chuong 5 Di truyen te bao chat

Là hiện tượng cây không tạo thành hạt phấn hoặc tạo thành hạt phấn nhưng không có khả năng thụ phấn, thụ tinh... - Các kiểu bất dục đực[r]

Chương 5

DI TRUYỀN TẾ BÀO CHẤT

5.1 Những đặc điểm khác nhau giữa DT nhân và TBC

Di truyền nhân

* NST phân bố vào TB con như nhau

* NST cố định đặc trưng cho loài

* NST không có khả năng thay thế và sửa

đổi, nó chỉ được tái bản trong quá trình

phân bào

* Vật chất di truyền của mẹ và của bố có

vai trò ngang nhau,

Di truyền tế bào chất

* Cơ quan tử phân chia ngẫu nhiên

* Cơ quan tử không cố định và số lượng lớn

* Nếu bị hỏng có thể thay thế bằng cách sinh sản từ các cơ quan tử khác

* Tế bào trứng chứa TBC nhiều hơn tinh trùng, hợp tử nhận tế bào chất chủ yếu từ

mẹ, do vậy vật chất DT trong TBC do mẹ quy định

5.2 Đặc điểm di truyền tế bào chất

- Ví dụ: Di truyền màu sắc biểu bì phôi cây Mathiona

Mathiona incana x Mathiona glabra

(Tím) (Vàng)

F1: Có biểu bì phôi màu tím

Khi cho lai ngược

Mathiona glabra x Mathiona incana

(Vàng) (Tím)

F1: Có biểu bì phôi màu vàng

- Đặc điểm

Đặc điểm chủ yếu đặc trưng của di truyền TBC là sự truyền đạt các tính trạng chủ yếu từ phía mẹ (di

truyền mang tính mẹ)

5.3 Các phương pháp nghiên cứu di truyền

tế bào chất

 Phương pháp thay nhân

 Phương pháp lai thuận và lai nghịch

 Sử dụng tác nhân gây đột biến TBC

5.4 Các hiện tượng di truyền tế bào chất

F1 Chỉ cho cây lá trắng

(Chết khi còn non)

Lạp thể di truyền theo hệ mẹ Trong giảm phân nếu:

- Tế bào trứng có lục lạp thì phát triển thành cây xanh

- Tế bào trứng chứa lạp thể hỏng – cây bạch tạng

- Chứa cả hai dạng lạp thể – cây có lá lốm đốm xanh trắng

- Các kiểu bất dục đực

• Bất dục đực hạt phấn: là trường hợp không có hoặc

có rất ít hạt phấn, hạt phấn nhăn nheo không có tinh bột

- Bất dục đực nhân (NMS: Nuclear Male Sterility)

- Bất dục đực tế bào chất (CMS: Cytoplasmic Male Sterility )

• Do sự tương tác giữa các gen bất dục đực trong nhân (trạng thái đồng hợp tử lặn) và tế bào chất bất dục

• Ký hiệu: Cs, S, – TBC bất dục đực

CN, N, F – TBC bình thường

* Trường hợp yếu tố gây bất dục đực ở TBC tương tác với 1 cặp gen lặn bất dục đực trong nhân thì Kiểu gen và kiểu hình của cây CMS và cây bình thường như sau:

Kiểu gen Kiểu hình

CSrfrf Bất dục

CS (CN)RfRf Bình thường

CS (CN)Rfrf

CNrfrf

Duy trì dòng bất dục đực

Dßng phôc håi cã cÊu tróc di truyÒn FRfrf

* Tr êng hîp c¸c yÕu tè g©y bÊt dôc cña bµo chÊt t ¬ng t¸c víi 2 cÆp gen trong nh©n (gi¶ thiÕt 2 nh©n tè), ta

cã cÊu tróc di truyÒn cña c¸c dßng nh sau:

• Dßng CMS : Srf1rf1rf2rf2, Srf1rf1Rf2- hoÆc SRf1- rf2rf2

• Dßng duy tr×: Frf1rf1rf2rf2

• Dßng phôc håi toµn phÇn: F Rf1Rf1Rf2Rf2, c¸c kiÓu gen dÞ hîp tö cña 2 cÆp gen nµy t¹o nªn c¸c dßng phôc håi kh«ng toµn phÇn F Rf1- Rf2-

- Đặc điểm của cây bất dục đực TBC

 Giai đoạn nảy mầm, cây con sinh trưởng mạnh hơn và

ngược lại ở giai đoạn sau phát triển yếu hơn cây bình thường

 Giai đoạn phát triển tiểu bào tử và hình thành hạt phấn xẩy

ra nhiều biến cố làm cho hạt phấn bất dục:

 Suy thoái hạt phấn xẩy ra ngay từ giai đoạn đầu

 Hạt phấn tích luỹ tinh bột ở mức độ khác nhau

 Các lớp tế bào thành hạt phấn (TBTHP) bị teo hơn, do vậy quá trình trao đổi chất (TĐC) và nuôi dưỡng hạt phấn không được đảm bảo

 Hiệu quả năng lượng của ty thể ở giai đoạn cây trưởng thành giảm hơn so với cây bình thường

 Tác động của các yếu tố môi trường làm ảnh hưởng mức độ thể hiện tính bất dục đực

* Bất dục đực tế bào chất ở cây ngô có hai dạng ứng dụng rộng rãi nhất

• Mondavi (Ký hiệu- M) do Covarski phát hiện trên giống bắp địa phương

• Texas do Mangelsdorf phát hiện trên giống Maxican June

§Æc ®iÓm b«ng lóa dßng CMS

H×nh th¸i hoa lóa CMS khi në

Đặc điểm của hạt phấn lúa bất dục đực TBC

Hạt phấn lúa bất dục đực

Hạt phấn lúa hữu dục

 Tên gọi các dòng có kiểu gen tương ứng trong chọn giống

• Cây có kiểu gen CSrfrf (Srf rf ) – Dòng A

• Cây có kiểu gen CNrfrf (Nrf rf ) – Dòng duy trì bất dục đực – Dòng B

CSrfrf (A) x CNrfrf (B)

F1 CSrfrf (0,5A+ 0,5B)

Bất dục đực

• Cây có kiểu gen CNRfRf, CSRfRf (NRfRf, SRfRf ) – Dòng phục hồi hữu dục – Dòng R

CSrfrf (A) x CNRfRf (CSRfRf) (R)

F1 CSRfrf (0,5A +0,5R)

Hữu dục

• Cây có kiểu gen CNRfrf, CSRfrf (NRfrf, SRfrf ) – Dòng

phục hồi phấn một nửa

CSrfrf (A) x CNRfrf

F1 CSRfrf : CSrfrf

1 Hữu dục 1 Bất dục

 SRr cho hạt phấn (SR) hữu dục và hạt phấn (Sr) bất dục

Khi cho dòng có kiểu gen SRr tự phối

SRr (Hữu dục) Srr (Bất dục)

SR

Sr

SRR (Hữu dục) SRr (Hữu dục)

5.5.3 Ý nghĩa của hiện tượng bất dục đực

- Làm đơn giản hóa quá trình lai tạo, giảm giá thành hạt lai

- Có điều kiện thử khả năng nhiều tổ hợp để tìm ra tổ hợp có ưu thế lai tốt nhất

- Đối với cây cảnh kéo dài tuổi thọ của hoa

- Tập trung dinh dưỡng nuôi bộ phận thân lá, củ đối với cây trồng lấy các bộ phận này

Ví dụ: Sử dụng hiện tượng bất dục đực TBC (CMS) sản xuất hạt giống lai F1 ba dòng, ví dụ lúa, ngô, mì

Sơ đồ hệ thống SX hạt giống lai F1 ba dòng

Hạt lai F1

Dòng R

Dòng A Dòng R

Dòng A

S¶n xuÊt h¹t lai F1- Lai đơn (A x R) n (A x R)

rf rf

Dòng R Hữu dục

Dòng A

Bất dục đực

Dòng A Bất dục đực

5.5.4 Một số khó khăn hạn chế khi sử dụng hiện

tượng bất dục đực tế bào chất

- Cây CMS ở đa số các cây trồng thường bị biến động dưới tác động của các yếu tố ngoại cảnh - Vật liệu di truyền trong hệ thống sản xuất hạt lai F1 ba dòng hạn chế

- Dòng CMS có mức đa dạng di truyền kém -> chọn dòng CMS vừa có khả năng duy trì tốt vừa có khả năng tổ hợp chung cao và đáp ứng về đòi hỏi nông sinh học không nhiều

- Tìm dòng phục hồi (R) tốt có khả năng phối hợp cao

và có ưu điểm bổ sung khắc phục dòng CMS không

dễ dàng

- Dòng CMS có hiệu lực năng lượng yếu ở giai đoạn sau, lá nhanh vàng úa, cây chóng tàn hơn, suy giảm mạnh sức đề kháng với các tác động bất lợi và bệnh hại.

- Con lai được tạo ra trên cơ sở phối hợp dòng hồi phục với dòng CMS có nền di truyền yếu, sử dụng một dạng mẹ đồng tế bào chất liên tục dẫn đến chống chịu kém với tác nhân sinh học sâu bệnh hại

- Quy trình sản xuất hạt giống lai F1 ba dòng cồng kềnh, còn nhiều công lao động, giá thành cao

Kỹ thuật sản xuất hạt lai F1

* Hoàn thiện QTKT SX các dòng bố mẹ và F1 các tổ Bắc u 64, Bắc u 903, nhị u 63, nhị u 838, HYT83,

* SX các tổ hợp lai hai dòng mới triển vọng: HYT102, HYT103, HYT104, HYT105,

* NSTB SX hạt F1 : 22-25 tạ/ha, có thể đạt >30 tạ/ha.

Hybrid Seed Production – the

strength of private sector

Genetic Tools and Models for Developing Rice

A line

Male sterile

A line Male sterile Multiplying the CMS or A line

rf rf

S

R line Male fertile

A line Male sterile

Hybrid Male fertile

Rf Rf

S/N

Producing the hybrid seed

Female parent Male parent Female parent Male parent

Pollen parent Male fertile

TGMS line Male sterile

Hybrid Male fertile Thermosensitive genetic male sterility

Low temperature

High temperature Female parent Male parent

TGMS (2-line) System

X

TGMS line Male fertile

Pollen parent Male fertile

TGMS line Male sterile

Hybrid Male fertile Thermosensitive genetic male sterility

Low temperature

High temperature Female parent Male parent

5.6 Tiền định kiểu gen

Là trường hợp kiểu gen mẹ quyết định kiểu hình con

 Di truyền chậm đi một thế hệ

 Gen quy định tính trạng nằm ở trong nhân

 Ví dụ: Sự di truyền xoắn vỏ ốc sên (Limnea peregia)

• Lai thuận phải

P: DD (xoắn phải) x dd (xoắn trái)

(xoắn phải) (xoắn phải) (xoắn trái)

Tỷ lệ: 12 phải : 4 trái ( 3 : 1)

• Như vậy tỷ lệ 3 : 1 ta thu được ở F3 (Di truyền chậm đi một thế hệ)

So sánh quy trình SX hạt giống lúa lai F 1 3 dòng và 2 dòng

Sản xuất hạt giống lúa lai 3 dòng

Dòng A

Bất dục đực

Dòng A bất dục

Dòng A Bất dục đực

Con lai F 1 hữu dục

Dòng cho phấn Hữu dục

Dòng EGMS Bất dục đực

Con lai F 1 hữu dục

T thấp

AS ngày ngắn

T cao

AS ngày dài Dòng mẹ Dòng bố