Luận án TS: Chỉ thị phân tử SSRs kiểm soát chất lượng xơ cây bông

Tóm tắt luận án xác định chỉ thị phân tử SSRs liên kết locus gen kiểm soát chất lượng xơ ở cây bông, ứng dụng trong công tác chọn tạo giống.

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh Nguyệt
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thanh Thủy
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Di truyền học
• Đề tài: Nghiên cứu xác định chỉ thị phân tử SSRs liên kết với locus kiểm soát chất lượng xơ ở cây bông
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái Niệm và Tầm Quan Trọng Chỉ Thị SSRs Trong Cây Bông

Chỉ thị SSRs (Simple Sequence Repeats) là các đánh dấu phân tử có vai trò quan trọng trong nghiên cứu di truyền cây bông. Những chỉ thị này được sử dụng để xác định các locus kiểm soát chất lượng xơ, một trong những tính trạng kinh tế quan trọng nhất của cây bông. Việc ứng dụng chỉ thị SSRs liên kết với các locus chất lượng xơ giúp các nhà khoa học có thể lựa chọn và tạo giống bông có chất lượng xơ tốt một cách hiệu quả và chính xác hơn. Các chỉ thị phân tử này không chỉ cải thiện năng suất mà còn nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm bông, góp phần phát triển bền vững ngành nông nghiệp.

1.1. Định Nghĩa Chỉ Thị SSRs

Chỉ thị SSRs (Simple Sequence Repeats) hay còn gọi là các đánh dấu microsatellite là những đoạn DNA có chuỗi lặp lại ngắn. Những đặc điểm phân tử này tồn tại trong bộ gen của cây bông với độ đa hình cao, cho phép các nhà nghiên cứu phân biệt được những khác biệt di truyền giữa các giống bông khác nhau. Kỹ thuật SSRs đã trở thành công cụ mạnh mẽ trong phân tích di truyền hiện đại.

1.2. Vai Trò Trong Cải Tiến Giống Bông

Việc ứng dụng chỉ thị SSRs liên kết với locus chất lượng xơ cho phép các chuyên gia selekci lựa chọn các cá thể có mã di truyền tốt để lai tạo. Phương pháp chọn tạo giống dựa trên đánh dấu phân tử này giúp rút ngắn thời gian chọn tạo và tăng hiệu quả của công tác cải tiến giống.

II. Đặc Tính Chất Lượng Xơ và Các Locus Kiểm Soát

Chất lượng xơ cây bông được xác định bởi nhiều thông số kỹ thuật quan trọng như độ mềm, độ bóng, độ dài và độ bền của sợi xơ. Các locus kiểm soát chất lượng xơ được quy định bởi các gen chính và các gen hiệu ứng nhỏ (QTL - Quantitative Trait Loci). Việc xác định chỉ thị SSRs liên kết với những locus này cho phép các nhà khoa học nắm bắt được cơ chế di truyền của các tính trạng này. Những locus chất lượng xơ không chỉ ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý của sợi xơ mà còn tác động đến giá trị thương mại của sản phẩm bông trên thị trường quốc tế.

2.1. Các Thông Số Chất Lượng Xơ Chính

Độ mềm, độ bóng, độ dài và độ bền xơ là những chỉ tiêu chất lượng quyết định giá trị của bông. Mỗi tính trạng này được kiểm soát bởi các locus di truyền khác nhau. Chỉ thị SSRs liên kết với những locus này giúp đánh dấu và theo dõi sự truyền đạt các tính trạng từ thế hệ cha mẹ sang thế hệ con.

2.2. Locus QTL và Các Hiệu Ứng Di Truyền

Locus QTL (Quantitative Trait Loci) là những vị trí trên bộ gen kiểm soát các tính trạng định lượng. Chỉ thị SSRs liên kết với các locus QTL chất lượng xơ cho phép lập bản đồ liên kết và xác định chính xác vị trí và tác động của những gen này đến tính trạng chất lượng xơ.

III. Ứng Dụng Chỉ Thị SSRs Trong Selekci Cây Bông

Ứng dụng chỉ thị SSRs trong chương trình selekci cây bông mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Các nhà khoa học có thể sử dụng đánh dấu phân tử SSRs liên kết với locus kiểm soát chất lượng xơ để sàng lọc các dòng bông có tiềm năng ngay từ giai đoạn hạt. Phương pháp selekci dựa trên đánh dấu phân tử này được gọi là selekci hỗ trợ bởi đánh dấu (Marker-Assisted Selection - MAS). Kỹ thuật này giúp giảm chi phí, rút ngắn thời gian selekci, và tăng độ chính xác trong việc lựa chọn các dòng bông có chất lượng xơ tối ưu. Đây là một trong những đóng góp công nghệ quan trọng của selekci hiện đại trong ngành bông lâu nay.

3.1. Selekci Hỗ Trợ Bởi Đánh Dấu Phân Tử

Selekci hỗ trợ đánh dấu phân tử (MAS) sử dụng chỉ thị SSRs liên kết để xác định chính xác các cá thể bông có mã di truyền tốt cho chất lượng xơ. Phương pháp này cho phép lựa chọn sớm các cá thể mong muốn ngay từ giai đoạn cây non, tiết kiệm thời gian và tài nguyên so với selekci truyền thống.

3.2. Lợi Ích Kinh Tế và Thực Tiễn

Việc ứng dụng chỉ thị SSRs giúp tăng hiệu suất selekci, giảm chi phí chọn tạo giống, và rút ngắn chu kỳ phát triển giống mới. Các giống bông được tạo ra bằng phương pháp này có chất lượng xơ ổn định hơn, đáp ứng tốt yêu cầu của thị trường quốc tế.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Triển Vọng Phát Triển

Những nghiên cứu về chỉ thị SSRs liên kết locus chất lượng xơ ở cây bông đã mang lại những kết quả đáng khích lệ. Các nhà khoa học đã xác định được nhiều chỉ thị SSRs có liên kết chặt chẽ với các locus kiểm soát chất lượng xơ trên các nhiễm sắc thể khác nhau của bông. Những phát hiện này tạo nền tảng vững chắc cho việc lập bản đồ liên kết di truyền chi tiết và phát triển công nghệ seleksi tiên tiến. Triển vọng phát triển trong tương lai là sự ứng dụng rộng rãi những chỉ thị SSRs này trong các chương trình chọn tạo giống bông trên quy mô lớn, góp phần nâng cao chất lượng xơ bông Việt Nam và tăng cạnh tranh quốc tế.

4.1. Những Kết Quả Đạt Được

Luận án tiến sĩ về chỉ thị SSRs liên kết locus chất lượng xơ đã xác định chính xác những đánh dấu phân tử có tương quan mạnh với tính trạng chất lượng xơ. Bản đồ liên kết di truyền được lập dựa trên những chỉ thị này cung cấp thông tin quý báu cho công tác chọn tạo giống bông.

4.2. Triển Vọng và Ứng Dụng Trong Tương Lai

Các công nghệ genôm hiện đại như SNP markers và whole genome sequencing sẽ bổ sung thêm cho chỉ thị SSRs trong tương lai. Kết hợp nhiều công cụ phân tích sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong lựa chọn giống và phát triển bông có chất lượng xơ vượt trội.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------------------- NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSRs LIÊN KẾT VỚI LOCUS KIỂM SOÁT CHẤT LƢỢNG XƠ Ở CÂY BÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------------------- NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSRs LIÊN KẾT VỚI LOCUS KIỂM SOÁT CHẤT LƢỢNG XƠ Ở CÂY BÔNG Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 62420121 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Thị Thanh Thủy 2. Trịnh Đình Đạt Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận án là do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả nghiên cứu đã nêu trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu của tác giả nào khác.

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ đã đƣợc cám ơn, các tài liệu trích dẫn nêu trong luận án đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, tháng 10 năm 2016 Tác giả luận án Nguyễn Thị Minh Nguyệt LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Trịnh Đình Đạt, TS. Nguyễn Thị Thanh Thủy, những thầy cô đã tận tình dẫn dắt, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho NCS trong suốt quá trình nghiên cứu khoa học và hoàn thành luận án.

Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của những Thầy Cô giáo trong Bộ môn Di truyền học, các Thầy Cô trong Khoa Sinh học cũng nhƣ các Thầy Cô công tác tại Phòng Đào tạo Sau Đại học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trong suốt quá trình học tập tại đây. Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn TS. Trịnh Minh Hợp, các cán bộ nghiên cứu trong Phòng Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Ban Lãnh Đạo Viện nghiên cứu Bông và PTNN Nha Hố đã chia sẻ kinh nghiệm, nguồn vật liệu, tạo mọi điều kiện giúp đỡ, động viên NCS trong suốt quá trình thực hiện luận án. Trong quá trình thực hiện luận án, Nghiên cứu sinh luôn nhận đƣợc sự chia sẻ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi của các cán bộ, bạn bè đồng nghiệp công tác tại Bộ môn Sinh học Phân tử, Viện Di truyền Nông nghiệp và Ban Lãnh Đạo Viện, Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự quan tâm tận tình đó.

Công trình nghiên cứu của Nghiên cứu sinh nằm trong Đề tài “Nghiên cứu áp dụng chỉ thị phân tử để chọn tạo giống bông có chất lƣợng xơ tốt” thuộc Chƣơng trình Công nghệ Sinh học Nông nghiệp cấp Nhà nƣớc giai đoạn 2010- 2015 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới Gia đình và bạn bè, những ngƣời luôn đồng hành và dành mọi quan tâm, khích lệ Nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án. Hà Nội, tháng 10 năm 2016 Tác giả luận án Nguyễn Thị Minh Nguyệt MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.5 DANH MỤC BẢNG. 7 DANH MỤC HÌNH.

Tính cấp thiết của đề tài luận án. Mục tiêu nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Những đóng góp mới của luận án.

Phạm vi giới hạn của luận án. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. PHÂN LOẠI HỌC VÀ QUÁ TRÌNH TIẾN HÓA CỦA CHI BÔNG GOSSYPIUM. Phân loại học cây bông.

Quá trình tiến hóa chất xơ và những đặc tính chất lƣợng xơ chính của cây bông. ĐÁNH GIÁ NGUỒN TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN VÀ PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI TRUYỀN TRONG CHI BÔNG. Sự đa dạng các chỉ tiêu hình thái và nông học của cây bông. Đa dạng di truyền phân tử trong nguồn gen bông trồng trọt.

Nguồn gen bông lưỡng bội. Nguồn gen bông tứ bội. MỘT SỐ KỸ THUẬT CHỈ THỊ PHÂN TỬ VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TRÊN CÂY BÔNG. Một số kỹ thuật chỉ thị phân tử chính trên cây bông.

Sự phát triển của chỉ thị SSR và các cơ sở dữ liệu về chỉ thị phân tử của cây bông. NGHIÊN CỨU LẬP BẢN ĐỒ LIÊN KẾT DI TRUYỀN VÀ BẢN ĐỒ CÁC LOCUS QUY ĐỊNH CHẤT LƢỢNG XƠ Ở CÂY BÔNG. Những nghiên cứu lập bản đồ liên kết di truyền ở cây bông trên thế giới 27 1 1. QTL và những nghiên cứu lập bản đồ QTL chất lƣợng xơ ở cây bông trên thế giới.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHỌN TẠO GIỐNG BÔNG TẠI VIỆT NAM. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU. Các giống bông nghiên cứu.

Chỉ thị phân tử SSR. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Các phƣơng pháp theo dõi, đánh giá các thí nghiệm đồng ruộng. Phương pháp lựa chọn vật liệu. Phương pháp gieo trồng, chăm sóc, đánh giá nguồn vật liệu. Phƣơng pháp phân tích di truyền bằng chỉ thị SSR.

Phƣơng pháp lập bản đồ liên kết di truyền cây bông. Phƣơng pháp xác định chỉ thị phân tử SSR liên kết với locus kiểm soát chất lƣợng xơ ở cây bông. Các phƣơng pháp xử lý số liệu. Phương pháp xử lý thống kê.

Phương pháp phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị hình thái và chỉ thị phân tử. Phương pháp lập bản đồ liên kết di truyền và bản đồ QTL chất lượng xơ 59 2. Phương pháp vẽ bản đồ liên kết di truyền. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.

ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN BÔNG LÀM VẬT LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU. Xác định đa dạng các nguồn gen bông bằng các chỉ tiêu hình thái 61 3. Xác định đa dạng di truyền của các nguồn gen bông bằng chỉ thị 2 SSR. Nhận định về tiềm năng đa dạng di truyền của các nguồn gen bông trong nghiên cứu.

LỰA CHỌN BỐ MẸ VÀ LAI TẠO, ĐÁNH GIÁ, CHỌN LỌC TỔ HỢP LAI F1 THÍCH HỢP CHO NGHIÊN CỨU. Chọn lọc nguồn vật liệu bố mẹ cho lai tạo. Đánh giá khả năng kết hợp và ƣu thế lai của các con lai khác loài giữa bông Luồi G. hirsutum và bông Hải đảo G.

Đánh giá khả năng kết hợp chung và riêng của các giống bông bố mẹ Luồi G. hirsutum và bông Hải đảo G. Mức độ ưu thế lai của các tổ hợp lai về năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất và chất lượng xơ bông. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ LIÊN KẾT DI TRUYỀN TRÊN HỆ GEN CÂY BÔNG TỨ BỘI BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ.

Các đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và chất lƣợng xơ chính của cặp giống bố mẹ. Xác định các cặp mồi SSR cho đa hình giữa hai giống bông bố mẹ L591 và HD138. Lai tạo quần thể con lai F2 (L591 x HD 138) và gieo trồng, theo dõi trên đồng ruộng. Phân tích phân ly di truyền của quần thể con lai F2 với chỉ thị SSR.

Xây dựng bản đồ liên kết di truyền ở cây bông tứ bội sử dụng chỉ thị phân tử SSR. So sánh bản đồ liên kết di truyền hệ gen cây bông tứ bội G. barbadense sử dụng chỉ thị phân tử SSR. XÁC ĐỊNH CÁC QTL CHẤT LƢỢNG XƠ VÀ CÁC CHỈ THỊ SSR LIÊN KẾT GẦN VỚI CÁC QTL.

Theo dõi, đánh giá một số chỉ tiêu cấu thành năng suất và chất lƣợng xơ bông của quần thể con lai F2 (L591 x HD138).Xây dựng bản đồ QTL chất lƣợng xơ của quần thể con lai F2 (L591 3 x HD138). Xác định các chỉ thị phân tử SSR liên kết gần với các QTL chất lƣợng xơ. Đánh giá tiềm năng ứng dụng các QTL kiểm soát chất lƣợng xơ và các chỉ thị SSR liên kết QTL trong chọn tạo giống. Chọn lọc những nguồn gen triển vọng phục vụ công tác chọn tạo giống bông năng suất cao, chất lƣợng xơ tốt tại Việt Nam.120 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.

126 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 142 4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADN Acid Deoxyribo Nucleic Axít Deoxyribonucleic ARN Acid Ribonucleic Axít ribonucleic AFLP Amplified Fragment Length Đa hình chiều dài phân đoạn Polymorphism đƣợc khuếch đại BIL Backcross Inbred Line Dòng nội phối lai trở lại BSA Bulked Segregant Analysis Phân tích phân ly nhóm bp Base pair Cặp bazơ CAPS Cleaved Amplified Polymorphic Đa hình các phân đoạn nhân Sequences bản đƣợc cắt giới hạn Chr. Chromosome Nhiễm sắc thể cM CentiMorgan Đơn vị khoảng cách bản đồ liên kết di truyền CMD Cotton Marker Database Cơ sở dữ liệu chỉ thị cây bông CIM Composite Interval Mapping Lập bản đồ kết hợp CRM Comprehensive Reference Map Bản đồ tham khảo cs. Cộng sự CTAB Cetyltrimethylammonium bromide EST Expressed Sequence Tag Đoạn trình tự đƣợc biểu hiện GCA General Combining Ability Khả năng phối hợp chung GBS Genotyping by sequencing Phân tích kiểu gen bằng giải trình tự ISSR Inter-Simple Sequence Repeat Trình tự xen giữa các SSR H Observerd Heterogeneity Hệ số dị hợp đƣợc quan sát HG% Rate of heterogeneous Tỷ lệ không đồng nhất LG Linkage group Nhóm liên kết LOD Log of the odds ratio MAS Marker Assisted Selection Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử MABC Marker Assisted Backcrossing Chọn lọc dựa vào chỉ thị phân tử và lai trở lại MSTĐ Mã số tập đoàn NAM Nested Association Mapping Lập bản đồ kết hợp lồng 5 NST Nhiễm sắc thể NSBX Năng suất bông xơ NSLT Năng suất lý thuyết PCR Polymerase Chain Reaction Phản ứng chuỗi tr ng hợp PIC Polymorphism Information Content Hệ số thông tin đa hình PTNN Phát triển Nông nghiệp QTL Quantitative Trait Locus Locus tính trạng số lƣợng qFE Fiber Elongation QTL QTL độ giãn xơ qFL Fiber Length QTL QTL chiều dài xơ qFS Fiber Strength QTL QTL độ bền xơ qFU Fiber Uniformity QTL QTL độ đều xơ qLP Lint Percentage QTL QTL tỷ lệ xơ qSF Short Fiber index QTL QTL chỉ số xơ ngắn R2 Relative importance of a QTL Tầm quan trọng tƣơng đối của một QTL RAPD Randomly Amplified Polymorphic Đa hình ADN đƣợc khuếch DNA đại ngẫu nhiên REMAP Retrotransposon-Microsatellite Đa hình khuếch đại các vi Amplified Polymorphism vệ tinh- yếu tố nhảy ngƣợc RIL Recombinant Inbred Line Dòng nội phối tái tổ hợp RFLP Restriction Fragment Length Đa hình chiều dài phân đoạn Polymorphism giới hạn RGA Resistance Gene Analog Yếu tố tƣơng tự gen kháng SCA Specific Combining Ability Khả năng phối hợp riêng SRAP Sequence-Related Amplified Đa hình khuếch đại các trình Polymorphism tự liên quan SSR Simple Sequence Repeat Trình tự lặp lại đơn giản SNP Single Nucleotide Polymorphism Đa hình nucleotid đơn TBE Tris-borate-EDTA TGST Thời gian sinh trƣởng TRAP Target RegionAmplification Đa hình khuếch đại các Polymorphism v ng đích UPGMA Unweighted Pair- Group Method Phƣơng pháp phân nhóm with Arithmetical averages với trung bình số học 6 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.

Tình hình sản xuất bông vải tại Việt Nam qua các năm và so với thế giới. Danh sách các mẫu giống bông sử dụng trong nghiên cứu.