Nghiên Cứu Chỉ Thị Phân Tử SSRs Liên Kết Với Chất Lượng Xơ Cây Bông

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

1. CHƯƠNG 1: PHÂN LOẠI HỌC VÀ QUÁ TRÌNH TIẾN HÓA CỦA CHI BÔNG GOSSYPIUM

1.1. Phân loại học cây bông

1.2. Quá trình tiến hóa chất xơ và những đặc tính chất lượng xơ chính của cây bông

2. CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ NGUỒN TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN VÀ PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI TRUYỀN TRONG CHI BÔNG

2.1. Sự đa dạng các chỉ tiêu hình thái và nông học của cây bông

2.2. Đa dạng di truyền phân tử trong nguồn gen bông trồng trọt

2.3. Nguồn gen bông lưỡng bội

2.4. Nguồn gen bông tứ bội

3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHỈ THỊ PHÂN TỬ VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TRÊN CÂY BÔNG

3.1. Một số kỹ thuật chỉ thị phân tử chính trên cây bông

3.2. Sự phát triển của chỉ thị SSR và các cơ sở dữ liệu về chỉ thị phân tử của cây bông

4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU LẬP BẢN ĐỒ LIÊN KẾT DI TRUYỀN VÀ BẢN ĐỒ CÁC LOCUS QUY ĐỊNH CHẤT LƯỢNG XƠ Ở CÂY BÔNG

4.1. 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 lượng xơ ở cây bông trên thế giới

5. CHƯƠNG 5: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ CHỌN TẠO GIỐNG BÔNG TẠI VIỆT NAM

6. CHƯƠNG 6: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

6.1. Vật liệu nghiên cứu

6.1.1. Các giống bông nghiên cứu

6.1.2. Chỉ thị phân tử SSR

6.1.3. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm

6.2. Nội dung nghiên cứu

6.3. Phương pháp nghiên cứu

6.3.1. Các phương pháp theo dõi, đánh giá các thí nghiệm đồng ruộng. Phương pháp lựa chọn vật liệu

6.3.2. Phương pháp gieo trồng, chăm sóc, đánh giá nguồn vật liệu

6.3.3. Phương pháp phân tích di truyền bằng chỉ thị SSR

6.3.4. Phương pháp lập bản đồ liên kết di truyền cây bông

6.3.5. Phương pháp xác định chỉ thị phân tử SSR liên kết với locus kiểm soát chất lượng xơ ở cây bông

6.3.6. Các phương pháp xử lý số liệu

6.3.7. Phương pháp xử lý thống kê

6.3.8. Phương pháp phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị hình thái và chỉ thị phân tử

6.3.9. Phương pháp lập bản đồ liên kết di truyền và bản đồ QTL chất lượng xơ

6.3.10. Phương pháp vẽ bản đồ liên kết di truyền

7. CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

7.1. Đánh giá nguồn gen bông làm vật liệu phục vụ nghiên cứu

7.1.1. Xác định đa dạng các nguồn gen bông bằng các chỉ tiêu hình thái

7.1.2. Xác định đa dạng di truyền của các nguồn gen bông bằng chỉ thị SSR. Nhận định về tiềm năng đa dạng di truyền của các nguồn gen bông trong nghiên cứu

7.2. Lựa chọn bố mẹ và lai tạo, đánh giá, chọn lọc tổ hợp lai F1 thích hợp cho nghiên cứu

7.2.1. Chọn lọc nguồn vật liệu bố mẹ cho lai tạo

7.2.2. Đánh giá khả năng kết hợp và ưu thế lai của các con lai khác loài giữa bông Luồi G. hirsutum và bông Hải đảo G.

7.2.3. Đánh giá khả năng kết hợp chung và riêng của các giống bông bố mẹ Luồi G. hirsutum và bông Hải đảo G.

7.2.4. 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

7.3. Xây dựng bản đồ liên kết di truyền trên hệ gen cây bông tứ bội bằng chỉ thị phân tử

7.3.1. Các đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và chất lượng xơ chính của cặp giống bố mẹ

7.3.2. Xác định các cặp mồi SSR cho đa hình giữa hai giống bông bố mẹ L591 và HD138

7.3.3. Lai tạo quần thể con lai F2 (L591 x HD138) và gieo trồng, theo dõi trên đồng ruộng

7.3.4. Phân tích phân ly di truyền của quần thể con lai F2 với chỉ thị SSR

7.3.5. Xây dựng bản đồ liên kết di truyền ở cây bông tứ bội sử dụng chỉ thị phân tử SSR

7.3.6. So sánh bản đồ liên kết di truyền hệ gen cây bông tứ bội G. barbadense sử dụng chỉ thị phân tử SSR

7.4. Xác định các QTL chất lượng xơ và các chỉ thị SSR liên kết gần với các QTL

7.4.1. Theo dõi, đánh giá một số chỉ tiêu cấu thành năng suất và chất lượng xơ bông của quần thể con lai F2 (L591 x HD138)

7.4.2. Xây dựng bản đồ QTL chất lượng xơ của quần thể con lai F2 (L591 x HD138)

7.4.3. Xác định các chỉ thị phân tử SSR liên kết gần với các QTL chất lượng xơ

7.4.4. Đánh giá tiềm năng ứng dụng các QTL kiểm soát chất lượng xơ và các chỉ thị SSR liên kết QTL trong chọn tạo giống

7.4.5. Chọn lọc những nguồn gen triển vọng phục vụ công tác chọn tạo giống bông năng suất cao, chất lượng xơ tốt tại Việt Nam

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chỉ Thị Phân Tử SSR ở Cây Bông

Cây bông (Gossypium spp.) là cây lấy sợi quan trọng, được trồng rộng rãi trên toàn cầu. Sợi bông, với đặc tính thoáng khí, thấm hút tốt và không gây kích ứng, là nguyên liệu thiết yếu cho ngành dệt may. Năng suất và chất lượng xơ là mục tiêu hàng đầu trong chọn giống bông. Tuy nhiên, cơ sở di truyền hẹp và tương quan nghịch giữa năng suất và chất lượng xơ là những thách thức lớn. Nghiên cứu sử dụng chỉ thị phân tử SSR để xác định các QTL kiểm soát chất lượng xơ là hướng đi tiềm năng. Theo [23][110], diện tích trồng bông toàn cầu đạt 30-35 triệu ha, tạo ra 120 triệu kiện bông xơ, đóng góp 500 tỷ USD vào kinh tế thế giới.

1.1. Tầm quan trọng của chất lượng xơ cây bông

Chất lượng xơ là yếu tố then chốt quyết định giá trị kinh tế của cây bông. Các chỉ tiêu như độ dài xơ, độ bền xơ, độ mảnh xơ và độ đồng đều xơ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chế biến và chất lượng sản phẩm dệt may. Việc cải thiện chất lượng xơ giúp tăng tính cạnh tranh của ngành bông Việt Nam.

1.2. Giới thiệu về chỉ thị phân tử SSR trong nghiên cứu di truyền

Chỉ thị phân tử SSR (Simple Sequence Repeats) là đoạn DNA ngắn lặp lại, phân bố rộng rãi trong hệ gen. Tính đa hình cao của SSR khiến chúng trở thành công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu di truyền, lập bản đồ di truyền và chọn giống phân tử. Ứng dụng SSR giúp xác định các gen liên quan đến chất lượng xơ.

II. Thách Thức và Cơ Hội Cải Thiện Chất Lượng Xơ Bông

Mặc dù ngành dệt may Việt Nam phát triển mạnh, nguồn cung bông xơ nội địa chỉ đáp ứng dưới 2% nhu cầu. Các giống bông hiện tại có năng suất và chất lượng xơ thấp, khiến nông dân chuyển sang cây trồng khác. Nhà nước khuyến khích ứng dụng công nghệ sinh học trong cải tiến giống cây trồng. Nghiên cứu chỉ thị phân tử SSR mở ra cơ hội cải thiện chất lượng xơ bông, giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu. Cần có những nghiên cứu chuyên sâu hơn về nghiên cứu di truyền cây bông để có thể ứng dụng rộng rãi các thành tựu khoa học tiên tiến trong cải tiến năng suất, chất lượng cây bông.

2.1. Thực trạng sản xuất bông tại Việt Nam và nhu cầu cải thiện

Diện tích trồng bông ở Việt Nam giảm do năng suất và chất lượng xơ chưa cao. Điều này dẫn đến sự phụ thuộc vào nhập khẩu bông xơ. Cần có giải pháp cải thiện giống bông để tăng năng suất và chất lượng xơ, đáp ứng nhu cầu của ngành dệt may trong nước.

2.2. Tiềm năng ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống bông

Công nghệ sinh học, đặc biệt là chọn giống phân tử dựa trên chỉ thị phân tử, có tiềm năng lớn trong cải thiện giống bông. Ứng dụng SSR trong chọn giống bông giúp rút ngắn thời gian chọn tạo, tăng độ chính xác và hiệu quả. Các chính sách hỗ trợ từ nhà nước tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu và ứng dụng.

2.3. Mối tương quan nghịch giữa năng suất và chất lượng xơ

Một thách thức lớn trong chọn giống bông là mối tương quan nghịch giữa năng suất và chất lượng xơ. Các giống bông năng suất cao thường có chất lượng xơ thấp và ngược lại. Cần có giải pháp di truyền để phá vỡ mối tương quan này, tạo ra giống bông vừa năng suất cao vừa chất lượng xơ tốt.

III. Phương Pháp Xác Định QTL Chất Lượng Xơ Bằng SSR

Nghiên cứu sử dụng chỉ thị phân tử SSR để xác định các QTL (Quantitative Trait Locus) kiểm soát chất lượng xơ. Quá trình bao gồm đánh giá đa dạng di truyền, xây dựng bản đồ liên kết di truyền, phân tích liên kết và xác định các marker SSR liên kết gần với QTL. Kết quả giúp chọn giống phân tử hiệu quả hơn. Luận án đã xác định được 14 QTL liên quan đến các chỉ tiêu độ đều xơ, độ bền xơ, chiều dài xơ, tỷ lệ xơ, độ giãn xơ và chỉ số xơ ngắn.

3.1. Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR

Đa dạng di truyền là nền tảng cho chọn giống. Chỉ thị phân tử SSR được sử dụng để đánh giá đa dạng di truyền của các giống bông khác nhau. Kết quả giúp chọn lọc các giống bố mẹ phù hợp cho lai tạo, tạo ra quần thể lai có tính biến dị cao.

3.2. Xây dựng bản đồ liên kết di truyền bằng marker SSR

Bản đồ liên kết di truyền là công cụ quan trọng để xác định vị trí của các gen trên nhiễm sắc thể. Marker SSR được sử dụng để xây dựng bản đồ liên kết di truyền cho cây bông. Bản đồ này giúp xác định các vùng gen liên quan đến chất lượng xơ.

3.3. Phân tích QTL và xác định marker SSR liên kết

Phân tích QTL được sử dụng để xác định các vùng gen (QTL) kiểm soát chất lượng xơ. Các marker SSR liên kết gần với QTL được xác định. Các marker này có thể được sử dụng trong chọn giống phân tử để chọn lọc các cá thể có chất lượng xơ tốt.

IV. Ứng Dụng SSR trong Chọn Giống Bông Năng Suất Chất Lượng

Các QTL và marker SSR liên kết được sử dụng trong chọn giống phân tử để cải thiện chất lượng xơ. Chọn giống phân tử giúp rút ngắn thời gian chọn tạo, tăng độ chính xác và hiệu quả. Kết quả nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển các dòng/giống bông thuần và bông lai phục vụ ngành bông trong nước. Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam xác định được vị trí các QTL chất lượng xơ và các chỉ thị SSR liên kết nhằm ứng dụng trong chọn tạo giống bông chất lượng xơ tốt nhờ sự trợ giúp của chỉ thị phân tử.

4.1. Chọn giống phân tử dựa trên marker SSR

Chọn giống phân tử sử dụng marker SSR để chọn lọc các cá thể có kiểu gen mong muốn. Điều này giúp tăng hiệu quả chọn lọc, đặc biệt đối với các tính trạng khó đánh giá bằng phương pháp truyền thống như chất lượng xơ.

4.2. Cải thiện độ dài xơ độ bền xơ và các chỉ tiêu khác

Marker SSR được sử dụng để chọn lọc các cá thể có độ dài xơ, độ bền xơ và các chỉ tiêu chất lượng xơ khác tốt. Điều này giúp cải thiện chất lượng xơ của giống bông, đáp ứng yêu cầu của ngành dệt may.

4.3. Phát triển giống bông năng suất cao chất lượng xơ tốt

Kết hợp chọn giống phân tử với phương pháp chọn giống truyền thống giúp phát triển giống bông vừa năng suất cao vừa chất lượng xơ tốt. Điều này giúp tăng tính cạnh tranh của ngành bông Việt Nam.

V. Kết Quả Nghiên Cứu và Thảo Luận về Chỉ Thị SSR

Luận án đã xây dựng được bản đồ liên kết di truyền các locus SSR của cây bông tứ bội gồm 26 nhóm liên kết của cây bông tứ bội hệ gen AD. Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam xác định được vị trí các QTL chất lượng xơ và các chỉ thị SSR liên kết nhằm ứng dụng trong chọn tạo giống bông chất lượng xơ tốt nhờ sự trợ giúp của chỉ thị phân tử. Các thí nghiệm của luận án được tiến hành từ năm 2010 đến năm 2014 tại phòng thí nghiệm, hệ thống nhà lưới, nhà kính, ruộng thí nghiệm của Viện Di truyền Nông nghiệp, Hà Nội và Viện Nghiên cứu Bông và PTNN Nha Hố, Ninh Thuận.

5.1. Đánh giá tiềm năng ứng dụng các QTL kiểm soát chất lượng xơ

Các QTL kiểm soát chất lượng xơ được xác định có tiềm năng lớn trong ứng dụng vào công tác chọn tạo giống bông. Việc sử dụng các chỉ thị phân tử SSR liên kết với các QTL này giúp tăng hiệu quả và độ chính xác của quá trình chọn giống.

5.2. Chọn lọc nguồn gen triển vọng phục vụ công tác chọn tạo giống

Nghiên cứu đã chọn lọc được những nguồn gen triển vọng có tiềm năng sử dụng trong công tác chọn tạo giống bông năng suất cao, chất lượng xơ tốt tại Việt Nam. Các nguồn gen này sẽ là cơ sở để phát triển các giống bông mới đáp ứng nhu cầu của thị trường.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu SSR Cây Bông

Nghiên cứu đã xác định được các QTL liên quan đến chất lượng xơ và các marker SSR liên kết. Các kết quả này có thể sử dụng cho chọn giống phân tử. Cần có thêm nghiên cứu để xác định các gen kiểm soát chất lượng xơ và phát triển các marker hiệu quả hơn. Với điều kiện thời gian có giới hạn dành cho nghiên cứu sinh, bản đồ liên kết di truyền và bản đồ QTL qui định các tính trạng chất lượng xơ bông được xây dựng trên quần thể F2 và các chỉ thị SSR liên kết chặt với các QTL chất lượng xơ được sử dụng khảo sát thế hệ BC4F2 nhằm phát hiện những cá thể mang QTL chất lượng xơ tương ứng phục vụ chọn giống bông chất lượng xơ tốt trên nền giống năng suất cao.

6.1. Tóm tắt kết quả chính và ý nghĩa của nghiên cứu

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc xác định các QTL và marker SSR liên quan đến chất lượng xơ. Các kết quả này có ý nghĩa lớn trong việc cải thiện giống bông tại Việt Nam.

6.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo về chỉ thị phân tử

Cần có thêm nghiên cứu để xác định các gen kiểm soát chất lượng xơ và phát triển các marker hiệu quả hơn. Nghiên cứu cũng cần tập trung vào việc ứng dụng chọn giống phân tử để tạo ra các giống bông có năng suất và chất lượng xơ vượt trội.

Nghiên Cứu Xác Định Chỉ Thị Phân Tử SSRs Liên Kết Với Locus Kiểm Soát Chất Lượng Xơ Ở Cây Bông