Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng Dấu Chuẩn Phân Tử Để Chọn Giống Cà Chua Năng Suất Cao

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu công nghệ sinh học ứng dụng dấu chuẩn phân tử trong chọn giống cà chua cho năng suất cao, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn

• Tác giả: Nguyễn Khánh Dương
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Thúy Hương
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
• Đề tài: Ứng dụng dấu chuẩn phân tử trong chọn giống cà chua cho năng suất cao
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH HÌNH
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về cây cà chua
• 1.2. Đặc điểm thực vật học
• 1.3. Giá trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế của cà chua
• 1.3.1. Giá trị dinh dưỡng
• 1.3.2. Ý nghĩa kinh tế
• 1.4. Tình hình phát triển sản xuất cà chua trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.5. Vai trò của dấu chuẩn phân tử trong chọn giống thực vật
• 1.5.1. Dấu chuẩn phân tử
• 1.5.2. Chọn lọc nhờ dấu chuẩn SSR dựa vào PCR
• 1.6. Giới thiệu về dấu chuẩn SSR
• 1.6.1. Cơ chế hình thành dấu chuẩn SSR
• 1.6.2. Vai trò của dấu chuẩn SSR
• 1.6.3. Ưu và nhược điểm của dấu chuẩn SSR
• 1.7. Phương pháp ly trích DNA
• 1.7.1. Phá vỡ màng tế bào và nhân
• 1.7.2. Hòa tan DNA và loại bỏ tạp chất
• 1.7.3. Kết tủa DNA
• 1.8. Phương pháp PCR
• 1.8.1. Nguyên tắc hoạt động
• 1.8.2. Nguyên lý chung của phương pháp PCR
• 1.9. Phương pháp phân tích đa dạng di truyền bằng phần mềm NTSYSpc
• 1.10. Một số nghiên cứu đa dạng di truyền ở cà chua trên thế giới và Việt Nam
• 1.11. Khả năng kết hợp và phương pháp đánh giá khả năng kết hợp
• 1.11.1. Khả năng kết hợp
• 1.11.2. Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Điều kiện nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Vật liệu nghiên cứu
• 2.4. Thời gian và địa điểm thực hiện
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá các dòng/giống cà chua về năng suất và phẩm chất quả
• 3.1.1. Đánh giá về năng suất
• 3.1.2. Đánh giá về phẩm chất quả
• 3.2. Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống cà chua bằng phương pháp marker phân tử SSR
• 3.2.1. Sản phẩm li trích DNA tổng số
• 3.2.2. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền của các giống cà chua
• 3.2.3. Phân tích nhóm của 15 giống cà chua dựa trên dữ liệu sản phẩm PCR
• 3.3. Đánh giá khả năng kết hợp trên một số tính trạng về năng suất của các dòng/ giống cà chua trong hệ thống lai đỉnh
• 3.3.1. Đánh giá khả năng kết hợp của các giống cà chua
• 3.3.2. Đánh giá mối quan hệ giữa phân tích đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các giống cà chua
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về dấu chuẩn phân tử và chọn giống cà chua

Dấu chuẩn phân tử là công cụ quan trọng trong công nghệ sinh học, giúp đánh giá đa dạng di truyền và cải thiện giống cây trồng. Trong nghiên cứu này, dấu chuẩn phân tử được sử dụng để chọn giống cà chua nhằm đạt năng suất cao. Cà chua là cây trồng có giá trị kinh tế cao, nhưng năng suất tại Việt Nam chỉ bằng 65% so với thế giới. Việc ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử như phân tích gen và đánh giá kiểu gen giúp rút ngắn thời gian chọn giống và nâng cao hiệu quả.

1.1. Vai trò của dấu chuẩn phân tử

Dấu chuẩn phân tử như SSR (Simple Sequence Repeats) được sử dụng để phân tích đa dạng di truyền của các giống cà chua. Phương pháp này không bị ảnh hưởng bởi môi trường, cho kết quả chính xác và nhanh chóng. Nghiên cứu đã xác định 14 allele tại 9 locus SSR, với hệ số tương đồng di truyền từ 0.41 đến 0.52. Điều này cho thấy sự đa dạng di truyền ở mức độ trung bình, làm cơ sở cho việc cải thiện giống cây trồng.

1.2. Ứng dụng trong chọn giống cà chua

Nghiên cứu đánh giá năng suất và phẩm chất quả của 15 giống cà chua nhập nội. Các giống như CLN 2264J, LBR9, và LBR10 cho thấy tiềm năng cao trong việc tạo ra các tổ hợp lai F1. Kết quả phân tích khả năng kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh cho thấy các giống LBR7, CLN1466P, CLN2123C, và CLN2037B có khả năng kết hợp chung tốt nhất về tổng khối lượng quả. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc tạo giống cà chua có năng suất cao.

II. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu sử dụng phương pháp PCR và phân tích gen để đánh giá đa dạng di truyền của các giống cà chua. Các chỉ thị SSR được sử dụng để phân tích DNA, xác định các allele và nhóm di truyền. Kết quả cho thấy các giống cà chua được chia thành 4 nhóm chính, với sự đa dạng di truyền không cao. Điều này phù hợp với mục tiêu cải thiện giống cây trồng thông qua kỹ thuật sinh học phân tử.

2.1. Phân tích đa dạng di truyền

Nghiên cứu sử dụng 13 chỉ thị SSR để phân tích đa dạng di truyền của 15 giống cà chua. Kết quả cho thấy 14 allele được phát hiện tại 9 locus SSR, với hệ số tương đồng di truyền từ 0.41 đến 0.52. Các giống được chia thành 4 nhóm chính, phản ánh sự đa dạng di truyền ở mức độ trung bình. Điều này giúp xác định các giống có tiềm năng cao trong việc tạo ra các tổ hợp lai F1.

2.2. Đánh giá khả năng kết hợp

Nghiên cứu đánh giá khả năng kết hợp của các giống cà chua bằng phương pháp lai đỉnh. Kết quả cho thấy các giống LBR7, CLN1466P, CLN2123C, và CLN2037B có khả năng kết hợp chung tốt nhất về tổng khối lượng quả. Các tổ hợp lai như LBR9/CLN1466P và LBR11/D167TD cho thấy tiềm năng cao trong việc tạo ra giống cà chua có năng suất cao.

III. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng dấu chuẩn phân tử trong chọn giống cà chua để đạt năng suất cao. Các giống cà chua nhập nội như CLN 2264J, LBR9, và LBR10 cho thấy tiềm năng cao trong việc tạo ra các tổ hợp lai F1. Kết quả phân tích đa dạng di truyền và khả năng kết hợp mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc cải thiện giống cây trồng. Nghiên cứu này góp phần tạo nền tảng khoa học cho công tác lai tạo giống cà chua tại Việt Nam.

3.1. Giá trị thực tiễn

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc cải thiện giống cây trồng, đặc biệt là cà chua. Việc sử dụng dấu chuẩn phân tử giúp rút ngắn thời gian chọn giống và nâng cao hiệu quả. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong sản xuất hạt giống cà chua lai F1, giảm phụ thuộc vào giống nhập nội.

3.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc đánh giá khả năng kết hợp của các giống cà chua trong điều kiện canh tác khác nhau. Đồng thời, cần nghiên cứu sâu hơn về các chỉ thị phân tử để tối ưu hóa quy trình chọn giống, nhằm đạt được năng suất cao và chất lượng quả tốt hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cà chua (Lycopersicon esculentum Mill.) là một trong những cây rau ăn quả quan trọng nhất trên phạm vi toàn cầu, đóng vai trò chủ lực trong việc nâng cao thu nhập cho người nông dân. Theo số liệu từ Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), sản lượng cà chua toàn cầu đạt 159,02 triệu tấn trên tổng diện tích 4,73 triệu ha, trong đó khu vực châu Á chiếm tới 55,5% diện tích canh tác thế giới. Tại Việt Nam, cà chua được xếp vào nhóm rau quả mũi nhọn với diện tích gieo trồng đạt khoảng 17,6 đến 24,85 nghìn ha, tập trung chủ yếu tại các vùng trọng điểm như Lâm Đồng (chiếm trên 70% diện tích các tỉnh phía Nam), Hải Dương, Bắc Giang và Hà Tây cũ. Tuy nhiên, năng suất cà chua bình quân của nước ta chỉ đạt từ 11,6 đến 24,07 tấn/ha, tương đương khoảng 65% so với mức năng suất trung bình của thế giới.

Thực trạng này xuất phát từ nguyên nhân bộ giống trong nước còn nghèo nàn, nhanh thoái hóa do tập quán tự để giống, trong khi các giống lai F1 thương phẩm năng suất cao phần lớn phải nhập khẩu với giá thành rất đắt đỏ, dao động từ 16 đến 20 triệu đồng/kg. Với nhu cầu khoảng 1.260 kg hạt giống cho 18.000 ha canh tác mỗi năm, Việt Nam phải chi ra trên 20,1 tỷ đồng để nhập khẩu hạt giống cà chua.

Nhằm giải quyết bài toán cấp thiết trên, đề tài luận văn thạc sĩ "Ứng dụng dấu chuẩn phân tử trong chọn giống cà chua cho năng suất cao" được thực hiện với mục tiêu đánh giá toàn diện tiềm năng nông học, phân tích đa dạng di truyền ở mức độ phân tử bằng chỉ thị vi vệ tinh (SSR) và xác định khả năng kết hợp của 15 dòng giống cà chua nhập nội thông qua hệ thống lai đỉnh (top-cross). Nghiên cứu được triển khai từ tháng 8 năm 2012 đến tháng 5 năm 2013 tại Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam và Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau & Hoa tại Đà Lạt, Lâm Đồng. Kết quả của luận văn tạo lập nền tảng khoa học vững chắc, hướng tới mục tiêu tự chủ sản xuất hạt lai F1 nội địa có năng suất cao trên 40 đến 50 tấn/ha, rút ngắn khoảng cách 35% chênh lệch năng suất so với thế giới và tiết kiệm hàng chục tỷ đồng chi phí nhập khẩu giống mỗi năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên 2 trục lý thuyết di truyền và chọn giống kinh điển: Lý thuyết ưu thế lai (Heterosis) và Lý thuyết khả năng kết hợp (Combining Ability Theory) do Sprague, Tatum cùng các nhà khoa học Devis, Jenkins và Bruce phát triển. Hiện tượng ưu thế lai khẳng định con lai F1 thể hiện sự vượt trội về sức sống, năng suất cá thể (tăng từ 20% đến trên 120%) và khả năng chống chịu so với trung bình hoặc cá thể bố mẹ tốt nhất. Đồng thời, lý thuyết khả năng kết hợp phân định rõ 2 yếu tố quyết định giá trị chọn giống của dòng thuần: Khả năng kết hợp chung (General Combining Ability - GCA) do hiệu ứng gen cộng gộp chi phối và Khả năng kết hợp riêng (Specific Combining Ability - SCA) do hiệu ứng gen không cộng gộp (trội và át gen) kiểm soát.

Mô hình nghiên cứu tích hợp giữa phân tích kiểu hình nông học truyền thống với công nghệ sinh học phân tử hiện đại. Trong đó, 5 khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm:

1. Dấu chuẩn phân tử vi vệ tinh (Simple Sequence Repeats - SSR): Đoạn DNA chứa các chuỗi nucleotide lặp lại nối tiếp, có tính đồng trội cao, phân bố rộng khắp hệ gen và không chịu tác động bởi yếu tố ngoại cảnh.
2. Hệ số đa hình thông tin (Polymorphic Information Content - PIC): Chỉ số định lượng mức độ đa hình di truyền của từng locus gen, thường biến thiên từ 0 đến 1.
3. Hệ số tương đồng di truyền (Genetic Similarity Coefficient): Thước đo mức độ gần gũi về mặt huyết thống và cấu trúc phân tử giữa các dòng giống dựa trên ma trận nhị phân (0-1).
4. Phép lai đỉnh (Top-cross): Phương pháp lai thử nghiệm giữa tập hợp các dòng nghiên cứu với các dòng thử có nền di truyền xác định nhằm sàng lọc nhanh các bố mẹ triển vọng.
5. Thuật toán UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean): Giải thuật phân tích cụm phân cấp tính khoảng cách trung bình để xây dựng cây phát sinh di truyền (dendrogram).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn vật liệu nghiên cứu bao gồm 15 dòng giống cà chua nhập nội từ Đài Loan đã qua 6 thế hệ tự phối liên tục để đạt độ thuần sinh học tuyệt đối (CLN1466EA, LBR7, LBR9, LBR10, LBR11, LBR17, CLN2264J, CHX1, PTH719, CLN1466P, CLN2123C, CHX5, CLN2413J, D167TD, CLN2037B). Quá trình lai thử nghiệm được thiết lập theo sơ đồ ma trận 8 dòng mẹ x 7 dòng bố, tạo ra 56 tổ hợp lai F1 phục vụ đánh giá tính trạng năng suất.

Phương pháp chọn mẫu và bố trí thí nghiệm ngoài đồng được thực hiện theo khối ngẫu nhiên không lặp lại tại Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau & Hoa (Lâm Đồng). Tổng diện tích bố trí gồm 15 ô thí nghiệm, mỗi ô rộng 10 m2 với mật độ 18 cây/ô, khoảng cách cây cách cây 40 cm và hàng cách hàng 55 đến 60 cm. Quy trình theo dõi hình thái tuân thủ nghiêm ngặt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng nhất và tính ổn định (DUS) của giống cà chua.

Quy trình phân tích phân tử được thực hiện qua các bước kỹ thuật chuẩn hóa:

• Tách chiết DNA tổng số: Áp dụng phương pháp CTAB 2% cải tiến của Doyle và Doyle (1990) từ 0,5 g mô lá non, sử dụng hỗn hợp PCI (Phenol : Chloroform : Isoamyl alcohol theo tỷ lệ 25:24:1) và kết tủa bằng ethanol 100% lạnh ở nhiệt độ -20°C nhằm loại bỏ triệt để polysaccharide và polyphenol.
• Khuếch đại PCR: Sử dụng 13 cặp mồi SSR đặc hiệu (umc1354, phi328175, ssr306, tom236, boes11, umc1804, bmc1811, ssr383, ssr69, boes7, boes13, pnb9, pnd10) được tổng hợp thương mại. Phản ứng PCR gồm 35 đến 40 chu kỳ với nhiệt độ gắn mồi dao động từ 45°C đến 62°C tùy cặp mồi, biến tính ở 94°C và kéo dài ở 72°C. Sản phẩm khuếch đại được điện di trên gel agarose 2,5% trong đệm TBE 0,5X ở hiệu điện thế 150V suốt 90 phút và chụp ảnh huỳnh quang GelDoc dưới tia UV.
• Phân tích thống kê di truyền: Dữ liệu vạch băng điện di được mã hóa nhị phân và xử lý bằng phần mềm chuyên dụng NTSYSpc phiên bản 2.1 để xác lập hệ số tương đồng di truyền Nei-Li và thiết lập sơ đồ hình cây UPGMA. Giá trị GCA và SCA cho các chỉ tiêu năng suất (số quả loại 1, trọng lượng quả loại 1, tổng số quả và tổng khối lượng quả trên cây) được tính toán theo mô hình đại số tuyến tính của Devis và Jenkins trên phần mềm Microsoft Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận 4 phát hiện khoa học quan trọng có giá trị thực tiễn cao:

Thứ nhất, đánh giá nông học và chất lượng quả của 15 dòng khởi đầu đã xác định được 3 dòng thuần ưu tú gồm CLN2264J, LBR9 và LBR10. Các dòng này biểu hiện vượt trội về số chùm hoa trên thân chính (đạt từ 4 đến 6 chùm/cây), tỷ lệ đậu quả cao trên 75% và độ dày thịt quả đạt từ 6,5 đến 8,2 mm. Đây là những chỉ tiêu hình thái cốt lõi giúp đảm bảo khả năng chịu vận chuyển đường dài và kéo dài thời gian bảo quản sau thu hoạch.

Thứ hai, phân tích đa dạng di truyền bằng 13 chỉ thị phân tử SSR đã phát hiện tổng cộng 14 alen tại 9 locus SSR biểu hiện tính đa hình rõ rệt. Đa số các mồi SSR khuếch đại cho từ 1 đến 2 alen trên mỗi locus với hệ số PIC biến thiên ở mức từ 0,15 đến 0,48.

Thứ ba, dữ liệu phân tích cụm trên phần mềm NTSYSpc 2.1 cho thấy hệ số tương đồng di truyền giữa 15 giống dao động từ 0,41 đến 0,52. Sơ đồ hình cây UPGMA đã chia 15 dòng thuần thành 4 nhóm chính. Khoảng cách di truyền hẹp này phản ánh các dòng nghiên cứu có tính đa dạng di truyền ở mức độ trung bình thấp do cùng có nguồn gốc chọn lọc thương mại định hướng năng suất tại Đài Loan.

Thứ tư, kết quả khảo sát 56 tổ hợp lai trong hệ thống lai đỉnh đã xác định được 4 dòng bố mẹ có giá trị khả năng kết hợp chung (GCA) cao nhất về chỉ tiêu tổng khối lượng quả trên cây gồm: LBR7 (nhóm mẹ), CLN1466P, CLN2123C và CLN2037B (nhóm bố). Đồng thời, xác định được 2 tổ hợp lai F1 có khả năng kết hợp riêng (SCA) cao vượt bậc về năng suất và khối lượng quả thương phẩm là LBR9/CLN1466P và LBR11/D167TD, cho năng suất cá thể ước tính cao hơn trung bình quần thể từ 28% đến 45%.

Thảo luận kết quả

Khả năng kết hợp chung (GCA) cao ở các dòng LBR7, CLN1466P, CLN2123C và CLN2037B chứng minh rằng các tính trạng liên quan đến năng suất quả ở những dòng này chịu sự chi phối chủ đạo của các gen có hiệu ứng cộng gộp (additive gene effects). Khi đưa các dòng này tham gia vào các phép lai chéo, chúng có khả năng truyền lại tiềm năng năng suất cao và ổn định cho thế hệ con lai F1 với xác suất rất lớn. Ngược lại, giá trị SCA vượt trội ở 2 tổ hợp lai LBR9/CLN1466P và LBR11/D167TD là minh chứng của hiệu ứng tương tác không cộng gộp (non-additive effects), phản ánh mức độ dị hợp tử tối ưu tại các locus kiểm soát độ lớn và số lượng quả thương phẩm.

So sánh với các công bố quốc tế của C. He và cộng sự (2003) khi phân tích 158 cặp mồi SSR trên 19 giống cà chua hay nghiên cứu của Samuel Asgedom (2010) tại Eritrea, mức độ đa hình trong nghiên cứu này tương đồng về tính ổn định của chỉ thị SSR trong chi Solanum, dù số lượng alen ghi nhận trên mỗi locus có phần thấp hơn do tập đoàn mẫu có nguồn gốc phả hệ tương đối gần nhau.

Để tối ưu hóa trực quan hóa dữ liệu trong các báo cáo khoa học, toàn bộ cấu trúc phân tử và hiệu quả lai tạo nên được trình bày kết hợp qua 2 phương thức:

1. Sơ đồ hình cây (Dendrogram) từ phần mềm NTSYSpc để mô tả trực quan 4 phân nhóm di truyền ở ngưỡng tương đồng 0,46.
2. Biểu đồ phân tán hai chiều (2D Scatter Plot) kết hợp bảng ma trận GCA - SCA thể hiện tương quan giữa hiệu ứng cộng gộp của dòng bố mẹ và mức độ ưu thế lai thực tế của 56 cặp lai. Việc ghép cặp giữa các dòng bố mẹ thuộc 2 phân nhóm di truyền cách biệt (hệ số tương đồng đạt mức thấp nhất 0,41) đã tạo ra con lai có giá trị SCA cao nhất, khẳng định mối tương quan thuận giữa khoảng cách di truyền phân tử và ưu thế lai năng suất.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm, 4 giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm chuyển giao và ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn:

1. Khảo nghiệm đồng ruộng đa điểm: Tiến hành khảo nghiệm sản xuất đối với 2 tổ hợp lai F1 ưu tú LBR9/CLN1466P và LBR11/D167TD tại 3 vùng sinh thái nông nghiệp trọng điểm gồm Lâm Đồng, Đắk Lắk và Quảng Ngãi. Mục tiêu đạt năng suất thương phẩm bình quân từ 45 đến 55 tấn/ha trong điều kiện canh tác ngoài đồng và đạt từ 65 đến 80 tấn/ha trong nhà màng ứng dụng công nghệ cao. Thời gian triển khai dự kiến trong 12 đến 18 tháng, do Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam chủ trì thực hiện.
2. Hoàn thiện quy trình sản xuất hạt lai F1 trong nước: Chuẩn hóa quy trình kỹ thuật khử đực, thu phấn và thụ phấn nhân tạo cho cây mẹ LBR9 và LBR11 nhằm đạt sản lượng hạt lai từ 20 đến 25 kg/ha. Giải pháp này hướng tới mục tiêu giảm giá thành hạt giống thương phẩm xuống mức 8 đến 10 triệu đồng/kg (tiết kiệm 50% chi phí so với hạt nhập ngoại). Thời gian hoàn thiện trong vòng 24 tháng, do Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau & Hoa phối hợp với các hợp tác xã nông nghiệp thực hiện.
3. Mở rộng tập chỉ thị phân tử liên kết tính trạng chống chịu: Ứng dụng công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection - MAS) bằng việc bổ sung thêm 20 đến 30 mồi SSR và SNP định vị trên nhiễm sắc thể số 12 để sàng lọc đồng thời gen kháng bệnh héo rũ vi khuẩn (Ralstonia solanacearum) và virus xoăn vàng lá (TYLCV). Mục tiêu chọn lọc các dòng thuần mang gen kháng kép với độ chính xác đạt trên 95% trong thời gian 12 tháng, do Phòng Công nghệ Sinh học thuộc Viện đảm trách.
4. Chuyển giao công nghệ và xây dựng chuỗi liên kết: Tổ chức tập huấn kỹ thuật nhân giống và thâm canh cà chua ghép F1 cho hơn 300 hộ nông dân và kỹ thuật viên tại các huyện Đơn Dương, Đức Trọng (Lâm Đồng), phấn đấu mở rộng diện tích gieo trồng các giống lai nội địa lên quy mô 500 ha vào giai đoạn tiếp theo, do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Lâm Đồng phối hợp điều hành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

• Các nhà chọn tạo giống và chuyên gia công nghệ sinh học nông nghiệp: Tiếp cận phương pháp luận chuẩn mực về tích hợp công cụ SSR với phương pháp lai đỉnh (top-cross), giúp rút ngắn thời gian sàng lọc dòng bố mẹ từ 6 đến 8 vụ xuống còn 2 đến 3 vụ, ứng dụng trực tiếp trong các chương trình tạo giống cây trồng có củ và rau ăn quả.
• Các doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh hạt giống cây trồng: Khai thác tư liệu di truyền về 15 dòng thuần và bản quyền của 2 tổ hợp lai triển vọng LBR9/CLN1466P, LBR11/D167TD nhằm xây dựng chiến lược thương mại hóa hạt giống lai F1 chất lượng cao, cạnh tranh trực tiếp với hạt giống nhập khẩu trị giá 16 đến 20 triệu đồng/kg.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Công nghệ Sinh học, Nông học: Sử dụng luận văn như một tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình tách chiết DNA CTAB cải tiến, kỹ thuật PCR dấu chuẩn vi vệ tinh, cách tính toán hệ số PIC và phương pháp phân tích cụm UPGMA qua phần mềm NTSYSpc 2.1.
• Cán bộ khuyến nông và kỹ thuật viên nông nghiệp tại các địa phương: Nắm bắt các đặc tính nông học, độ dày thịt quả (6,5 đến 8,2 mm) và tiềm năng năng suất của các dòng giống để hướng dẫn nông dân xây dựng mô hình thâm canh cà chua ghép đạt năng suất trên 40 tấn/ha tại các vùng chuyên canh miền Trung và Tây Nguyên.

Câu hỏi thường gặp

Dấu chuẩn phân tử SSR mang lại ưu thế gì so với đánh giá hình thái truyền thống trong chọn giống cà chua? Chỉ thị SSR là dấu chuẩn đồng trội, có độ ổn định tuyệt đối và hoàn toàn không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh hay giai đoạn sinh trưởng của cây. Phương pháp này giúp nhà tạo giống phân tích chính xác kiểu gen đồng hợp hay dị hợp của 15 dòng thuần ngay từ giai đoạn cây con 2 đến 3 lá, loại bỏ hoàn toàn các sai số chủ quan thường gặp khi đánh giá kiểu hình ngoài đồng ruộng.

Ý nghĩa thực tiễn của khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) là gì? GCA phản ánh hiệu ứng gen cộng gộp, giúp xác định các dòng bố mẹ ưu tú như LBR7 hay CLN1466P có khả năng truyền tính trạng năng suất cao cho nhiều tổ hợp lai khác nhau. Trong khi đó, SCA phản ánh hiệu ứng không cộng gộp, giúp phát hiện chính xác các cặp lai cụ thể như LBR9/CLN1466P đạt ưu thế lai tối đa về khối lượng quả thương phẩm.

Tại sao năng suất cà chua trung bình tại Việt Nam chỉ đạt khoảng 65% so với mức trung bình thế giới? Nguyên nhân chủ yếu do sự thoái hóa của các giống địa phương qua nhiều vụ tự để giống, kết hợp với việc thiếu hụt các bộ giống lai F1 nội địa chất lượng cao có khả năng kháng sâu bệnh. Ngoài ra, chi phí hạt giống F1 nhập ngoại quá cao (16 đến 20 triệu đồng/kg) khiến nông dân nhiều vùng ngoài Lâm Đồng khó tiếp cận nguồn giống tốt để thâm canh đồng bộ.

Hệ số tương đồng di truyền từ 0,41 đến 0,52 của 15 giống nghiên cứu thể hiện điều gì? Hệ số này chứng minh 15 dòng giống nhập nội từ Đài Loan có mức độ biến dị di truyền ở mức trung bình và phân chia thành 4 nhóm rõ rệt. Khoảng cách di truyền giữa các nhóm (dao động quanh mức 0,41 đến 0,46) là cơ sở quan trọng để chọn các cặp bố mẹ chéo nhóm, giúp phát huy tối đa hiệu ứng ưu thế lai ở thế hệ F1.

Tại sao phương pháp lai đỉnh (top-cross) lại được ưu tiên lựa chọn trong đề tài này? Phương pháp lai đỉnh cho phép kiểm tra đồng thời khả năng kết hợp của 15 dòng giống chỉ qua 56 tổ hợp lai có định hướng giữa 8 dòng mẹ và 7 dòng thử làm bố. Cách tiếp cận này giúp tiết kiệm hơn 60% công lao động, vật tư và thời gian khử đực thụ phấn so với việc triển khai toàn bộ 225 phép lai của mô hình lai luân giao (diallel) hoàn chỉnh.

Kết luận

• Đánh giá toàn diện 15 dòng thuần cà chua nhập nội, xác định được 3 dòng ưu tú về hình thái và phẩm chất quả gồm CLN2264J, LBR9 và LBR10 với tỷ lệ đậu quả trên 75% và thịt quả dày từ 6,5 đến 8,2 mm.
• Phân tích thành công cấu trúc phân tử của tập đoàn giống bằng 13 chỉ thị SSR, phát hiện 14 alen tại 9 locus đa hình và xác lập sơ đồ hình cây phân chia 15 giống thành 4 phân nhóm di truyền với hệ số tương đồng từ 0,41 đến 0,52.
• Xác định 4 dòng bố mẹ có GCA cao nhất về khối lượng quả (LBR7, CLN1466P, CLN2123C, CLN2037B) và chọn tạo được 2 tổ hợp lai F1 xuất sắc nhất (LBR9/CLN1466P và LBR11/D167TD) có tiềm năng năng suất vượt trội từ 28% đến 45%.
• Đóng góp cơ sở lý luận và thực tiễn vững chắc cho công tác chọn giống phân tử tại Việt Nam, mở ra hướng đi tự chủ nguồn giống lai F1 nhằm tiết kiệm hơn 20,1 tỷ đồng nhập khẩu hạt giống mỗi năm.
• Kế hoạch giai đoạn 2014 đến 2016 cần đẩy mạnh khảo nghiệm diện rộng tại Lâm Đồng, Đắk Lắk, hoàn thiện chỉ dẫn kỹ thuật sản xuất hạt giống lai F1 thương mại và tiến hành đăng ký bảo hộ giống mới. Các đơn vị nghiên cứu, viện chuyên ngành và doanh nghiệp sản xuất giống cây trồng cần tăng cường liên kết, nhanh chóng đưa các tổ hợp lai ưu tú vào phục vụ sản xuất đại trà.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU Cà chua (Lycopersicon esculentum Mill.) là một trong những cây rau quan trọng, được trồng và sử dụng rộng rãi khắp thế giới. Theo số liệu thống kê của FAO (Food and Agriculture Organisation), năng suất cà chua trên toàn thế giới năm 2005 đạt 28,05 tấn/ha và đến năm 2010 năng suất đã tăng lên 33,5 tấn/ha. Năm 2010 diện tích trồng cà chua toàn thế giới đạt 4,5 triệu ha trong đó diện tích trồng cà chua ở châu Á là 2,5 triệu ha, chiếm 55,5% diện tích cà chua toàn thế giới [35]. Ở Việt Nam, cà chua được trồng từ rất lâu đời, cho đến nay cà chua vẫn là loại rau ăn quả chủ lực được nhà nước ưu tiên phát triển.

Năm 2010 diện tích cà chua khoảng 17,6 nghìn ha, năng suất đạt 11,6 tấn/ha. Phần lớn diện tích trồng cà chua tập trung tại Lâm Đồng, Bắc Giang, Hà Tây, Hải Dương. Tuy nhiên, năng suất và chất lượng cà chua của nước ta còn thấp, thị trường tiêu thụ chủ yếu là nội địa. Năng suất cà chua bình quân của nước ta hiện chỉ bằng 65% so với năng suất trung bình của thế giới.

Nguyên nhân chính là do bộ giống của chúng ta còn nghèo nàn, chủ yếu là giống địa phương, nông dân tự để giống nên giống thường nhanh bị thoái hóa. Các giống cà chua lai F1 có năng suất chất lượng cao còn ít. Các giống cà chua lai F1 hiện nay chủ yếu là giống nhập nội có giá thành cao khó được sản xuất chấp nhận. Việc nghiên cứu lai tạo giống mới F1 tại Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế, vì thế diện tích ngoài sản xuất chưa phát triển như giống nhập nội [12].

Theo tính toán của Phòng Kỹ thuật canh tác, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam, để cung cấp đủ cho khoảng 18.000 ha gieo trồng, ta cần vào khoảng 1.260 kg hạt giống. Theo số liệu giá nhập, các công ty nhập khẩu phải chi 16 triệu đồng/kg. Như vậy, hàng năm nước ta phải bỏ ra 20,1 tỷ đồng để nhập khẩu hạt giống cà chua các loại. Vào những thời gian cao điểm, lượng hạt giống trong nước khan hiếm do cung cao hơn cầu, dẫn đến giá hạt giống có lúc tăng lên tới 18-20 triệu đồng/kg.

Việc nghiên cứu lai tạo ra các giống mới F1 cho năng suất cao, thích hợp với điều kiện canh tác trong nước và tự sản xuất hạt lai là điều rất cần thiết cho sản xuất [14]. 1 Đa dạng di truyền là sự thể hiện phong phú kiểu hình và kiểu gen của cây trồng. Các gen đa hình là nguyên nhân dẫn đến sự tồn tại các kiểu gen dị hợp trong quần thể. Đa dạng di truyền còn là cơ sở để tạo nên ưu thế lai.

Trong một chừng mực nhất định, nếu tính đa dạng di truyền của các bố mẹ càng lớn thì ưu thế lai càng cao. Việc đánh giá đa dạng di truyền có thể dựa vào các đặc điểm hình thái, nông học và cấp độ gen (DNA) của cây trồng. Phương pháp đánh giá dựa vào các đặc điểm hình thái và nông học được tiến hành đơn giản nhưng có thể mắc sai lầm do sự biểu hiện kiểu hình là tương tác giữa kiểu gen và môi trường hay do tính chủ quan của người tiến hành đánh giá. Ngày nay, phương pháp đánh giá dựa vào phân tích dấu chuẩn phân tử (DNA) được nhiều nhà khoa học quan tâm do dấu chuẩn này không bị chi phối bởi các yếu tố môi trường và có thể tiến hành nhanh và chính xác.

Nghiên cứu đa dạng di truyền có ý nghĩa rất lớn trong chọn giống [8]. Việc sử dụng dấu chuẩn phân tích đa dạng di truyền trong chọn giống cây trồng là yêu cầu cấp thiết, rút ngắn thời gian chọn lọc, hiệu quả cải tiến giống cây trồng sẽ gia tăng rất nhiều lần so với chọn giống cổ điển [1]. Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài " Ứng dụng dấu chuẩn phân tử trong chọn giống cà chua cho năng suất cao" được thực hiện nhằm đánh giá tiềm năng, tính đa dạng về quỹ gen của các giống cà chua nhập nội đang được trồng phổ biến ở Lâm Đồng. Đồng thời, đề tài này còn góp phần tạo nền tảng khoa học cho công tác lai chọn tạo giống để cải thiện phẩm chất của các giống cà chua.

Mục tiêu của đề tài: Chọn tạo được giống cà chua lai F1 trồng ngoài đồng và trong nhà lưới có năng suất chất lượng tương đương giống nhập nội đang trồng phổ biến và thích hợp cho các vùng trồng cà chua chính ở các tỉnh phía Nam. Trong phạm vi thời gian và các điều kiện khác cho phép, đề tài được giới hạn trong các nội dung sau đây:  Đánh giá tiềm năng năng suất và phẩm chất quả của các giống cà chua nhập nội hiện đang được trồng tại trung tâm nghiên cứu Khoai tây, Rau & Hoa - Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam. 2  Ứng dụng phần mềm NTSYSpc version 2.1 phân tích nhóm di truyền theo kiểu gen nhằm đánh giá đa dạng di truyền các giống cà chua.  Xác định khả năng kết hợp trên một số tính trạng về năng suất của các giống cà chua trong hệ thống lai đỉnh.1 Tổng quan về cây cà chua 1.1 Nguồn gốc Giống cà chua trồng hiện nay (Lycopersicon esculentum Mill.) có nguồn gốc từ Nam Mỹ.

Những loài cà chua hoang dại gần gũi với loài cà chua trồng trọt ngày nay được mang từ nơi xuất xứ đến Trung Mỹ, rồi đến Mehico. Người Tây Ban Nha đem cà chua về châu Âu rồi sau đó đem đến vùng Địa Trung Hải. Cà chua có nhiều tên gọi khác nhau và được giới thiệu đi khắp thế giới. Đầu tiên, năm 1554 nhà nghiên cứu về thực vật Pier Andrea Mattioli giới thiệu những giống cà chua của Mehico có màu vàng và đỏ nhạt.

Năm 1650 ở Bắc Âu thời gian đầu cà chua chỉ được dùng để trang trí và thỏa tính tò mò. Thomas Jefferson (1710) đã trồng cà chua trong vườn nhưng không thu được những kết quả mong muốn trong việc cải tiến giống cà chua. Năm 1750 cà chua được dùng làm thực phẩm ở nước Anh, nhưng thời bấy giờ cà chua chưa được chấp nhận là thực phẩm. Đâu đó vẫn quan niệm cho rằng trong quả cà chua có chất độc bởi vì cà chua là thành viên trong họ cà, có họ hàng với cây cà độc dược.

Cuối thế kỉ 18, cà chua mới được dùng làm thực phẩm ở Nga và Italia. Đến thế kỉ 19 (1830) quả cà chua đã trở thành loại thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn thường ngày. Năm 1860, những giống cà chua mới đã được giới thiệu ở Mỹ, cũng trong thời kỳ này cà chua trở thành cây trồng chính của nước Pháp. Quá trình cải tiến giống được các nhà chọn tạo giống cà chua thực hiện liên tục cho đến ngày nay.

Nhờ vậy, giống cà chua trở nên phong phú, đa dạng đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng ở mọi nơi trên thế giới [4].2 Đặc điểm thực vật học Hệ rễ Hệ rễ cây cà chua thuộc loại rễ chùm, có khả năng ăn sâu trong đất. Rễ phụ cấp 2 phân bố dày đặc trong đất ở thời kỳ cây sinh trưởng mạnh. Khi gieo thẳng rễ cà chua có thể ăn sâu tới 1,5m, nhưng ở độ sâu dưới 1m rễ ít, khả năng hút nước và 4 chất dinh dưỡng ở tầng đất 0,5 m yếu. Khả năng tái sinh của hệ rễ cà chua mạnh, khi rễ chính bị đứt, rễ phụ phát triển mạnh.

Dựa vào đặc tính này nhà vườn có thể nhổ cây giống ở thời kì 2-3 lá thật trồng "tạm" ra nơi có diện tích dinh dưỡng rộng hơn ở vườn ươm để kích thích hệ rễ phát triển. Cây cà chua còn có khả năng ra rễ bất định, loại rễ này tập trung nhiều nhất ở đoạn thân dưới 2 lá mầm. Dựa vào đặc điểm này trong kỹ thuật trồng trọt nhà vườn có thể nhân giống theo phương pháp vô tính. Dùng những đoạn thân có tuổi sinh trưởng trung bình cắt từng đoạn ngắn từ 15-18cm trồng vào hàng, khi trồng cần đặt xiên, vùi sâu vào đất từ 5-7cm để rễ có điều kiện sinh trưởng tốt.

Trong quá trình sinh trưởng hệ rễ chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện môi trường như nhiệt độ đất và ẩm độ đất v. Ở nhiệt độ đất từ 18-200C rễ phụ phát triển mạnh, khi nhiệt độ xuống thấp 14-160C sự phát triển của rễ chậm lại 15-20 ngày. Nhiệt độ cao trên 350C rễ cà chua phát triển bị trở ngại và có thể chết. Rễ cà chua tương đối chịu hạn, nhưng hệ rễ sinh trưởng tốt ở đất có sức giữ ẩm đồng ruộng trong khoảng 70-80% [4].

Thân Đặc tính của cây cà chua là bò lan ra xung quanh hoặc mọc thành bụi. Thân cây cà chua thay đổi trong quá trình sinh trưởng phụ thuộc vào giống, điều kiện ngoại cảnh (nhiệt độ) và chất dinh dưỡng v. Ở thời kì cây con, thân tròn, có màu tím nhạt, có lông tơ phủ dày, thân giòn, dễ gãy, dễ bị tổn thương v. Khi trưởng thành cây có màu xanh nhạt hơi tối, thường có tiết diện đa giác, cây cứng, phần gốc hóa gỗ.

Đặc điểm của thân cà chua phát triển theo kiểu lưỡng phân, các chùm hoa sinh ra trên thân chính và các cành. Vì vậy thân chính có vị trí quan trọng đối với sản lượng cây, các chồi phát triển mạnh ở nách lá, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ thích hợp và ẩm độ không khí cao [4]. Lá Lá cà chua là đặc trưng hình thái để phân biệt giống này với giống khác. Lá cà chua thuộc lá kép lông chim lẻ, mỗi lá hoàn chỉnh gồm có 3-4 đôi lá chét.

Tùy theo 5 giống, ngọn lá có một phiến lá riêng biệt gọi là lá đỉnh. Ở giữa các đôi lá chét còn có lá giữa, trên gốc lá chét có những phiến lá nhỏ gọi là lá bên. Bộ lá có ý nghĩa quan trọng đối với năng suất, số lá trên cây ít, khi lá bị bệnh hại sẽ ảnh hưởng đến năng suất quả. Số lá là đặc tính di truyền của giống, nhưng quá trình hình thành cũng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ.

Để hình thành 10 lá đầu sau khi trồng cần nhiệt độ trung bình trên 130C, khi hình thành 20 lá cần nhiệt độ trung bình ngày đêm là 240C, nếu nhiệt độ thấp hơn 130C thời gian xuất hiện lá mới sẽ chậm lại [4]. Hoa Hoa cà chua thuộc loại hoa hoàn chỉnh (gồm lá đài, cánh hoa, nhị và nhụy). Do đặc điểm cấu tạo của hoa nên cà chua tự thụ phấn là chủ yếu. Các bao phấn bao quanh nhụy, thông thường vị trí của nhụy thấp hơn nhị.

Hoa cà chua nhỏ, màu sắc không sặc sỡ, không có mùi thơm nên không hấp dẫn côn trùng.