Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
3.3. Nghiên cứu di truyền sốlương ̣ liên quan đến hàm lương ̣ protein ởlúa
Hàm lƣợng protein trong gạo là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng dinh dƣỡng của lúa gạo. So với những cây trồng đƣợc coi là cây lƣợng thực nuôi sống con người thì cây lúa có hàm lượng protein chứa trong hạt ít hơn cả, vào khoảng 6-8%. Protein trong hạt gồm các tiểu phần chính nhƣ: albumine, globuline, probaline và gluteline. Trong đó glutelin đóng vai trò chính trong sự tạo thành và dự trữ protein trong hạt gạo, nó chiếm tới 80% lƣợng protein tổng số. Chúng đƣợc tạo thành từ cùng số amino acid và bao hàm cả 24 loại amino acid chứa liên kết peptide, 282 loại amino acid có tính chất axit và 193 loại amino acid có tính chất bazơ (Fumio Takaiwa, Shoshi Kikuehi, and Kiyoharu Oono, 1987)
Di truyền tính trạng hàm lƣợng protein là rất phức tạp, vì có nhiều gen qui định hàm lượng acid amine thành phần, di truyên của từng acid amine đó lại chịu ảnh hưởng của cả hai nhóm cộng tính (additve) và tính trội (dominance).
Để hiểu rõ hơn, chúng tôi đã tiến hành thiết lập các tổ hợp lai giữa các giống có hàm lƣợng protein cao và giống có hàm lƣợng protein thấp: KD 18 x P1; KD 18 x P4; KD18 x P6; KD 18 x P290; KD 18 x AC5; Q5 x P1; Q5 x P4; Q5 x P6; Q5 x P290; Q5 x AC5.
- Lấy 100 hạt F1 để nhân F2;...
Giống lúa
KD18
mẹ Q5
bố,
P1 P4
cây
P6
Các P290
AC5
KD 18 x P1 KD 18 x P4 KD18 x P6
F1 KD18xP290
cây
KD18 xAC5 Q5 x P1
Các Q5 x P4
Q5 x P6 Q5 x P290 Q5 x AC5 KD 18 x P1 KD 18 x P4 KD18 x P6
F2 KD18xP290
cây
KD18 xAC5 Q5 x P1
Các Q5 x P4
BC1 (KD 18 x P4) BC1 (KD18 x P6)
BC1
BC1 (KD18xP290)
cây
BC1(KD18 xAC5) BC1 (Q5 x P1)
Các
BC1 (Q5 x P4) BC1 (Q5 x P6) BC1 (Q5 x P290) BC1 (Q5 x AC5)
Nguyễn Thị Thu Hương 56
Qua bảng 3.3. và bảng 3.4. ta thấy, thế hệ F1 của các tổ hợp lai cho giá trị nằm trong khoảng giữa giá trị của giống bố và mẹ (có hàm lƣợng protein nằm trong khoảng trung gian giữa giống có hàm lƣợng protein cao và giống có hàm lƣợng protein thấp). Tuy nhiên, ở thế hệ F2 trung bình của hàm lƣợng protein lại cao hơn F1 (Bảng 3.3.), do đó ta có thể tìm đƣợc trong quần thể F2 các cá thể có hàm lƣợng protein cao (thậm chí cao hơn bố mẹ). Ở những cây BC1 hàm lƣợng protein cũng cao hơn F1.
Khi tiến hành tính giá trị kiểu gen Pr1 (qui định hàm lƣợng protein thấp) và Pr2 (qui định hàm lƣợng protein cao) và tỷ số giữa d/a (mức độ trội) chúng ta thấy đƣợc, tất cả các giá trị d đều < giá trị a; d>0 (nếu d<a -> trội từng phần). Điều này chứng tỏ, giữa các gen tham gia qui định hàm lƣợng protein trong hạt thì các gen tham gia qui định hàm lƣợng protein cao trội hơn so với các gen qui định hàm lƣợng protein thấp (d>o); tuy nhiên tính trội ở đây là không hoàn toàn (d<a).
Qua phân tích bảng ta cũng thấy đƣợc, cùng là gen trội (gen qui định hàm lƣợng protein cao) ở các tổ hợp lai là rất khác nhau. Điều này chứng tỏ có sự tác động của tính trội trên các locus của các gen qui định hàm lƣợng protein trên các giống khác nhau (Bảng3.4).
Hay đã xuất hiện hiệu quả cộng tính và hiệu quả trội (cộng tính x trội – Hiệu quả j).
Giống Tính Tính Mức
cộng trội độ
(a) (d) trội
P1
1,75 0,10 0,057
1,85 0,30 0,162
P4
2,00 0,10 0,050
2,10 0,02 0,010
P6
1,75 0,10 0,057
1,85 0,05 0,027
P290
1,50 0,10 0,067
1,60 0,20 0,125
AC5
1,25 0,10 0,080
1,35 0,10 0,074
Giá trị hàm lƣợng lƣợng protein trung bình bố, mẹ của các cặp lai
- Mức độ trội được tính bằng tỷ số d/a.
Nguyễn Thị Thu Hương 58
3.3.2.1.Phân tích phương sai kiểu gen của các gen GPC
* Phương sai thành phần
Bảng 3.5. Phương sai thành phần của quần thể bố, mẹ và F2 Anova: Phương sai thành phần của quần thể bố, mẹ và F2
SUMMARY Groups Aspartic Glutamic acid Serine
Histidine Glycine Thereonine Alanine Arginine Tyrosine
Cysteine+cytine Valine
Methionine Phenylalanine Isoleucine Leucine Lysine Proline
Ghi chú: Groups: nhóm, Count : Số lượng, Sum: tổng , Average: trung bình , Variance: Phương sai
thành lên hàm lƣợng protein tổng số có sự sai khác. Có nghĩa là, hàm lƣợng protein tổng số thay đổi là do sự thay đổi về hàm lƣợng của các chất cấu thành lên, hàm lƣợng các chất cấu thành lên hàm lƣợng protein tổng số rất khác nhau trong từng giống. Điều phù hợp với những kết quả được công bố trước đây (Vũ Tuyên Hoàng, 2005).
* Phương sai chung :Bảng 3.6. Phương sai chung của quần thể bố, mẹ và F2 Anova: Phương sai chung của quần thể bố, mẹ và F2
SUMMARY Groups KD
Q5 P1 P4 P6 P290 AC5 a b c d e f g h i j
Source of Variation Between
F2 SUMMARY Groups Within Groups Total
Ghi chú: Groups: nhóm, Count : Số lượng, Sum: tổng , Average: trung bình , Variance: Phương sai
Source of Variation: Nguồn biến thiên ,SS: tổng bình phương, df: độ tự do, MS:Trung bình , F: Fthực nghiệm , P-value:Giá trị P, F crit:F lý thuyết
Qua bảng 3.6 ta thấy: F (=0.019369) < F crit (=1.680802), điều này có nghĩa là phương sai chung giữa các cá thể F2 và bố, mẹ của chúng sai khác chưa có ý nghĩa về mặt thống kê. Điều này giải thích vấn đề, không thể chỉ sử dụng phương pháp lai một chiều để chọn tạo các giống lúa có hàm lƣợng protein cao. Chúng ta cần phải thực hiện các phép lai nhiều chiều, tìm những cặp lai sai khác về hàm lƣợng protein có ý nghĩa.
Phân tích phương sai là công cụ chủ yếu để phân tích các số liệu khi theo dõi ảnh hưởng của các nhân tố (Giống, điều kiện ngoại cảnh, phân bón, đất đai,...) lên năng suất, chất lƣợng (hàm lƣợng protein, amylose,...tổng số).
* Phương sai một nhân tố (Nhân tố giống)
Giống là một trong những yếu tố quan trọng nhất quyết định đến chất lƣợng sản phẩm của hạt.
Qua bảng 3.7 ta thấy Ftn (593.5527)> F crit (1.778927), với các giống khác nhau có sự khác nhau về hàm lƣợng các chất amino acid cấu thành lên hàm lƣợng protein tổng số trong chất khô và nội nhũ của hạt. Kết quả này phù hợp với những công bố trước đây của IRRI về ảnh hưởng của yếu tố giống tới hàm lượng protein tổng số (Qui định 25% hàm lƣợng protein). Thành phần các chất hay c ác gen điều khiển sự hình thành và tổng hợp các amino acid chịu sự tác động của yếu tố di truyền (giống).
Bảng 3.7. Bảng phân tích phương sai một nhân tố (giống) ảnh hưởng tới hàm lượng protein
Anova: Phương sai một nhân tố (giống)
Glutamic acid Serine
Histidine Glycine Thereonine Alanine Arginine Tyrosine
Cysteine+cytine Valine
Methionine Phenylalanine Isoleucine Leucine Lysine Proline ANOVA
Source of Variation Rows
Columns Error Total
Ghi chú :Source of Variation: Nguồn biến thiên, SS: tổng bình phương,df:độ tựdo, MS:Trung bình, F: F thựcnghiệm , P -value:Giá trị P, F crit:F lý thuyết
* Phương sai 2 nhân tố (Ảnh hưởng của nhân tố giống: Chiều cao cây, thời gian sinh trưởng lên hàm lượng protein)
ảnh hưởng tới hàm lượng protein Anova: Bảng phân tích phương sai hai nhân tố
Chiều cao cây (cm)
Thời gian sinh trưởng (ngày) ANOVA Rows Columns Error Total
Ghi chú: Groups: nhóm, Count : Số lượng, Sum: tổng , Average: trung bình , Variance: Phương sai
Source of Variation: Nguồn biến thiên ,SS: tổng bình phương, df: độ tự do, MS:Trung bình , F: Fthực nghiệm , P-value:Giá trị P, F crit:F lý thuyết
Qua bảng 3.8 ta thấy, Ftn (=3.810192) > F crit (=2.333484), do vậy ta kết luận, hàm lƣợng protein của mỗi giống chịu sự tác động của các đặc điểm hình thái (chiều cao cây, thời gian sinh trưởng).
trưởng và khối lượng 1000 hạt lên hàm lượng protein)
Bảng 3.9. Bảng phân tích phương sai ba nhân tố (Chiều cao cây, thời gian sinh trưởng và khối lượng 1000 hạt) ảnh hưởng tới hàm lượng
protein
Anova: Bảng phân tích phương sai 3 nhân tố không tương tác
Chiều cao cây (cm) Thời gian sinh trưởng (ngày) Khối lƣợng 1000 hạt (P1000) (gram) ANOVA
Columns Error Total
Ghi chú: Groups: nhóm, Count : Số lượng, Sum: tổng , Average: trung bình , Variance: Phương sai
Source of Variation: Nguồn biến thiên ,SS: tổng bình phương, df: độ tự do, MS:Trung bình , F: Fthực nghiệm , P-value:Giá trị P, F crit:F lý thuyết
Qua bảng 3.9 ta thấy, dp P-value (=0.049519) < 0.05 nên ta có thể kết luận, các đặc điểm hình thái ảnh hưởng khác nhau tới hàm lượng protein tổng số.
3.3.3. Các kiểu tác động của gen lên hàm lượng protein ở lúa
Qua phân tích bảng 3.10. ta thấy, hàm lƣợng protein của F1 nằm trong khoảng giữa (cây có hàm lƣợng protein cao và cây có hàm lƣợng protein thấp), tuy nhiên tới F2 và BC1, hàm lƣợng protein trung bình của quần thể cao hơn so với F1, điều này chứng tỏ có nhũng cá thể có hàm lƣợng protein cao (thậm chí cao hơn cả bố mẹ) (Bảng 3.10. : F1 KD18 x AC5 (8,35%); F2 KD18 xAC5 (9,15%),...) từ đó ta có thể đi đến nhận xét, sự di truyền tính trạng protein cao trong con lai mang tính cộng hưởng của bố và mẹ.
Bảng 3.10. Hàm lượng protein và sự biến động di truyền trên các thế hệ Các cây bố, mẹ
Hàm
Giống lượng
lúa Protein
KD18 7,00
Q5 6,80
P1 10,50
P4 11,00
P6 10,50
P290 10,00
AC5 9,50
Các cây F2
Giống lúa
KD18 x P1 8,85
KD18 x P4 9,22
KD18 x P6 8,95
KD18 x P290 8,05
KD18 x AC5 9,15
Q5 x P1 8,65
Q5 x P4 8,77
Q5 x P6 8,85
Q5 x P290 8,15
Q5 x AC5 8,95
Bảng 3.11. Thiết lập hệ di truyền trên các tổ hợp lai
Tổ hợp lai
KD 18 x P1 KD 18 x P4 KD18 x P6 KD18xP290 KD18 xAC5 Q5 x P1
Q5 x AC5
Qua bảng 3.11. chúng ta thấy, giá trị của E là dương và có sự khác nhau giữa các tổ hợp lai, Điều này chứng tỏ sự tác động của môi trường lên tính trạng protein là khá cao, và sự tác động này có sự khác nhau giữa các tổ hợp lai hay có sự tác động của giống lên hàm lƣợng protein tổng số. Điều này cũng khẳng định biến động của hàm lƣợng protein sẽ là lớn khi hệ số di truyền theo nghĩa rộng nhỏ, nhƣng nếu H bs cao hơn thì ảnh hưởng trội sẽ cao. Do đó, các chương trình lai tạo, nên chọn các dòng mẹ có hàm lượng protein cao hơn thì sẽ có hệ số di truyền lớn để có thể chọn lọc đƣợc các cá thế có hàm lƣợng protein cao.