MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nguồn tài nguyên di truyền thực vật đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp theo hướng đa dạng hóa, hiện đại hóa. Do sự khác biệt điều kiện tự nhiên mà mỗi nước có nguồn tài nguyên thực vật khác nhau. Trong xu thế hội nhập quốc tế, sự hợp tác chia sẻ thông tin kinh nghiệm và trao đổi nguồn gen đã và sẽ góp phần khai thác có hiệu quả tiềm năng nguồn gen bản địa cũng như nhập nội hoặc lai tạo được nhiều các giống mới, thúc đẩy phát triển sản xuất nông nghiệp của mỗi nước.
Hợp tác khu vực và quốc tế trong lĩnh vực sử dụng hiệu quả và bền vững nguồn tài nguyên thực vật là thực sự cần thiết để góp phần thực hiện mục tiêu an ninh lương thực mà Hội thảo kỹ thuật quốc tế về tài nguyên di truyền thực vật lần thứ IV đã đề ra, nhằm phấn đấu giảm lượng dân số đói nghèo xuống còn một nửa vào năm 2015.) là cây lương thực quan trọng. Hàng năm, các quốc gia Châu Á tiêu thụ tới 90% sản lượng lúa gạo của thế giới. Cộng hào Dân chủ Nhân dân Lào là nước có nhiều giống lúa cổ truyền với nguồn gen phong phú có thể dùng để tạo ra những giống lúa cải tiến với những đặc tính mong muốn. Theo điều tra, đánh giá sơ bộ về tập đoàn lúa địa phương của Lào cho thấy đây là nguồn vật liệu quý phong phú về các tính trạng chất lượng, chống chịu sâu bệnh cũng như các điều kiện bất thuận của môi trường như chịu úng, chịu ngập, chịu mặn…Bên cạnh công tác thu thập và bảo tồn, công tác nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc lưu giữ, bảo tồn nguồn gen lúa phục vụ công tác chọn giống.
Nghiên cứu đa dạng di truyền dựa vào các tính trạng hình thái, nông học là phương pháp cổ điển nhưng hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi vì nó không đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền, bố trí thí nghiệm phức tạp mà vẫn đảm bảo hiệu quả nhất định, giúp các nhà nghiên cứu có thể phân biệt các giống một cách nhanh chóng trên đồng ruộng [8]. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngày nay, với sự phát triển của Sinh học Phân tử, chỉ thị phân tử ADN được sử dụng rộng rãi trong việc đánh giá, bảo tồn và quản lý nguồn gen nói chung và công tác nghiên cứu đa dạng di truyền nói riêng. Các chỉ thị phân tử thường được sử dụng để nghiên cứu, xác định mối quan hệ di truyền của các cá thể trong cùng một loài hoặc giữa các loài là cơ sở cho việc phân loại dưới loài, phát hiện loài mới và mối quan hệ tiến hóa giữa loài [26]. Trong số các chỉ thị phân tử đánh giá đa dạng di truyền, chỉ thị SSR (Simple Sequence Repeats) hay còn gọi là chỉ thị vi vệ tinh có độ tin cậy và chính xác cao thường được sử dụng trong các nghiên cứu sâu ở mức độ phân tử đối với tất cả các đối tượng động thực vật.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nêu trên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá đa dạng di truyền một số mẫu giống lúa thu thập tại Lào về đặc điểm nông sinh học ” 2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 2. Mục tiêu Nghiên cứu đa dạng di truyền, phân loại dưới loài để cung cấp thông tin về các mẫu giống thu thập nhằm phục vụ công tác chọn tạo giống, bảo tồn và khai thác sử dụng. Yêu cầu - Đánh giá được một số đặc điểm nông sinh học, năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống lúa Lào nghiên cứu.
- Xác định được mối tương quan di truyền giữa các mẫu giống lúa Lào nghiên cứu bằng chỉ thị SSR. - Phân loại dưới loài các mẫu giống nghiên cứu phục vụ cho quá trình chọn tạo giống. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.
Ý nghĩa khoa học Đề tài kết hợp đánh giá các tính trạng hình thái nông học với chỉ thị phân tử để nghiên cứu đa dạng di truyền. Kết quả của đề tài góp phần tạo cơ sở khoa học để xây dựng phương pháp đánh giá đa dạng di truyền và phân loại các mẫu giống lúa Lào nói riêng và tài nguyên cây lúa nói chung. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài có ý nghĩa trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu ở mức độ hình thái và phân tử phục vụ cho công tác bảo tồn, khai thác và sử dụng nguồn gen lúa của Lào. Những chỉ thị có hệ số đa dạng gen cao sẽ rất có ích cho các phân tích đa dạng di truyền, lập bản đồ liên kết và nghiên cứu mối quan hệ về nguồn gốc phát sinh của các giống lúa Từ các kết quả nghiên cứu giới thiệu một số giống lúa Lào có các tính trạng tốt về năng suất, hình thái có khả năng thích ứng trong điều kiện trồng tại Việt Nam.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4. Đối tượng 33 mẫu giống lúa thu thập tại các vùng sinh thái khác nhau của Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu này nằm trong đề tài: “Hợp tác nghiên cứu phát triển nguồn gen lúa bản địa với Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào” thuộc chương trình Hợp tác theo Nghị định thư của Bộ Khoa học và Công nghệ thực hiện từ 2010 – 2012. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.
Giới thiệu chung về cây lúa 1. Nguồn gốc, sự phân bố của cây lúa Tổ tiên của cây lúa đã tồn tại từ đầu kỷ Phấn trắng. Vào giữa thế kỷ này, xuất hiện một loại nguyên thủy nhất thuộc tộc Oryzae, đó là loại Streptochasta Schard. Đến cuối kỷ Phấn trắng xuất hiện loài tre (Bambusta) và loài lúa Oryza.
Một số loài khác xuất hiện muộn hơn vào kỷ thứ 3, thời kỳ phát triển mạnh nhất của họ hòa thảo (Gramineae). Các loài lúa Oryza spp có cùng tổ tiên chung vào thời kỳ địa cầu Gondwanaland, sau khi trái đất tách rời thành năm lục địa [7]. Tác giả Chang (1985) cho rằng lúa trồng Oryza sativa được tiến hóa từ cây lúa dại Oryza nivara. Do thích ứng với khí hậu, đặc biệt là điều kiện nhiệt độ lúa Oryza sativa lại tiếp tục chia thành ba nhóm: Indica thích hợp với khí hậu nhiệt đới, Japonica thích hợp với khí hậu lạnh, Javanica có đặc tính trung gian [29].
Cheng (2003) khi nghiên cứu di truyền tiến hóa của 101 giống lúa, bao gồm cả lúa trồng và lúa dại cho thấy loài lúa trồng Oryza sativa chia thành hai nhóm tương ứng với loài phụ là Indica và Japonica. Trong khi đó Oryza rufipogon chia thành bốn nhóm là Oryza rufipogon hàng niên và ba nhóm Oryza rufipogon đa niên. Kết quả cho thấy các giống lúa Japonica có quan hệ gần gũi với một nhóm Oryza rufipogon đa niên, còn các giống còn lại có quan hệ với nhóm lúa Oryza rufipogon hàng niên [33]. Nhiều chuyên gia lúa gạo đồng ý rằng lúa Glaberrima và lúa Sativa có cùng chung nguồn thủy tổ vào thời kỳ lục địa nguyên thủy, nhưng sau khi các lục địa tách rời nhau, lúa Sativa và Glaberrima tiến hóa từ các loài lúa dại bản địa ở hai châu lục là châu Á và châu Phi [44].
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tổ tiên chung Nam và Đông Nam Á Tây châu Phi Lúa dại đa niên O. longistamina Lúa dại hàng niên O. Sơ đồ tiến hóa hai loài lúa trồng 1. Phân loại lúa Cây lúa thuộc họ Poaceae, trước đây gọi là họ Hòa thảo (Gramineae), họ phụ Pryzoidea, tộc Oryzae, chi Oryza, loài Oryza sativa và Oryza glaberrima.
Morinaga là người đầu tiên đã sử dụng kỹ thuật phân tích genome để định danh các loài lúa dại. Công trình nghiên cứu dựa trên cơ sở khoa học này đã giúp phân tích các loài lúa chính xác hơn [6]. Hội nghị di truyền lúa Quốc tế họp tại Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế năm 1963 chia chi Oryza thành 19 loài. Căn cứ trên các phát kiến mới về tế bào học và di truyền cây lúa , năm 1967 Hội nghị Di truyền lúa Quố c tế khẳng định chi Oryza có 22 loài trong đó có 22 loài lúa dại và hai loài lúa trồng [30].
Danh sách loài, số lượng nhiễm sắc thể, bộ gen của từng loài được trình bày ở bảng 1. Sau này Vaughan (1994) phát hiện thêm một loài lúa dại mới ở Papua New Ginea là loài Oryza rhizomatis, đưa số loài của chi Oryza lên thành 23 loài và chia thành 6 nhóm genome [65]. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngày nay, các nhà phân loại học đều nhất trí là chi Oryza có 23 loài trong đó 21 loài hoang dại và hai loài lúa trồng là Oryza sativa và Oryza glaberrima thuộc loài nhị bội 2n = 24 có bộ gen AA. Loài Oryza glaberrima phân bố chủ yếu ở Tây và Trung Phi còn loài Oryza sativa được gieo trồng khắp thế giới và phân chia thành hai loài phụ là Japonica và Indica [6].
Phân loại chi Oryza Phức hệ Tên khác NST Hệ gen I. nivara Shama et Shastry O. glaberrima Steud rufipogon AA 5. meridionalis Roehr AA II.
officinalis Wall ex Watt O .minuta Presl et Presl 48 BBCC 10.rhizomatis Vaughan 24 CC 11. eichigeni Peter 24 CC 12. panctata Kotschy ex Steud 24, 48 BB, BBCC 13. latifolia Desv 48 CCDD 14.
alta Swallen 48 CCDD 15. grandilumis Prod 48 CCDD 16. australiensis Domin 24 EE 17.et Roehr 24 FF 18.schlechteri Pilger 48 Chưa rõ III.longilumis Jansen 48 Chưa rõ 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com IV Phức hệ O. granulata Nees et Am.
Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền cây lúa 1. Vị trí và tầm quan trọng của đa dạng di truyền Đa dạng di truyền là biểu hiện sự đa dạng của các biến dị có thể di truyền trong một loài, một quần xã hoặc giữa các loài, các quần xã. Xét cho cùng, đa dạng di truyền chính là sự biến dị của sự tổ hợp trình tự của bốn cặp bazơ cơ bản, thành phần axít nucleic, tạo thành mã di truyền [3]. Đa dạng di truyền là cơ sở cho việc tuyển chọn lai tạo những giống, loài mới; đa dạng về loài thường là đối tượng khai thác phục vụ mục đích kinh tế; đa dạng về hệ sinh thái có chức năng bảo vệ môi trường sống; đồng thời các hệ sinh thái được duy trì và bảo vệ chính là nhờ sự tồn tại của các quần thể loài sống trong đó.