Luận án tiến sĩ sinh học nghiên cứu xác định chỉ thị phân tử ssrs liên kết với locus kiểm soát chất lượng xơ ở cây bông

Luận án tiến sĩ sinh học nghiên cứu xác định chỉ thị phân tử SSRs liên kết với locus kiểm soát chất lượng xơ ở cây bông, ứng dụng trong cải tiến giống.

• Tác giả: Nguyễn Thị Minh Nguyệt
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Đình Đạt
• 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 sinh học
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Chỉ thị phân tử và ứng dụng trong nghiên cứu cây bông

Chỉ thị phân tử là công cụ quan trọng trong nghiên cứu di truyền, đặc biệt là SSRs (Simple Sequence Repeats). Trong luận án, SSRs được sử dụng để xác định các locus liên kết với chất lượng xơ ở cây bông. Các chỉ thị phân tử này giúp phân tích đa dạng di truyền và xây dựng bản đồ liên kết di truyền, hỗ trợ chọn tạo giống bông có chất lượng xơ tốt. Nghiên cứu này đã xác định được 14 QTL liên quan đến các tính trạng chất lượng xơ, bao gồm độ đều xơ, độ bền xơ, chiều dài xơ, tỷ lệ xơ, độ giãn xơ và chỉ số xơ ngắn.

1.1. Vai trò của SSRs trong nghiên cứu di truyền cây bông

SSRs là các trình tự lặp lại đơn giản, có tính đa hình cao, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu di truyền cây bông. Trong luận án, SSRs được sử dụng để phân tích đa dạng di truyền của các nguồn gen bông tại Việt Nam. Kết quả cho thấy sự đa dạng di truyền cao giữa các giống bông, tạo cơ sở cho việc chọn tạo giống bông có chất lượng xơ tốt. Các chỉ thị phân tử này cũng được sử dụng để xây dựng bản đồ liên kết di truyền, xác định các QTL liên quan đến chất lượng xơ.

1.2. Ứng dụng của chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống bông

Chỉ thị phân tử đóng vai trò quan trọng trong chọn tạo giống bông, đặc biệt là trong việc cải thiện chất lượng xơ. Luận án đã xác định được các chỉ thị SSR liên kết với các QTL kiểm soát chất lượng xơ, từ đó định hướng chọn tạo các dòng bông có chất lượng xơ tốt và năng suất cao. Các kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn, góp phần phát triển ngành bông tại Việt Nam.

II. Chất lượng xơ và các yếu tố ảnh hưởng

Chất lượng xơ là yếu tố quan trọng quyết định giá trị kinh tế của cây bông. Các tính trạng chính của chất lượng xơ bao gồm độ đều xơ, độ bền xơ, chiều dài xơ, tỷ lệ xơ, độ giãn xơ và chỉ số xơ ngắn. Luận án đã nghiên cứu các yếu tố di truyền ảnh hưởng đến chất lượng xơ, sử dụng chỉ thị phân tử để xác định các QTL liên quan. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự tương quan di truyền nghịch giữa chất lượng xơ và năng suất, đặt ra thách thức trong việc cải thiện đồng thời cả hai yếu tố này.

2.1. Các tính trạng chất lượng xơ chính

Các tính trạng chính của chất lượng xơ bao gồm độ đều xơ, độ bền xơ, chiều dài xơ, tỷ lệ xơ, độ giãn xơ và chỉ số xơ ngắn. Luận án đã sử dụng chỉ thị phân tử để xác định các QTL liên quan đến các tính trạng này. Kết quả cho thấy sự đa dạng di truyền cao giữa các giống bông, tạo cơ sở cho việc chọn tạo giống bông có chất lượng xơ tốt.

2.2. Tương quan di truyền giữa chất lượng xơ và năng suất

Luận án đã chỉ ra sự tương quan di truyền nghịch giữa chất lượng xơ và năng suất, đặt ra thách thức trong việc cải thiện đồng thời cả hai yếu tố này. Các chỉ thị phân tử được sử dụng để xác định các QTL liên quan đến chất lượng xơ, từ đó định hướng chọn tạo các dòng bông có chất lượng xơ tốt và năng suất cao.

III. Nghiên cứu di truyền và ứng dụng trong chọn tạo giống bông

Luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu di truyền hiện đại, bao gồm phân tích chỉ thị phân tử và xây dựng bản đồ liên kết di truyền, để xác định các QTL liên quan đến chất lượng xơ ở cây bông. Kết quả nghiên cứu đã xác định được 14 QTL liên quan đến các tính trạng chất lượng xơ, bao gồm độ đều xơ, độ bền xơ, chiều dài xơ, tỷ lệ xơ, độ giãn xơ và chỉ số xơ ngắn. Các QTL và chỉ thị SSR liên kết với các QTL có thể sử dụng cho công tác chọn giống bông chất lượng xơ tốt nhờ trợ giúp của chỉ thị phân tử.

3.1. Phương pháp nghiên cứu di truyền

Luận án đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu di truyền hiện đại, bao gồm phân tích chỉ thị phân tử và xây dựng bản đồ liên kết di truyền, để xác định các QTL liên quan đến chất lượng xơ ở cây bông. Các phương pháp này đã giúp xác định được sự đa dạng di truyền cao giữa các giống bông, tạo cơ sở cho việc chọn tạo giống bông có chất lượng xơ tốt.

3.2. Ứng dụng trong chọn tạo giống bông

Các kết quả nghiên cứu của luận án đã đóng góp nguồn vật liệu cho việc phát triển các dòng/ giống bông thuần và bông lai phục vụ ngành bông trong nước. Các chỉ thị phân tử được sử dụng để xác định các QTL liên quan đến chất lượng xơ, từ đó định hướng chọn tạo các dòng bông có chất lượng xơ tốt và năng suất cao.

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.

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. 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.