựề tài 4

1.3.3 Thời gian nghiên cứu của ựề tài 4

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ CÁC VẤN đỀ NGHIÊN CỨU 5

2.1 Khái quát chung về cây bông (Gossypium spp.) 5

2.1.1 Nguồn gốc phân bố của cây bông 5

2.1.2 Phân loại thực vật và ựặc ựiểm hình thái của cây bông 5

2.1.3 đặc ựiểm di truyền của cây bông 7

2.2 Tình hình sản xuất bông vải trên thế giới và Việt Nam 9

2.2.1 Tình hình sản xuất bông vải trên thế giới 9

2.2.2 Tình hình sản xuất bông vải Việt Nam 11

2.3 Chọn giống ưu thế lai 13

2.3.1 Khái niệm và ý nghĩa của lai giống 13

2.3.2 Nguyên tắc chọn cặp bố mẹ khi lai giống 13

2.3.3 Mức ựộ biểu hiện ưu thế lai 16

2.4 Một số kết quả nghiên cứu về ưu thế lai ở cây bông 18

2.5 đa dạng di truyền và các chỉ thị trong ựánh giá ựa dạng di truyền 19 2.5.1 đánh giá ựa dạng di truyền 19

2.5.2 Các chỉ thị trong ựánh giá ựa dạng di truyền 20

2.5.3 Một số chỉ thị ứng dụng trong nghiên cứu ựa dạng di truyền thực vật 22

2.5.3.1 Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN hay chỉ thị RFLP 23

(Restriction Fragment Length Polymorphism - đa hình chiều dài ựoạn phân cắt) 23

2.5.3.2 Chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản ADN bằng kỹ thuật PCR 24

Trang 6

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦ iv

2.5.3.3 Một số loại chỉ thị ADN khác 27

2.6 Tình hình nghiên cứu về ứng dụng chỉ thị phân tử trong ựánh giá ựa dạng di truyền cây bông trên thế giới và Việt Nam 28

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 28

2.6.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 31

PHẦN 3 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

3.1 Vật liệu nghiên cứu 33

3.1.1 Các giống bông nghiên cứu 33

3.1.2 Chỉ thị phân tử và các vật tư sử dụng trong nghiên cứu 33

3.2 Nội dung nghiên cứu 35

3.3 Phương pháp nghiên cứu 36

3.3.1 Phương pháp phân tắch ựa hình di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR36 3.3.2 Phương pháp ựánh giá các ựặc tắnh nông sinh học của 21 giống bông bố mẹ 36

3.3.3 Phương pháp ựánh giá các tổ hợp lai F1 37

3.4 Các chỉ tiêu theo dõi 38

3.4.1 Thời gian sinh trưởng (ngày) 38

3.4.2 đặc ựiểm thực vật học 38

3.4.3 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất bông 39

3.4.4 Chất lượng xơ bông 39

3.5 Xử lý số liệu 39

3.5.1 Phân tắch số liệu kiểu hình 40

3.5.2 Phân tắch số liệu kiểu gen 40

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42

4.1 Kết quả phân tắch ựa dạng di truyền các giống bông bố mẹ bằng chỉ thị hình thái 42

4.1.1 đánh giá ựặc ựiểm nông sinh học của các giống bông bố mẹ 42

4.1.1.1 Thời gian sinh trưởng và các ựặc ựiểm thực vật học của các giống bông bố mẹ nghiên cứu 42

Trang 7

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦ v

4.1.1.2 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống bông bố mẹ nghiên cứu 44

4.1.1.3 Chất lượng xơ của các giống bông bố mẹ nghiên cứu 48

4.1.2 đánh giá ựa dạng di truyền các giống bông bố mẹ bằng chỉ thị hình thái 52

4.2 Kết quả phân tắch ựa dạng di truyền các giống bông bố mẹ bằng chỉ thị phân tử SSR 57

4.2.1 Tách chiết ADN tổng số của các giống bông bố mẹ 57

4.2.2 Kết quả phân tắch ựa hình ADN bằng các chỉ thị phân tử SSR 57

4.2.3 Kết quả phân tắch mối quan hệ di truyền của các giống bông nghiên cứu 61

4.3 Chọn các cặp lai triển vọng 65

4.4 Kết quả ựánh giá các tổ hợp lai triển vọng 66

4.4.1 đánh giá ựặc ựiểm hình thái của các giống bông bố mẹ và các tổ hợp lai triển vọng 67

4.4.2 Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng và chiều cao cây 70

4.4.3 Ưu thế lai về số quả/cây và khối lượng quả 71

4.4.4 Ưu thế lai về năng suất lý thuyết và năng suất thực thu 72

4.4.5 Ưu thế lai về chiều dài xơ và ựộ bền xơ 73

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

5.1 Kết luận 75

5.2 Kiến nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

Tài liệu tiếng Việt 76

Tài liệu tiếng Anh 77

PHỤ LỤC 86

Trang 8

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AFLPs (Amplified Fragment

Length Polymorphism) : ða hình chiều dài ñoạn khuếch ñại

CV (coefficient of variation) : Hệ số biến ñộng

Trang 9

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… vii

PCR (Polymerase Chain

Reaction)

: Phản ứng chuỗi trùng hợp

PIC (Polymorphism Information

: ða hình chiều dài ñoạn phân cắt

SSR (Simple Sequence repeat) : Trình tự lặp ñơn giản

STS (Sequence Tagged Site) : ðiểm trình tự ñược ñánh dấu

Trang 10

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… viii

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Diện tích bông trên thế giới từ năm 2005-2010 10

Bảng 2.2 Sản lượng bông xơ trên thế giới từ năm 2005-2010 10

Bảng 2.3 Năng suất bông xơ thế giới năm 2005-2010 11

Bảng 2.4 Tình hình sản xuất bông vải tại Việt Nam qua các năm 12

Bảng 3.1 Danh sách 21 giống bông chọn lọc sử dụng trong nghiên cứu 33

Bảng 3.2 Danh sách các cặp mồi SSR sử dụng trong nghiên cứu 34

Bảng 3.3 Chương trình chạy phản ứng PCR 36

Bảng 3.4 Các công thức thí nghiệm 37

Bảng 4.1 Thời gian sinh trưởng và các ñặc ñiểm thực vật học chính 42

của các giống bông luồi, Ninh Thuận năm 2010 42

Bảng 4.2 Thời gian sinh trưởng và các ñặc ñiểm thực vật học chính 43

của các giống bông hải ñảo, Ninh Thuận năm 2010 43

Bảng 4.3 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của 45

các giống bông luồi, Ninh Thuận năm 2010 45

các giống bông hải ñảo Ninh Thuận năm 2010 46

Bảng 4.5 Các chỉ tiêu chất lượng xơ chính của 48

các giống bông luồi, Ninh Thuận năm 2010 48

Bảng 4.6 Các chỉ tiêu chất lượng xơ chính của các 49

giống bông hải ñảo, Ninh Thuận năm 2010 49

Bảng 4.7 Khoảng cách di truyền theo hệ số Euclidean giữa 21 giống bông nghiên cứu 55

Bảng 4.8 Các chỉ tiêu về alen, chỉ số ña dạng PIC của các locus SSR nhận biết trên 21 giống bông nghiên cứu 59

Bảng 4.9 Một số kết quả phân tích ña dạng di truyền bằng 60

Trang 11

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… ix

chỉ thị SSR trên cây bông ñã ñược công bố 60

Bảng 4.10 Mối quan hệ di truyền giữa 21 giống bông nghiên cứu 63

Bảng 4.11 Danh sách các tổ hợp lai chọn lọc 65

từ kết quả ñánh giá kiểu hình 65

Bảng 4.12 Danh sách các tổ hợp lai triển vọng 66

Bảng 4.13 Thời gian sinh trưởng và các ñặc ñiểm thực vật học của các giống bông bố mẹ và các tổ hợp lai , Ninh Thuận năm 2010 67

các giống bông bố mẹ và các tổ hợp lai, Ninh Thuận năm 2010 68

Bảng 4.15 Các chỉ tiêu chất lượng xơ chính của các giống 69

bông bố mẹ và các tổ hợp lai, Ninh Thuận năm 2010 69

Bảng 4.16 Khoảng cách di truyền, ưu thế lai về thời gian 71

sinh trưởng và chiều cao cây của các tổ hợp lai triển vọng 71

Bảng 4.17 Khoảng cách di truyền, ưu thế lai về số quả/cây 72

và khối lượng quả của các tổ hợp lai triển vọng 72

Bảng 4.18 Khoảng cách di truyền, ưu thế lai về năng suất lý thuyết 73

và năng suất thực thu của các tổ hợp lai triển vọng 73

Bảng 4.19 Khoảng cách di truyền, ưu thế lai về chiều dài xơ 74

và ñộ bền xơ của các tổ hợp lai triển vọng 74

Trang 12

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… x

DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Phân bố tự nhiên của các loài bông nhị bội 1

Hình 3.1 Sơ ñồ thí nghiệm ñánh giá 11 giống bông luồi 37

Hình 3.2 Sơ ñồ thí nghiệm ñánh giá 10 giống bông hải ñảo 37

Hình 3.3 Sơ ñồ thí nghiệm ñánh giá các tổ hợp lai F1 38

Hình 4.1 Biểu ñồ biểu diễn năng suất thực thu giữa các 1

giống bông luồi và các giống bông hải ñảo 1

Hình 4.2 Biểu ñồ biểu diễn chiều dài xơ giữa các giống 1

bông luồi và các giống bông hải ñảo 1

Hình 4.3 Biểu ñồ biểu diễn ñộ mịn xơ giữa các giống 1

bông luồi và các giống bông hải ñảo 1

Hình 4.4 Biểu ñồ biểu diễn ñộ bền xơ giữa các giống bông luồi và bông hải ñảo 1

Hình 4.5 Thí nghiệm ñánh giá các ñặc tính nông sinh học của các giống bông bố mẹ tại viện Nghiên cứu Bông và PTNN Nha Hố 52

Hình 4.6 Sơ ñồ hình cây biểu diễn mối quan hệ di truyền giữa 21 giống bông nghiên cứu sử dụng chỉ thị hình thái 56

Hình 4.7 ADN tổng số của 21 giống bông bố mẹ 1

Hình 4.8 Sản phẩm PCR của 21 giống bông với các chỉ thị 58

BNL4059 và TMD03 trên gel agarose SFR 3,5% 58

Hình 4.9 Sơ ñồ hình cây biểu diễn mối quan hệ di truyền giữa 21 giống bông nghiên cứu 64

Hình 4.10 Thí nghiệm ñánh giá các ñặc tính nông sinh học của 70

các tổ hợp lai F1 tại viện Nghiên cứu Bông và PTNN Nha Hố 70

Trang 13

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 1

PHẦN 1 MỞ ðẦU 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Bông (Gossypium spp.) là cây trồng lấy sợi quan trọng nhất, ñược trồng

rộng rãi ở hơn 80 nước trên thế giới Hàng năm ngành công nghiệp bông ñã

ñóng góp vào nền kinh tế thế giới khoảng 500 tỉ USD với việc sử dụng

khoảng 115 triệu kiện bông xơ [19] Ngành sản xuất sợi bông ñã có những

bước tiến vượt bậc, nhưng sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp sợi

hiện ñại ñòi hỏi chất lượng bông ngày càng tốt hơn Cải tiến các ñặc tính di

truyền về năng suất và chất lượng sợi luôn là những mục tiêu ñầu tiên của các

chương trình chọn giống bông trên toàn thế giới Tuy nhiên, việc cải tiến chất

lượng sợi bông ñang gặp phải những thách thức do cơ sở di truyền hẹp của

những giống bông hiện ñại [33], [53] và mối tương quan di truyền nghịch

giữa chất lượng sợi và năng suất [20] Do vậy, việc khai thác nguồn di truyền

bông mới và tìm ra những chỉ thị ña hình có trong những ñặc tính nông sinh

học quan trọng là cần thiết [32]

Mặc dù ngành sản xuất sợi bông ñã có những bước tiến vượt bậc,

nhưng sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp sợi hiện ñại ñòi hỏi chất

lượng bông ngày càng tốt hơn Sợi bông là một trong những nguồn vật liệu tự

nhiên chứa ñựng hàm lượng cellulose nguyên chất cao nhất Sợi bông có

những lợi thế như vốn thấp, năng suất cao, ñộ thấm, ñộ thoáng, giữ nhiệt tốt

và không tích ñiện Sợi nhân tạo khó có những ñặc ñiểm này ðộ bền cao,

mỏng và ñộ ñồng ñều của sợi bông là những yêu cầu ñầu tiên của ngành công

nghiệp sợi hiện ñại Cùng với sự phát triển nhận thức về chăm sóc sức khỏe

và mức sống hàng ngày càng tăng của con người, những ñòi hỏi về cải tạo

chất lượng xơ bông càng trở nên cấp thiết [64] Trong 10 năm trở lại ñây,

chọn giống bông ñã thay ñổi từ những chất lượng bên ngoài ñến chú trọng

những chất lượng bên trong, chủ yếu là ñộ bền xơ và ñộ mịn xơ rồi mới ñến

Trang 14

ñộ dài xơ [74].Các tính trạng chất lượng xơ như chiều dài, ñộ bền, ñộ mịn,

màu sắc, hàm lượng bã, tác ñộng không nhỏ ñến giá thành bông trên thị

trường Theo Ủy ban tư vấn bông thế giới, bông xơ có chất lượng thô chiếm

tỷ lệ sản lượng lớn nhất (33%), kế tiếp là bông có chất lượng trung bình

chiếm 31%, bông có chất lượng cao ở mức vừa phải chiếm 16%, bông xơ có

chất lượng tốt chiếm khoảng 11%, trong khi ñó bông xơ có chất lượng cực tốt

chỉ chiếm khoảng 3% sản lượng bông của toàn thế giới (ICAC, 2006/2007)

[81] Chiều dài xơ, ñộ bền, ñộ mịn của các giống bông hải ñảo (G

barbadense) có ưu thế hơn hẳn giống bông luồi (G hirsutum), tuy nhiên bông

luồi có năng suất bông xơ cao hơn [55] Vì vậy, việc cần thiết phải cải tiến

chất lượng sợi cho giống bông luồi ñòi hỏi những tiếp cận mới trong chọn

giống

Hiểu rõ cơ chế phân tử của sự phát triển sợi bông sẽ giúp cho việc sử

dụng hiệu quả nguồn gen bông, tăng năng suất và cải tiến chất lượng xơ Sự

phát triển gần ñây của di truyền phân tử ñã giúp cho những nhà chọn giống

cách tiếp cận nhanh chóng và chính xác ñể phối hợp với chọn lọc truyền

thống trong cải tiến giống cây trồng về năng suất, tính thích ứng, khả năng

kháng sâu bệnh… Các chị thị phân tử là những công cụ rất quan trọng cho

việc lập bản ñồ liên kết di truyền và ñã cung cấp những hiểu biết rõ ràng về di

truyền của nhiều loài cây trồng [61]

Dệt may là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nước ta, năm 2007, dệt

may vươn lên vị trí dẫn ñầu trong danh mục các mặt hàng xuất khẩu với kim

ngạch ñạt 7,8 tỷ USD (tăng 31% so với năm 2006), vượt cả dầu thô (số liệu

thống kê năm 2007, Tổng cục thống kê) Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu sợi

bông cung cấp cho ngành dệt lại chủ yếu ñược nhập khẩu từ nước ngoài, còn

nguyên liệu nội ñịa chỉ ñáp ứng ñược phần rất nhỏ (5%) nhu cầu Các chương

trình tăng trưởng bông nội ñịa, trồng bông có năng suất cao ở những vùng có

Trang 15

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nơng nghiệp ……… 3

tưới đã được bắt đầu từ năm 2001, song hiệu quả cịn thấp ðể giảm bớt lệ

thuộc vào bơng nhập khẩu, cùng với việc khuyến khích các hộ nơng dân phát

triển diện tích trồng bơng, việc đưa những giống bơng mới cĩ chất lượng tốt,

năng suất cao vào sản xuất là hướng đi đúng mà ngành bơng lựa chọn Chính

vì vậy, việc đầu tư cho những nghiên cứu về cơng nghệ sinh học trên đối

tượng cây bơng là cần thiết, gĩp phần cho cơng tác chọn tạo giống bơng mới

năng suất, chất lượng xơ cao

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề

tài “Phân tích đa dạng di truyền các giống bơng phục vụ cho chọn tạo

giống ưu thế lai cĩ năng suất cao”

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

1.2.1 Mục đích của đề tài

Phân tích đa dạng di truyền các giống bơng bố mẹ sử dụng chỉ thị hình

thái và chỉ thị phân tử SSR nhằm xác định khoảng cách di truyền giữa các

giống bơng, từ đĩ tiến hành lai tạo và xác định được các tổ hợp lai cho ưu thế

lai cao về năng suất phục vụ chọn giống bơng lai F1

1.2.2 Yêu cầu của đề tài

Nghiên cứu các đặc điểm nơng sinh học và chất lượng xơ của các giống

bơng bố mẹ

Phân tích đa hình di truyền của các giống bơng bố mẹ bằng chỉ thị hình

thái và chỉ thị phân tử SSR

Xác định các tổ hợp lai, tiến hành lai tạo và đánh giá đặc điểm nơng

sinh học của các tổ hợp lai F1

1.3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.3.1 Các giống bơng nghiên cứu của đề tài

Trong nghiên cứu của đề tài, chúng tơi tiến hành đánh giá 21 giống

bơng gồm 11 giống bơng luồi và 10 giống bơng hải đảo trong tập đồn giống

Trang 16

bông của Viện nghiên cứu Bông và Phát triển Nông nghiệp Nha Hố

1.3.2 ðịa bàn nghiên cứu của ñề tài

ðề tài nghiên cứu của chúng tôi ñược thực hiện tại Viện Di truyền

Nông nghiệp và Viện Nghiên cứu Bông và Phát triển Nông nghiệp Nha Hố

ðề tài nghiên cứu này nằm trong ñề tài khoa học cấp Nhà nước

“Nghiên cứu áp dụng chỉ thị phân tử ñể chọn tạo giống bông có chất lượng

xơ tốt” thuộc chương trình Công nghệ Sinh học Nông nghiệp do Viện Di

truyền Nông nghiệp chủ trì và Viện Nghiên cứu Bông và Phát triển Nông

nghiệp Nha Hố phối hợp thực hiện

1.3.3 Thời gian nghiên cứu của ñề tài

ðề tài ñược tiến hành từ tháng 01 năm 2010 ñến tháng 06 năm 2011

Trang 17

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ CÁC VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Khái quát chung về cây bông (Gossypium spp.)

2.1.1 Nguồn gốc phân bố của cây bông

Cây bông có nguồn gốc ở vùng nhiệt ñới và á nhiệt ñới Sự tiến hóa và

lịch sử của nghề trồng bông chưa ñược chứng minh rõ ràng, tuy nhiên người

ta thấy bông ñồng thời ñược trồng ở tân lục ñịa và cựu lục ñịa Trong số

những loài bông ñược thuần hóa khác nhau, phổ biến nhất là 4 loài bông trồng

G.arboreum L (bông cỏ châu Á), G.herbaceum L (bông cỏ châu Phi),

G.hirsutum L (bông luồi) và G barbadense L (bông hải ñảo) [70]

Loài bông cỏ ñược thuần hóa ñầu tiên vào khoảng 7.000 năm trước

ñây Hai loài bông chính ñược biết ñến là G.arboreum L và G.herbaceum L

Vào khoảng 4.300 năm trước công nguyên, vải và sợi hầu như ñược làm từ

loài bông G.arboreum L., ñược phát hiện ra ở những khu vực khảo cổ của Ấn

ðộ và Pakistan G arboreum L bắt ñầu ñược trồng ở thung lũng Indus của

Ấn ðộ và Pakistan, và sau ñó lan truyền qua châu Phi và châu Á, còn G

herbaceum L lần ñầu tiên ñược trồng ở A- rập Xê-út và Syria

Loài bông Gossypium barbadense L ñã ñược thuần hóa ở phía tây bắc

Nam Mỹ Quả, hạt và sợi bông của loài G barbadense L ñã ñược tìm thấy

ñầu tiên ở ven biển Peru vào khoảng 5.500 năm trước công nguyên Những

vùng sản xuất bông G barbadense L ñầu tiên là bao gồm một số khu vực

Trung Á, Ai Cập, Sudan, Ấn ðộ, Hoa Kỳ và Trung Quốc

Loài bông G.hirsutum L ñược trồng phổ biến trên thế giới Loài bông

này ñược tìm thấy ñầu tiên ở thung lũng Tehuacan của Mexico vào khoảng

5.000-4.000 năm trước công nguyên, ñược thuần hóa và trồng ñầu tiên ở

Trung Mỹ [70]

2.1.2 Phân loại thực vật và ñặc ñiểm hình thái của cây bông

Theo cơ sở dữ liệu ITIS (Integrated Taxonomic Information System),

Trang 18

cây bông ñược phân loại như sau [82]:

Chi bông – Gossypium

Bông bao gồm khoảng 50 loài nhị bội và tứ bội [24], [68], [57], [69],

[70] Hai loài bông tứ bội, G hirsutum L (bông luồi) và G barbadense L

(bông hải ñảo) chiếm tương ứng trên 90% và nhỏ hơn 10% sản lượng bông

trên thế giới [70]

Cây bông có nguồn gốc từ vùng nhiệt ñới và cận nhiệt ñới Cây bông

có thể cao ñến tận 3 mét Lá có cuống dài, phiến non có lông về sau không có

lông, có 3-5 thùy sâu ñến một nửa Hoa to 5-8 cm, vàng vàng, tâm ñỏ bầm; lá

ñài phụ rời nhau hay dính nhau ít, có khía rất sâu; ñài hình chén; ống nhị dài

1,5 cm Quả nang xoan (quả bông), 3-4 mảnh; hạt nhiều, có lông trắng dễ tróc

phủ quanh hạt gọi là sợi bông

Loài bông luồi (G hirsutum L.)

Hiện nay, bông luồi ñược trồng phổ biến nhất trên thế giới Bông luồi

to và cao cây hơn bông cỏ nhưng không to cao bằng bông hải ñảo Lá to, khía

nông, mặt lá phẳng Búp, cành non, lá non nhất và mặt dưới lá có một lượt

lông trắng khá dày, vì vậy có tên gọi là hirsutum Cành ñực khỏe, thường

nhiều hơn bông cỏ Vị trí cành quả ñóng cao hơn và về mặt chín sớm bông

luồi ñứng giữa bông cỏ và bông hải ñảo Hoa to, chấn cánh rất ít khi có vết

antocian và nếu có cũng chỉ hơi vàng ñỏ, không ñỏ tía và to như ở bông hải

ñảo và bông cỏ Buổi sáng khi hoa mới nở cánh màu trắng, buổi chiều chuyển

sang màu hồng và ngày hôm sau khi hoa chuẩn bị rụng thì màu ñỏ sẫm hơn

Trang 19

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦ 7

Nhị hoa có màu trắng hoặc vàng

G hirsutum có quả tròn, mỏ ngắn và mặt quả nhẵn, quả to hơn G

herbacium, khác hẳn G arboreum và G barbadense Trọng lượng bông hạt

một quả trung bình từ 5-6g, to nhất ựạt 10-12g, cao nhất trong các loại bông

Hạt thường có lông ngắn nhưng cũng có giống hạt ngắn như bông hải ựảo [8]

Loài bông hải ựảo (G barbadense L.)

Loài bông hải ựảo có nguồn gốc Nam Mỹ, nhưng diện tắch ngày càng

ựược mở rộng do phẩm chất xơ ựặc biệt tốt Cây tương ựối to, chắn muộn,

cành ựực nhiều, lá to, khắa sâu, màu xanh ựậm, hạch to hơn nhưng thưa hơn

bông luồi Thân, cành, lá gần như không có lông, ựài không có răng cưa rõ rệt

như bông luồi và thường chỉ gợn hình làn sóng Cánh hoa to, ngay khi hoa nở

hoàn toàn cánh vẫn còn gối lên, màu hoa vàng diêm sinh, chân cánh hoa

thường có vết màu tắa Quả 3, 4 múi nhỏ hơn bông luồi, thường có chẫm ựen

lõm xuống Hạt thường nhẵn, không có xơ ngắn Xơ dài màu trắng hoặc cà

phê sữa [8]

Loài bông cỏ (G arboreum L.)

Loài này có lẽ ựược trồng lâu ựời nhất, có nguồn gốc từ Tây Nam Ấn

độ, lan truyền sang vùng đông Nam Á, vùng có gió mùa khắ hậu ẩm ướt

Vùng sản suất chắnh là Ấn độ, Trung Quốc, Việt Nam, Myanmar, Lào Loài

bông cỏ, thân có hai tầng lông, tầng dài lông ựơn, tầng ngắn lông kép, hình

sao, hạch ựen, nhỏ, mọc dày Cành quả yếu, nhỏ, lá tương ựối nhỏ, cây

thoáng Cuống hoa dài, rũ xuống, tai hoa ắt răng cưa (3-7), thường dắnh nhau

ở phắa chân, cánh hoa thường có màu vàng, phần lớn có vết ựỏ tắa ở chân

cánh hoa phắa trong Phấn và bao phấn thường có màu da cam Quả thường có

mũi nhọn, có chấm lõm xuống, cuống quả mềm làm cho quả rủ xuống Về

phẩm chất xơ bông cỏ: xơ ngắn, thô, tỷ lệ xơ thấp, ựộ mịn kém [8]

2.1.3 đặc ựiểm di truyền của cây bông

Trang 20

Cây bông Gossypium spp bao gồm khoảng 45 loài nhị bội và 5 loài tứ

bội với cách thức di truyền phức tạp Nhóm bông nhị bội ñược chia làm 8

nhóm genome từ A ñến G và K [24] Cho ñến nay, các loài bông nhị bội có ba

nhóm bông chính: nhóm bông châu Phi có kiểu genome A, B, E và F có xuất

xứ từ châu Phi và châu Á; nhóm bông có kiểu genome D có nguồn gốc xuất

xứ từ các nước châu Mỹ và nhóm bông thứ 3 có kiểu genome C, G và K ñược

tìm thấy ở châu Úc [70]

Tất cả 50 loài bông, kể cả hai loài bông tứ bội tự nhiên Gossypium

hirsutum và Gossypium barbadense, ñều có nguồn gốc từ các loài bông tổ tiên

châu Phi A genome và các loài bông D genome

Tổ tiên của các loài bông tứ bội còn tồn tại cho ñến nay là các loài bông

nhị bội Gossypium herbaceum (A1) và Gossypium arboreum (A2), và

Gossypium raimondii (D5) Ulbrich [17] Quá trình tứ bội hóa xảy ra khoảng 1

ñến 2 triệu năm trước ñây [69] ñã tạo ra 5 loài bông tứ bội Trong các loài

bông, chỉ có 4 loài bông ñược trồng lấy sợi bao gồm hai dạng nhị bội genome

A (2n=26) là G herbaceum (A1); G arboreum (A2) và hai dạng tứ bội (song

lưỡng bội) khác nguồn A, D (2n=52) là G hirsutum và G.barbadense

Hình 2.1 Phân bố tự nhiên của các loài bông

Trang 21

Hiện nay, các giống bông trồng phổ biến trong sản xuất ñều là bông tứ

bội có nguồn gốc lai giữa hai nhóm genome A và D Trong khi ñó, chỉ có các

loài bông thuộc nhóm genome A cho bông lấy sợi còn nhóm genome D thì

không [19] Vì thế, nghiên cứu genome, lập bản ñồ di truyền cây bông nhị bội

A và D là ñịnh hướng cơ bản giúp tìm hiểu sự hình thành, mối tương quan và

biểu hiện gen ở cây bông thương mại tứ bội, giúp cải thiện các tính trạng quan

trọng ở cây bông [34], [54], [72]

Kích thước genome của cây bông biến ñộng tùy loài: Kích thước ñơn

bội genome nhỏ nhất ñược ghi nhận ở loài G raimondii Ulbrich, ñạt khoảng

880Mb Genome ñơn bội của G arboreum có kích thước khoảng 1,75 Gb và

G hirsutum có khích thước 2,5 Gb [27] Biến ñộng thành phần ADN ở các

loài nhị bội phản ánh mức ñộ nhiều hay ít của bản sao của các trình tự lặp lại

khác nhau [76], và các yếu tố transposome [26] Thành phần ADN của các

loài ña bội xấp xỉ bằng tổng số của genome bố mẹ A và D [38]

2.2 Tình hình sản xuất bông vải trên thế giới và Việt Nam

2.2.1 Tình hình sản xuất bông vải trên thế giới

Trong những năm gần ñây, sản lượng bông vải trên thế giới ñã tăng lên

một cách ñáng kể, ngoài việc tăng năng suất, diện tích trồng bông không

ngừng ñược mở rộng Hiện nay, trên thế giới có khoảng hơn 80 nước trồng

bông vải Diện tích hàng năm khoảng 30-35 triệu ha và tập chung chủ yếu ở

các nước có ñiều kiện khí hậu nhiệt ñới và á nhiệt ñới Diện tích trồng bông

vải trên thế giới niên vụ 2010/2011 tăng lên 33.502 nghìn ha, tăng 11% so với

niên vụ 2009/2010 Trong ñó các nước có diện tích trồng bông lớn nhất thế

giới là Ấn ðộ (11.160 nghìn ha); các nước tiếp theo là Trung Quốc, Mỹ và

Pakistan Sản lượng bông cũng tăng lên ñáng kể 13% so với năm trước (24,74

triệu tấn bông xơ) Trong giai ñoạn từ năm 2005-2010, Trung Quốc luôn là

nước ñứng ñầu thế giới về sản lượng bông xơ Sản xuất bông ở Châu Á chiếm

khoảng 60% sản lượng toàn cầu

Trang 22

Bảng 2.1 Diện tích bông trên thế giới từ năm 2005-2010 (*)

Năng suất bông xơ tăng lên không ñáng kể trong những năm gần ñây

Trong giai ñoạn từ năm 2005-2009, Australia luôn dẫn ñầu thế giới về năng

xuất bông xơ Năm 2010, Israel ñã vươn lên ñứng ñầu về năng suất bông, với

năng suất khá cao 17,42 tạ/ha

Trang 23

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ khoa học nơng nghiệp ……… 11

Bảng 2.3 Năng suất bơng xơ thế giới năm 2005-2010 (*)

(*) Nguồn số liệu: USDA [83]

2.2.2 Tình hình sản xuất bơng vải Việt Nam

Cây bơng được trồng rất lâu ở Việt Nam nhưng chỉ cĩ các giống bơng

thuộc loại bơng cỏ châu Á Sau năm 1945 với chương trình phát triển trồng

bơng thì một số giống thuộc lồi bơng luồi và bơng hải đảo mới được nhập

vào nước ta Cơng việc nghiên cứu được tiến hành trên tập đồn để tìm giống

bơng tốt thay thế các giống bơng địa phương năng suất thấp

ðể đáp ứng nhu cầu về nguyên liệu cho cơng nghiệp dệt từng bước ổn

định sản xuất, những năm gần đây ðảng và chính phủ đã quan tâm khuyến

khích phát triển nghề trồng bơng Nhà nước định hướng phát triển cây bơng

cơng nghiệp thời kỳ 2001-2010 với mục tiêu đặt ra: “đến năm 2005 diện tích

đạt khoảng 115.000 ha, sản lượng 80.000 tấn, bảo đảm 50% nhu cầu nguyên

liệu cho cơng nghiệp dệt và đến năm 2010 diện tích đạt khoảng 230.000 ha,

sản lượng khoảng 180.000 tấn, bảo đảm 70% nhu cầu nguyên liệu cho cơng

nghiệp dệt” Trong khi sản xuất sản phẩm dệt của nước ta chiếm tới 4,8% cơ

cấu giá trị sản xuất cơng nghiệp (Số liệu thống kê năm 2006, Tổng cục Thống

Trang 24

kê), do nhiều khó khăn khác nhau, thực trạng sản xuất bông vải ở Việt Nam

lại ngày càng giảm sút Năm 2007, trong tổng số trên 220.000 tấn bông

nguyên liệu, Việt Nam phải nhập khẩu trên 95% (khoảng 210.000 tấn) từ các

nước: Mỹ, Uzebekistan, Ấn ðộ, Tây Phi

Những số liệu trên ñã nêu lên một thực trạng ñáng báo ñộng cho ngành

sản xuất bông sợi Việt Nam cũng như các nông hộ trồng bông trong nước

Chính vì vậy, việc ñầu tư nghiên cứu ñể chọn tạo các giống bông mới có năng

suất cao, chất lượng sợi tốt chính là nhiệm vụ cấp thiết của các nhà khoa học

ñể góp phần tháo gỡ khó khăn của ngành sản xuất bông vải trong nước,

khuyến khích nông dân mở rộng diện tích trồng bông, cung cấp nguồn nguyên

liệu bền vững cho ngành công nghiệp dệt

Bảng 2.4 Tình hình sản xuất bông vải tại Việt Nam qua các năm (*)

Năm Diện tích (ha) Năng suất bông hạt (tạ/ha) Sản lượng (tấn)

(*) Nguồn số liệu: tổng cục thống kê [77]

Tại Việt Nam, công tác chọn tạo giống bông năng suất cao, chất lượng

xơ tốt, chống chịu với sâu bệnh và ñiều kiện ngoại cảnh ñã gặt hái ñược nhiều

kết quả khả quan Nhiều giống bông do Viện nghiên cứu Bông và PTNN Nha

Trang 25

Hố chọn tạo ñã ñược công nhận là giống quốc gia và ñưa vào phổ biến trong

sản xuất, gồm có các giống bông lai: L18, VN20, VN35, VN15, VN01-2,

VN01-4, GL03 và các giống bông luồi: TH1, TH2, M45610, TM1, MCU9,

LRA5166, D162, C118 [78]

2.3 Chọn giống ưu thế lai

2.3.1 Khái niệm và ý nghĩa của lai giống

Lai giống là sự giao phối giữa hai hay nhiều dạng bố mẹ có tính di

truyền khác nhau ñể tạo ra biến dị tổ hợp Các dạng thực vật do sự giao phối

tự nhiên hoặc nhân tạo ñã kết hợp ñược các tính trạng di truyền của bố mẹ và

tạo ra cây (con) lai

Người ta phân biệt lai gần và lai xa vì nó liên quan ñến bản chất di

truyền của cây lai và các kĩ thuật áp dụng ñể ñảm bảo khi lai thu ñược kết

quả Lai gần: là sự giao phối giữa các cá thể cùng loài; Lai xa: là sự giao phối

giữa các cá thể của hai loài trở lên

Lai giống là phương pháp cơ bản ñể tạo ra biến dị tổ hợp phục vụ cho

chọn lọc Nhờ lai giống mà có thể phối hợp ñược các ñặc tính và tính trạng có

lợi của các dạng bố mẹ và con lai Tuy nhiên bố mẹ truyền cho con cái bộ gen

của chúng và kết quả của quá trình tái tổ hợp là nhiều kiểu gen mới ñã ñược

tạo ra, sau khi tương tác với môi trường ñã tạo ra các kiểu cành mới rất có ích

cho chọn giống [2]

2.3.2 Nguyên tắc chọn cặp bố mẹ khi lai giống

Thành tựu của chọn giống là chọn ñược kiểu gen mong muốn vì kết

quả của phép lai là ñiều quyết ñịnh Chọn ñược bố mẹ ñể thoả mãn yêu cầu

ñặt ra là cơ sở ñể tạo ra các biến dị tổ hợp mong muốn, ñảm bảo cho chọn lọc

thành công Qua ñúc kết kinh nghiệm và thành tựu của các nhà chọn giống thế

giới, dựa vào các lí luận do di truyền học mang lại người ta ñã ñề ra các

nguyên tắc cơ bản ñể chọn cặp bố mẹ khi lai Các nguyên tắc ñó là: nguyên

Trang 26

tắc khác nhau về kiểu sinh thái ựịa lý; nguyên tắc khác nhau về các yếu tố cấu

thành năng suất; nguyên tắc khác nhau về thời gian các giai ựoạn sinh trưởng;

nguyên tắc khác nhau về tắnh chống chịu và nguyên tắc bổ sung các tắnh trạng

ựặc biệt [2]

Nguyên tắc khác nhau về kiểu sinh thái ựịa lý: Bất cứ cây trồng nào

trên trái ựất cũng có nhiều giống và dạng ựược hình thành trong các ựiều kiện

sinh thái, ựịa lý khác nhau Vắ dụ vùng ôn ựới ựã xuất hiện và phổ biến các

dạng lúa thuộc loài phụ Japonica chịu lạnh, ngược lại tại vùng đông Nam

Châu Á nhiệt ựới phổ biến lại là các loại hình India nhiệt ựới chịu nóng Cùng

loài phụ India song do ựược hình thành trong các ựiều kiện sinh thái ựịa lý

khác nhau mà ựã xuất hiện rất nhiều dạng khác nhau: tại vùng đồng Tháp

Mười có lúa thơm cao cây, tại Tây Nguyên có lúa cạn chịu hạn, vùng đồng

bằng Bắc Bộ có lúa mùa, lúa chiêmẦ Thực chất của nguyên tắc chọn cặp bố

mẹ theo loại hình sinh thái ựịa lý là ở chỗ liên kết các tắnh trạng và ựặc tắnh

của các dạng hoặc giống xa về ựịa lý, sinh thái vào một giống mới Các dạng

lai xa nhau về ựịa lý không phải liên kết với nhau một cách cơ giới về các tắnh

trạng mong muốn mà chắnh là sự tổ hợp các gen khác nhau của bố và mẹ Giá

trị của các kiểu sinh thái ựịa lý ựược xác ựịnh ở chỗ chúng có bản chất di

truyền khác nhau chứ không phải ở chỗ chúng xa nhau về ựịa dư Sự khác biệt

về mặt di truyền ựược biểu hiện ra bên ngoài bằng cách tắnh trạng và ựặc tắnh

như chịu hạn, chịu úng, chịu mặn, chịu rét, chịu nóng, thời gian sinh trưởng

ngắn, dàiẦ Việc chọn bố mẹ xa nhau về ựịa lý là nhằm tổ hợp ựược các gen

kiểm tra các tắnh trạng khác nhau, kết quả của lai giống sẽ chắc chắn hơn và

vật liệu cung cấp cho chọn lọc sẽ phong phú hơn, xác suất chọn ựược giống

tốt, thắch nghi với ựiều kiện sinh thái ựịa phương cao hơn

Nguyên tắc khác nhau về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất:

Khi chọn bố mẹ nhằm nâng cao năng suất ở thế hệ con lai thì bố và mẹ phải

Trang 27

có sự khác nhau vế các yếu tố cấu thành năng suất Sự khác nhau này cần có

khả năng bổ sung lẫn nhau, phối hợp với nhau ñể ra một giống mới hoàn

chỉnh hơn Các yếu tố cấu thành năng suất là các tính trạng số lượng Các tính

trạng này hầu hết do hệ thống ña gen quy ñịnh Cụ thể, khi xét năng suất của

một cây trồng thì năng suất trên một ñơn vị diện tích do năng suất từng cá thể

và số cá thể trên ñơn vị diện tích ñó quyết ñịnh Năng suất cá thể cao và trồng

ñược nhiều cá thể trên một ñơn vị diện tích là mục tiêu phấn ñấu của nhà chọn

giống

Nguyên tắc khác nhau về thời gian các giai ñoạn sinh trưởng: Do nhu

cầu của sản xuất mà ñòi hỏi phải tạo ra các giống có thời gian sinh trưởng

khác nhau từ ngắn, trung bình ñến dài ðể tăng vụ, tránh các ñiều kiện thời

tiết bất lợi gây thiệt hại cho mùa màng, cần có các giống ngắn ñến cực ngắn,

song năng suất và chất lượng cần ñạt yêu cầu ðể phát huy tối ña tự do tổ hợp

của các kiểu gen quyết ñịnh các pha sinh trưởng của cây trồng nhằm tạo ra

giống mới có thời gian sinh trưởng theo ý muốn thì bố và mẹ dùng trong phép

lai cần có cấu trúc thời gian các giai ñoạn sinh trưởng khác nhau Khi nghiên

cứu vật liệu khởi ñầu của nguồn gen cần có các quan sát tỉ mỉ về thời gian

hoàn thành các giai ñoạn sinh trưởng Tương tự như nguyên tắc khác nhau về

các yếu tố cấu thành năng suất, người ta có thể tạo ra các giống có thời gian

sinh trưởng ngắn hơn từ hai dạng bố mẹ có cùng thời gian sinh trưởng nếu

các giai ñoạn sinh trưởng làm nên thời gian sinh trưởng của bố mẹ khác nhau

Nguyên tắc khác nhau về tính chống chịu sâu bệnh: Cây trồng vốn có

tính chống chịu sâu bệnh nhờ thừa hưởng tính di truyền của tổ tiên chúng

Song tính chống chịu này ñã yếu ñi nhiều do có sự bảo vệ của con người

trong quá trình canh tác Chọn tạo ra các giống vừa có năng suất cao, vừa

chống chịu tốt với các loài sâu bệnh gây hại là mục tiêu của bất kì chương

trình tạo giống nào Mặt khác, ở mỗi vùng sinh thái ñặc thù thì tuy cũng là

Trang 28

một loại bệnh nhưng ở mỗi vùng có các nòi khác nhau Một giống có thể hoàn

toàn kháng bệnh ở vùng này nhưng khi chuyển sang vùng khác lại bị nhiễm

bệnh Một giống cây trồng có khả năng thích ứng rộng cần có phổ kháng sâu

bệnh rộng, cùng lúc có thể chống ñược nhiều nòi sinh lí khác nhau Khi chọn

các dạng bố mẹ cần chú ý sự khác nhau về tính trạng bệnh ngang ñể tổ hợp

ñược một phổ kháng sâu bệnh rộng vào giống tương lai

Nguyên tắc bổ sung các tính trạng cần thiết: Giống cây trồng là sản

phẩm của tạo ra của con người Một giống cây trồng tốt sẽ ñược con người

nhân rộng ra nhiều vùng ñịa lý khác nhau Nhờ ñặc ñiểm này mà một giống

tốt ñược tạo ra không còn bó hẹp trong từng nước Nhập nội giống cây trồng

có các ñặc tính tốt là phương pháp nhanh ñể ñưa giống vào sản xuất Tuy

nhiên, các giống cây trồng mới tạo ra khi di chuyển từ vùng sinh thái này sang

vùng sinh thái khác tỏ ra còn khiếm khuyết hoặc thiếu một số tính trạng quan

trọng nào ñó như kém chịu rét, chống ñổ không tốt, chất lượng chưa cao…

Trên tổng thể, các giống mới ñược tạo ra theo các phương pháp tạo giống hiện

ñại ñều là các kiểu gen tốt và chỉ còn thiếu một số tính trạng mà nếu ñược bổ

sung sẽ là một giống hoàn chỉnh Trong các phép lai nguyên tắc bổ sung các

tính trạng, sửa chữa khiếm khuyết luôn ñược áp dụng triệt ñể và bằng cách

này các giống cây trồng ngày càng ñược hoàn thiện hơn [2]

2.3.3 Mức ñộ biểu hiện ưu thế lai

Ưu thế lai là sự tăng sức sống, kích thước, khả năng sinh sản, tốc ñộ

phát triển, khả năng kháng sâu, bệnh hoặc sự khắc nghiệt của khí hậu, biểu

hiện ở cơ thể lai so với các dòng tự phối tương ứng, là kết quả của sự khác

nhau về thể chất của các giao tử bố mẹ Nói cách khác, ưu thế lai là sự ưu việt

(ñối với một hay nhiều tính trạng) của con lai F1 so với bố mẹ

ðể ñánh giá tính ưu việt của con lai F1 so với bố mẹ và các giống ñang

trồng phổ biến trong sản xuất, cần phải căn cứ vào các chỉ tiêu sau ñây [4]:

Trang 29

- Ưu thế lai trung bình (Mid-parent heterosis): Con lai biểu hiện sự hơn

hẳn trên tính trạng nghiên cứu so với số ño trung bình của bố mẹ trên cùng

một tính trạng

F1 – 1/2 (P1 + P2)

HMP % = x 100

1/2 (P1 + P2)

Trong ñó: HMP: Ưu thế lai trung bình

F1: Giá trị (năng suất) của con lai F1

P1: Giá trị của bố mẹ 1

P2: Giá trị của bố mẹ 2

- Ưu thế lai thực (Heterobeltiosis): Con lai biểu hiện sự hơn hẳn trên

tính trạng nghiên cứu so với bố mẹ có số ño lớn nhất

F1 - Pb

HB % = x 100

Pb

Trong ñó: HB: Ưu thế lai thực

Pb: Giá trị của bố mẹ cao nhất

- Ưu thế lai chuẩn (Standard Heterosis): Con lai biểu hiện sự hơn hẳn

trên các tính trạng nghiên cứu (ñặc biệt là năng suất) so với một giống ñang

trồng phổ biển trong sản xuất (giống chuẩn) mà giống lai ñịnh thay thế

F1 - S

HS % = x 100

S

Trong ñó: HS: Ưu thế lai chuẩn

S: Giá trị của giống chuẩn ñang trồng phổ biến trong sản xuất

Trang 30

2.4 Một số kết quả nghiên cứu về ưu thế lai ở cây bông

Bông luồi và bông hải ñảo thuộc loài tứ bội Bông cỏ thuộc loài lưỡng

bội Khi lai giữa các loài bông lưỡng bội với các loài bông tứ bội thì không có

khả năng ñậu quả hoặc có ñậu quả thì con lai bất dục Ngược lại, khi lai giữa

các loài tứ bội hoặc giữa các loài lưỡng bội với nhau thì có khả năng ñậu quả

và con lai hữu dục Ứng dụng kết quả này người ta tạo ra những giống lai

khác loài có ưu thế lai cao Các con lai khác loài giữa bông luồi và bông hải

ñảo thường có ưu thế lai về chiều dài xơ nhưng giảm ñộ mịn xơ và ñộ chín xơ [5]

Ưu thế lai ở bông ñược nghiên cứu ở thế kỷ 19 nhưng ñến nửa sau thế

kỷ 20 ưu thế lai bông mới ñược ñưa vào sử dụng rộng rãi trong sản xuất

Nhiều nghiên cứu cho thấy con lai giữa các giống trong bông luồi cho ưu thế

lai rất cao, nhất là về năng suất nhưng ưu thế lai thưởng biểu hiện không ñáng

kể về tính trạng chất lượng xơ Khi lai giữa các giống bông luồi, ưu thế lai

biểu hiện mức ñộ cao ở các tính trạng khối lượng quả (trung bình 10%), khối

lượng hạt (4%) và năng suất 25% Các tính trạng chất lượng xơ và tỷ lệ xơ ưu

thế lai biểu hiện không ñáng kể [11]

Kết quả nghiên cứu của Panhwar và cs (2002): khi nghiên cứu về năng

suất và các yếu tố cấu thành năng suất của 6 con lai giữa 4 giống bông luồi

(Qalandri, K-68/9, Shaheen và Rehmani) cho thấy tất cả các con lai ñều cho

kết quả cao hơn bố mẹ, trọng lượng quả, số quả, số cành quả và năng suất cao

hơn bố mẹ lần lượt 69,23%, 22,97%, 19,62% và 64,24% [45]

Amanturdiev và cs (1991) cho thấy rằng về năng suất, ưu thế lai giữa

bông luồi và bông hải ñảo cao hơn lai trong loài bông luồi cũng như bông hải

ñảo [13] Solangi (2001) ñã nghiên cứu biểu hiển ưu thế lai của các tổ hợp lai

giữa bông luồi và bông hải ñảo, 10 tổ hợp lai khác loài ñã ñược ñánh giá các

ñặc tính năng suất và chất lượng xơ, kết quả thu ñược ưu thế lai trung bình và

ưu thế lai thực từ 12 -118% và 11-109% về số quả/cây; 2-118% và 5-98% về

năng suất bông hạt; 0-10% và 0% về trọng lượng quả; 0,32-5,33% về chiều

Trang 31

dài xơ [59]

2.5 đa dạng di truyền và các chỉ thị trong ựánh giá ựa dạng di truyền

2.5.1 đánh giá ựa dạng di truyền

đa dạng sinh học là vấn ựề rất ựược quan tâm hiện nay Gìn giữ và bảo

tồn ựa dạng sinh học là mục tiêu sống còn trong việc duy trì cân bằng sinh

thái, ựảm bảo môi sinh của các sinh vật trên trái ựất, trong ựó có con người

Khái niệm ựa dạng sinh học ựược hiểu theo nhiều cấp, ựó có thể là sự ựa dạng

của các quần xã sinh vật trong hệ sinh thái, là sự ựa dạng giữa các loài trong

quần xã hay sự ựa dạng ở cấp ựộ di truyền giữa các cá thể trong cùng một

loài Mặc dù là cấp ựộ thấp nhất, nhưng ựa dạng di truyền lại có vai trò vô

cùng quan trọng trong tiến hóa và thắch nghi của các sinh vật; mọi biến ựộng

ở cấp ựộ ựa dạng di truyền ựều có những tác ựộng ựến những cấp ựộ cao hơn

và cuối cùng là ảnh hưởng ựến ựa dạng sinh học [60]

đa dạng di truyền là kết quả của quá trình biến ựổi trong vật chất di

truyền sinh vật (trình tự ADN, số lượng cấu trúc nhiễm sắc thể) theo các con

ựường tự nhiên (lai, phân ly-tái tổ hợp, ựột biến tự nhiên ) hay bởi bàn tay

con người (lai-chọn tạo giống, gây ựột biến, chuyển genẦ) Tất cả những quá

trình này gây nên những biến ựổi trong gen và tần số alen, dẫn ựến những

thay ựổi trong kiểu hình của sinh vật

đa dạng di truyền có vai trò và ý nghĩa hết sức quan trọng trong công

nghệ sinh học nông nghiệp Từ những kết quả ựánh giá ựa dạng di truyền, các

nhà khoa học có thể quy hoạch và bảo tồn các nguồn gen quý nhằm duy trì ựa

dạng sinh học hoặc hỗ trợ quá trình lai-chọn tạo giống thông qua chọn lựa các

cặp bố mẹ trong các phép lai nhằm thu ựược ưu thế lai cao nhất Trên nhiều

ựối tượng thực vật, nghiên cứu ựa dạng di truyền ựã ựược thực hiện từ khá lâu

với nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau, thông qua các dữ liệu kiểu hình

(chỉ thị hình thái), thành phần protein và hoạt chất (chỉ thị hóa sinh) hay sự

Trang 32

khác biệt (ña hình) trong ADN (chỉ thị phân tử) Mỗi loại chỉ thị ñều có những

ưu- nhược ñiểm cũng như khả năng ñánh giá mức ñộ ña dạng di truyền khác

nhau Trong ñó, chỉ thị hình thái ñược sử dụng sớm nhất và là cơ sở ban ñầu

trong ñánh giá phân loại sinh vật, còn chỉ thị hóa sinh và ñặc biệt chỉ thị phân

tử hiện nay ñược sử dụng rộng rãi nhất không chỉ trong ñánh giá ña dạng di

truyền mà còn là công cụ hữu hiệu hỗ trợ công tác chọn tạo giống

2.5.2 Các chỉ thị trong ñánh giá ña dạng di truyền

Trong công tác chọn giống, người ta phải sử dụng các chỉ thị di truyền

Chỉ thị di truyền cho phép phát hiện sự sai khác về mặt thông tin di truyền

giữa hai hay nhiều cá thể Sự sai khác các nhiễm sắc thể của hai cá thể có thể

phát hiện ñược bằng nhiều loại chỉ thị khác nhau: chỉ thị hình thái, chỉ thị hóa

sinh và chỉ thị phân tử Các chỉ thị di truyền phải ñạt hai tiêu chuẩn sau: phát

hiện ñược sự sai khác giữa các bố mẹ và phải di truyền ñược và thể hiện ở con

cháu [10]

Chỉ thị hình thái: Trước ñây, sự ña dạng giữa các cá thể trong quần thể

và giữa các quần thể ñược xác ñịnh thông qua ñánh giá các ñặc ñiểm hình thái

nổi trội (hình dạng, kích thước, ñặc ñiểm các bộ phận…) Chỉ thị hình thái

ñược sử dụng khá rộng rãi trong nghiên cứu ña dạng di truyền thực vật với ưu

ñiểm như dễ dàng tiếp cận và nghiên cứu, không ñòi hỏi thiết bị ñặc biệt cũng

như quy trình thực hiện phức tạp, chỉ thị hình thái ñược sử dụng khá rộng rãi

trong nghiên cứu ña dạng di truyền thực vật Trong chọn tạo giống truyền

thống, chỉ thị hình thái ñược áp dụng phổ biến và khá hiệu quả ở một số loại

cây trồng như lúa, ngô, ñậu tương…[12] Tuy nhiên, còn có những nhược

ñiểm ảnh hưởng ñến tính chính xác cũng như hiệu quả của chỉ thị hình thái

Thứ nhất, số lượng chỉ thị hình thái rất hạn chế so với các loại chỉ thị khác

Mức ñộ tin cậy của ñánh giá ña dạng di truyền phụ thuộc vào số lượng các chỉ

thị ñược xét tới, số lượng chỉ thị hình thái phải nhiều thì kết quả thu ñược sẽ

Trang 33

chính xác Bên cạnh ñó, do tính biến thiên của các ñặc ñiểm hình thái theo

ñiều kiện môi trường và giai ñoạn sinh trưởng nên kết quả thường có sự sai

lệch giữa các lần ñánh giá hoặc trong ñiều kiện ñánh giá khác nhau Thứ hai,

việc ñánh giá kiểu hình mang tính chất thống kê nên cần thực hiện trên số

lượng lớn ñối tượng ñể ñảm bảo ñộ chính xác Vì vậy sẽ cần diện tích ñất ñai

lớn cũng như nhiều nhân lực và thời gian ñể gieo trồng và ñánh giá ñối tượng

Cuối cùng, do ñặc ñiểm dựa trên kiểu hình ñể ñánh giá kiểu gen nên chỉ thị

hình thái không thể là thước ño chính xác ñể ñánh giá tính ña dạng di truyền

giữa các cá thể, nhất là khi không phải toàn bộ các gen ñều thể hiện ra kiểu

hình có thể ño ñếm ñược Hiện nay, tuy có nhiều nhược ñiểm và trong bối

cảnh chỉ thị phân tử ñược sử dụng phổ biến hơn, nhưng chỉ thị hình thái vẫn

ñược áp dụng khá hiệu quả trong ñánh giá ña dạng di truyền (ñặc biệt ñối với

các ñối tượng mà chỉ thị phân tử chưa có nhiều) hoặc trong nghiên cứu lập

bản ñồ liên kết phục vụ chọn tạo giống cây trồng như ở lúa [6], [73], ngô

[30]…

Chỉ thị hóa sinh: Protein và các hoạt chất trao ñổi khác là sản phẩm của

quá trình biểu hiện gen ở sinh vật Nghiên cứu sự khác biệt trong thành phần

của các sản phẩm này có thể giúp xác ñịnh những khác biệt về mặt di truyền

giữa các cá thể và loài khác nhau Bush và cs (1978) khẳng ñịnh ñiện di

protein trên gel là phương pháp hữa hiệu có thể giúp phân biệt, nhận diện giữa

các loài và phân loại sinh vật Các protein, sản phẩm trao ñổi chất… ñược sử

dụng như những chỉ tiêu ñánh giá, phân biệt các sinh vật ñược gọi là chỉ thị

hóa sinh Chỉ thị hóa sinh ñược sử dụng phổ biến nhất là các isozym (các

enzym có trình tự amio acid khác nhau nhưng cùng xúc tác cho một phản

ứng hóa học) Isozym ñược trích ly, tinh sạch và ñiện di trên gel Các thành

phần trong gel biến tính (thường là SDS) phá vỡ các cấu trúc bậc cao của

chuỗi amino acid và khi ñó dưới tác ñộng của ñiện trường, các isozyme biến

Trang 34

tính sẽ phân tách trên gel dựa trên khối lượng và ñộ tích ñiện Từ sự ña hình

giữa các băng ñiện di thu ñược sẽ giúp nhận diện từng các thể và ñánh giá

ñược sự ña dạng trong quần thể nghiên cứu

So với chỉ thị hình thái thì chỉ thị hóa sinh ñáng tin cậy hơn bởi mỗi

protein là sản phẩm của một gen, do ñó sự ña hình các protein cũng phản ánh

gián tiếp sự ña hình trong kiểu gen của sinh vật Tuy nhiên, ñối với các cá thể

có quan hệ di truyền gần gũi (ñặc biệt là giữa các giống cây trồng) thì các sản

phẩm biểu hiện gen (protein, enzym…) không cho sự ña hình rõ ràng ðây là

một nhược ñiểm của chỉ thị hóa sinh, cùng với tính không ñộc lập với ñiều

kiện môi trường (do quá trình biểu hiện gen thay ñổi ở các ñiều kiện sinh

trưởng khác nhau) và số lượng chỉ thị ña hình không phong phú

Chỉ thị phân tử: ðầu những năm 80 của thế kỷ 20, kỹ thuật RFLP ra

ñời và ñược biết ñến là loại chỉ thị mới-chỉ thị phân tử thế hệ ñầu tiên-với

những ưu ñiểm vượt trội so với những chỉ thị hình thái và chỉ thị hóa sinh

ñang ñược sử dụng trong ñánh giá ña dạng di truyền lúc ñó (Botstein, 1980)

Tuy nhiên, mốc ñánh dấu quan trọng nhất của công nghệ chỉ thị phân tử nói

riêng và sinh học phân tử nói chung chính là phát minh phản ứng chuỗi

polymerase (Polymerase Chains Reaction-PCR) của Karl Mullis (1983) Với

khả năng tạo ra vô số bản sao của một ñoạn ADN chỉ từ một vài phân tử ADN

ban ñầu, ñây là phát minh mang tính bước ngoặt, làm thay ñổi hoàn toàn cách

thức tiếp cận-nghiên cứu sinh học phân tử và là cơ sở nền tảng ra ñời cho thế

hệ chỉ thị phân tử tiếp theo

2.5.3 Một số chỉ thị ứng dụng trong nghiên cứu ña dạng di truyền thực vật

Số lượng các chỉ thị ADN là rất lớn Cây trồng có khoảng 108-1010

nucleotit trong ADN tổng số Thậm chí, nếu chỉ tính một sai khác rất nhỏ giữa

hai cá thể thì ñã dẫn ñến một số lượng khổng lồ các chỉ thị ADN giữa hai cá

thể ñó Về mặt nguyên tắc, một chỉ thị ADN lý tưởng là chỉ thị thỏa mãn các

Trang 35

yêu cầu sau: Bản chất cho ña hình cao, di truyền ñồng trội, xuất hiện nhiều

trong genome, tập tính chọn lọc trung tính (trình tự ADN của cơ thể nào cũng

là trung tính với các ñiều kiện môi trường), dễ tiếp cận, phân tích nhanh và dễ

dàng Tuy nhiên, gần như không thể tìm ñược một chỉ thị phân tử nào có thể

thỏa mãn tất cả những ñiều kiện trên Tùy thuộc vào từng nghiên cứu mà

người ta sử dụng một hệ thống chỉ thị thỏa mãn ñược một số ñiều kiện trên

[43]

Chỉ thị phân tử thường ñược phân thành chỉ thị dựa trên cơ sở phép lai

ADN và các chỉ thị dựa trên cơ sở phản ứng PCR

2.5.3.1 Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN hay chỉ thị RFLP

(Restriction Fragment Length Polymorphism - ða hình chiều dài ñoạn phân cắt)

Các chỉ thị RFLP ñược di truyền ñơn giản theo quy luật Mendel Trong

kỹ thuật RFLP, enzym giới hạn ñược sử dụng ñể cắt ADN genome thành

nhiều mảnh ADN có chiều dài khác nhau Qua quá trình tiến hóa, trong phạm

vi trình tự nhận biết của một loại enzym giới hạn có thể xảy ra sự tái sắp xếp

ADN, các ñột biến ñiểm, sự thêm hoặc mất ñoạn ADN, ñiều này tạo nên sự ña

hình giữa các cá thể và có thể phát hiện ñược những ña hình này khi sử dụng

kỹ thuật RFLP (Schlotterer và Taulz, 1992) Sau khi xử lý bằng enzym giới

hạn, các ñoạn ADN ñược phân tách bằng ñiện di trên gel agarose và ñưa lên

màng nilon (Southern, 1975) Những băng ñặc hiệu ñược nhận biết bằng

phương pháp lai ADN với các mẫu dò ñã ñược ñánh dấu Các mẫu dò dài

khoảng 0,5-3,0 kb, ñược tổng hợp từ cADN hoặc ngân hàng ADN genome

Các chỉ thị RFLP ñược sử dụng ñầu tiên trong việc lập bản ñồ di truyền

(Bostein và cs.,1980) và ñến nay vẫn ñược sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu

về genome Là một chỉ thị ñồng trội, RFLP rất ñáng tin cậy trong phân tích

mối liên kết và chọn giống Ưu ñiểm của phương pháp này là không những

phát hiện ñược các cá thể dị hợp tử và ñồng hợp tử mà còn phân biệt ñược cá

Trang 36

thể ñồng hợp tử trội với cá thể ñồng hợp tử lặn Vì thế, người ta gọi chỉ thị

này là chỉ thị ñồng trội Tuy nhiên, chỉ thị RFLP có một số hạn chế: kỹ thuật

RFLP ñòi hỏi khối lượng ADN lớn của mỗi cá thể trong mỗi thí nghiệm

(Paterson, 1996); phương pháp tốn nhiều thời gian, công sức và số lượng

băng cho ña hình thấp, ñiều này rất bất tiện khi lai giữa các loài có quan hệ gần gũi [10],

[43]

2.5.3.2 Chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản ADN bằng kỹ thuật PCR

Chỉ thị RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA- Tính ña hình

các ñoạn ADN ñược nhân bản ngẫu nhiên)

Chỉ thị RAPD là sự khuếch ñại ngẫu nhiên các ñoạn ADN genome với

những mồi ñơn (6-10 nu) (Williams và cs., 1990) Trong phản ứng này, một

mồi ñơn gắn vào ADN genome ở hai vị trí khác nhau trên sợi bổ trợ của ADN

khuôn Sự ña hình phát hiện ñược khi sử dụng kỹ thuật RAPD có thể là do sự

thay ñổi bazơ nucleotit ở vị trí gắn mồi, hoặc sự thêm hay mất nucleotit nằm

trong vùng khuếch ñại (Williams và cs., 1990; Parks và cs., 1991) Do ñó, ña

hình RAPD thường là trội, biểu hiện sự có mặt hay vắng mặt của một sản

phẩm khuếch ñại từ một locus ñơn Ưu ñiểm chính của chỉ thị này là không

ñòi hỏi thông tin về trình tự ADN; kỹ thuật ñơn giản, rẻ và nhiều chỉ thị có thể

ñược phân tích trong một thời gian ngắn Do vậy, kỹ thuật này ñược sử dụng

rộng rãi trong việc lập bản ñồ di truyền, phân tích và xác ñịnh mối quan hệ

thân thuộc giữa các thứ cây trồng hay giữa các cá thể ñể phục vụ trong công

tác lai tạo hoặc phân loại chỉ thị RAPD cũng ñược sử dụng như những chỉ thị

phân tử ñể xác ñịnh những gen kiểm soát hoặc có liên quan ñến một tính

trạng nào ñó ở cây trồng, ví dụ như tính trạng chất lượng sợi ở cây bông, tính

trạng kháng virus ở cà chua (Tatineni và cs., 1996; Winter và cs., 1995)

Nhược ñiểm của chỉ thị này thường là các chỉ thị trội cho nên khi các sản

phẩm ñược khuếch ñại có kiểu gen dị hợp tử thì không thể phân biệt ñược và

Trang 37

do ñó RAPD không có ưu ñiểm như RFLP là chỉ thị ñồng trội [43] Ngoài ra,

ñộ nhạy và ñộ tin cậy của RAPD còn phụ thuộc vào ñiều kiện phản ứng

Chỉ thị AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism- ða hình

chiều dài các ñoạn ADN ñược nhân bản chọn lọc)

Phương pháp AFLP là sự kết hợp việc sử dụng enzym giới hạn với

khuếch ñại PCR và phát hiện ña hình, ñược phát minh bởi Zabeau và Vos

(1993) Nguyên tắc của kỹ thuật: ADN genome ñược cắt ñồng thời với hai

loại enzym khác nhau (ví dụ MseI và EcoRI) thành các ñoạn có kích thước

không giống nhau, trong số ñó sẽ có một số phân ñoạn mang các ñầu mút

giống nhau Nếu như ta sử dụng một ñoạn nối (adaptor) như nhau có gắn

thêm một hoặc một số oligonucleotit ñược chọn lọc trước ñể ñịnh hướng cho

việc gắn của các cặp mồi PCR thì tất cả những ñoạn ADN có ñầu mút giống

nhau sẽ ñược nhân bản Khi thay ñổi số lượng và trình tự các oligonucleotit

ñược chọn lọc ở các ñầu nối ta có thể nhận ñược những ñoạn ADN ñược nhân

bản khác nhau Kỹ thuật này ñược ñánh giá là nhanh chóng và có hiệu quả

trong việc xác ñịnh tính ña dạng ở cây trồng (Redona và cs., 1998; He và cs.,

1997), tách dòng và lập bản ñồ phân tử (Yong và cs., 1996) Tuy nhiên, ña

hình AFLP là do sự có mặt hay vắng mặt của vị trí gắn mồi, là chỉ thị có bản

chất trội, nên nó không có lợi khi dùng ñể lập bản ñồ các quần thể phân ly

[10], [43], [63]

Chỉ thị SSR (Simple Sequence Repeats - Sự lặp lại của trình tự ñơn giản)

Genome của cả ñộng và thực vật ñều có chứa một số lượng lớn các

trình tự ñơn giản ñược lặp lại, còn gọi là các vi vệ tinh (microsatellites), dài

khoảng 1-5bp ñược lặp lại nhiều lần Ở thực vật, trình tự AT/TA ñược nhắc

lại nhiều nhất, sau ñó là GA/CT, trong khi ñó thì trình tự CA/GT lại phổ biến

ở ñộng vật (Zhao và Ganal, 1996) Chúng ñược sử dụng như những chỉ thị

ADN trong lập bản ñồ di truyền Microsatellites là phương pháp tốt nhất ñể

Trang 38

nghiên cứu ADN fingerprinting bởi vì sự ña hình ở mức ñộ cao của chúng

(Saghai, Maroof và cs , 1994) và là chỉ thị ñồng trội (Rongwen và cs , 1995)

Chỉ thị microsatellites có thể phân tích bằng PCR nên kỹ thuật này chỉ cần

một lượng nhỏ ADN mẫu và không tốn kém ðến nay, hơn 300 cặp mồi SSR

của lúa ñã ñược phổ biến [10], [43]

Chỉ thị SSR là chỉ thị ADN quan trọng và ñược sử dụng phổ biến trong

nghiên cứu ña dạng di truyền, lập bản ñồ gen, nhận dạng di truyền, chọn

giống phân tử ở lúa (Lưu Thị Ngọc Huyền, 2001; Phạm Thị Thúy, 2006), ngô

(Ngô Thị Minh Tâm, 2007), ñỗ tương (Lương Thị thu Hương, 2006) [7], [28]

Chỉ thị SSR có hai ưu ñiểm lớn so với các chỉ thị ADN khác:

- Tính ñặc hiệu cao: các ñoạn mồi SSR ñược thiết kế dựa trên vùng

trình tự sườn có tính bảo thủ cao của các ñoạn lặp SSR, do ñó sản phẩm nhân

gen của phản ứng SSR-PCR ñặc hiệu và ổn ñịnh hơn các chỉ thị ADN ngẫu

nhiên

Bên cạnh ñó, nhờ tính chất bảo thủ của vùng trình tự sườn mà các mồi

SSR có thể ñược sử dụng chéo giữa các loài có quan hệ di truyền gần gũi

[51], [7]

- Di truyền ñồng trội và mức ñộ ña hình cao: Trải qua tiến hóa và các

biến ñổi di truyền, số lần lặp lại các motif SSR thay ñổi rất nhiều và làm cho

các ñoạn SSR có chiều dài khác nhau Bởi vậy, phản ứng PCR có thể phát

hiện các alen khác nhau trong một locus SSR, qua ñó phát hiện ñược các cá

thể ñồng hợp tử/dị hợp tử ở locus ñó (chỉ thị ñồng trội)

Ngoài hai ưu ñiểm trên, với tần suất xuất hiện trên hệ gen cao của các

trình tự lặp thì số lượng chỉ thị SSR là rất phong phú với mức ñộ ña hình cao

Dựa trên kỹ thuật PCR và kết hợp với các phương pháp phát hiện khác nhau,

các phân tích sử dụng chỉ thị SSR rất ñơn giản, nhanh chóng, tin cậy và ñặc

biệt có khả năng tự ñộng hóa cao [77], [28], [40], [56], [62], ñiều này rất phù

Trang 39

hợp với các nghiên cứu di truyền quần thể như ñánh giá ña dạng di truyền, lập

bản ñồ gen, chọn giống phân tử… Một số nghiên cứu so sánh, ñánh giá ưu

nhược ñiểm của chỉ thị SSR với các loại chỉ thị khác như RFLP, AFLP,

RAPD ñã khẳng ñịnh những ưu ñiểm của SSR so với các chỉ thị trên [47],

[25], [29]

Nhiều nỗ lực phát triển chỉ thị SSR genome của bông ñã ñược tiến hành

và chỉ thị SSR ñang ñược sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu lập bản ñồ di

truyền cây bông [49], [44], [23], [54], [66], [46]

Hàng nghìn chỉ thị SSR của bông ñã ñược xác ñịnh tại các phòng thí

nghiệm khác nhau: Brookhaven National Laboratory (BNL), Texas A và M

University [44], [36], [66], [46]

Nghiên cứu gần ñây nhất của Wangzhen Guo và cs ñã sử dụng chỉ thị

SSR ñịnh vị ñược 1790 locus ở 26 nhóm liên kết bao phủ một vùng 3425,8

cM với khoảng cách trung bình giữa các locus là 1,91cM Trong ñó, bản ñồ

liên kết genome này bao gồm 71,96% các locus gen chức năng, 475 locus có

liên kết với ba loại gen chính quy ñịnh quá trình sinh học, thành phần tế bào,

chức năng phân tử ở bông [66]

2.5.3.3 Một số loại chỉ thị ADN khác

Phân tử ADN không chỉ khác nhau về trình tự mà còn khác nhau về

hình dạng không gian khi ADN ở trạng thái sợi xoắn kép Hai trình tự ADN

chỉ cần có một vị trí nucleotide khác nhau cũng có thể mang hình dạng khác

nhau Bằng phương pháp ñiện di có thể phát hiện ñược sự ña hình (về hình

dạng) giữa các ñoạn ADN này (chỉ thị CSGE- Conformation Sensitive Gel

Electrophoresis) [35], [67]

Cùng với những thành tựu của công nghệ sinh học, nhiều loại chỉ thị

mới ñã ñược phát triển và ứng dụng, làm phong phú hơn những công cụ sử

dụng trong nghiên cứu ña dạng di truyền Với mục tiêu làm sáng tỏ hơn bản

Trang 40

chất phân tử trong các nghiên cứu, các chỉ thị mới ñi sâu vào phân tích trình

tự ADN của các gen cụ thể (chỉ thị STS, EST và ADN microarray…) giúp

nghiên cứu ña dạng di truyền chính xác và chi tiết hơn Tuy nhiên, những chỉ

thị này yêu cầu kỹ thuật và chi phí cao hơn so với các loại chỉ thị ADN “thế

hệ cũ” (RAPD, SSR…) ðây chính là ñiểm cơ bản hạn chế sự phổ biến của

những chỉ thị này trong nghiên cứu ña dạng di truyền

2.6 Tình hình nghiên cứu về ứng dụng chỉ thị phân tử trong ñánh giá ña

dạng di truyền cây bông trên thế giới và Việt Nam

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trong những năm gần ñây, sự phát triển của sinh học phân tử ñã ñạt

ñược nhiều thành tựu mà sự phong phú của các chỉ thị phân tử chỉ là một

trong số ñó Chỉ thị phân tử ñã ñược ứng dụng rất hiệu quả trong nghiên cứu

di truyền thực vật mà phân tích ña dạng di truyền và chọn giống phân tử

(MAS- Marker Assisted Selection) là hai lĩnh vực thành công nhất

Khan và cs (2010) ñã sử dụng chỉ thị RADP ñể ñánh giá ña dạng di

truyền giữa các giống bông: 11 giống bông màu (10 giống bông thuộc loài

bông G hirsutum và 1 giống bông thuộc loài bông G arboreum) và 5 giống

bông trắng (4 giống bông thuộc loài bông G.hirsutum và 1 giống bông thuộc

loài bông G.arboreum) thu thập từ các trạm nghiên cứu khác nhau của

Pakistan Trong nghiên cứu này tác giả ñã sử dụng 45 mồi RAPD, kết quả thu

ñược 25 mồi cho ña hình Kết quả phân tích 25 mồi nhận ñược 205 băng

ADN, trong ñó có 144 băng ña hình chiếm 70,24% Ở hệ số tương ñồng di

truyền 0,51 thì 16 giống bông chia thành 2 nhóm chính Nhóm 1 gồm 2 giống

bông thuộc loài bông cỏ; nhóm 2 gồm 14 giống bông thuộc loài bông luồi

Cũng theo tác giả này, khi sử dụng chỉ thị SSR ñể ñánh giá da dạng di truyền

giữa các giống bông trồng ở Pakistan Kết quả thu ñược 3,6 alen/locus Hệ số

PIC nằm trong khoảng 0,05-1,00, với giá trị trung bình 0,46 Hệ số tương

Tiêu đề	Phân tích đa dạng di truyền các giống bông phục vụ chọn tạo giống ưu thế lai có năng suất cao
Tác giả	Nguyễn Thị Nhài
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Thị Thanh Thủy, TS. Nguyễn Văn Giang
Trường học	Trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Trồng trọt
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	7,59 MB