Luận án tiến sĩ nông nghiệp: Xác định gen alen đặc thù liên quan đến sự phát triển rễ lúa Việt Nam

Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu các gen alen đặc thù ảnh hưởng đến sự phát triển bộ rễ ở giống lúa Việt Nam, hỗ trợ cải thiện năng suất cây trồng.

• Tác giả: Phùng Thị Phương Nhung
• Người hướng dẫn: GS. Đỗ Năng Vịnh
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
• Đề tài: Xác định các gen-alen đặc thù liên quan đến sự phát triển bộ rễ của các giống lúa Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• Lời cam đoan
• Danh mục chữ viết tắt
• Danh mục bảng
• Danh mục hình
• Trích yếu luận án
• Thesis abstract
• Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• Phạm vi nghiên cứu
• Những đóng góp mới của đề tài
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Vai trò và đặc điểm bộ rễ lúa
• 1.1.1. Vai trò của bộ rễ cây lúa
• 1.1.2. Đặc điểm cấu trúc của bộ rễ lúa
• 1.1.3. Đặc điểm phát triển của bộ rễ lúa
• 1.2. QTLs và Gen liên quan đến sự phát triển bộ rễ lúa
• 1.2.1. Các QTLs liên quan đến sự phát triển bộ rễ lúa
• 1.2.2. Các gen liên quan đến sự hình thành và phát triển bộ rễ lúa
• 1.3. Nguyên lý và ứng dụng của GBS
• 1.3.1. Phương pháp giải trình tự NGS – nền tảng của GBS
• 1.3.2. Nguyên lý của phương pháp GBS
• 1.3.3. Các ứng dụng của GBS trong chọn giống cây trồng
• 1.4. Nguyên lý và ứng dụng của GWAS
• 1.4.1. GWAS là một công cụ mới hữu hiệu
• 1.4.2. Các bước xây dựng một nghiên cứu GWAS
• 1.4.3. Ý nghĩa và tiềm năng của GWAS trong chọn tạo giống lúa
• 1.5. Nguồn gen lúa và tình hình nghiên cứu rễ lúa Việt Nam
• 1.5.1. Nguồn gen lúa Việt Nam
• 1.5.2. Tình hình nghiên cứu đặc điểm bộ rễ lúa Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thời gian nghiên cứu
• 2.2. Vật liệu nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Chiết tách ADN tổng số
• 2.4.2. Phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị DArT
• 2.4.3. Phân tích kiểu gen thông qua giải trình tự (GBS)
• 2.4.4. Phân tích cấu trúc di truyền của tập đoàn mẫu giống nghiên cứu
• 2.4.5. Xác định mức độ phân rã của LD (Linkage Disequilibrium)
• 2.4.6. Đánh giá đặc điểm nông sinh học
• 2.4.7. Phương pháp đánh giá kiểu hình bộ rễ
• 2.4.8. Lập bản đồ liên kết (GWAS)
• 2.4.9. Phương pháp xác định các gen ứng viên
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đặc điểm của bộ sưu tập giống lúa
• 3.1.1. Đặc điểm thu được qua thông tin hồ sơ mẫu giống
• 3.1.2. Đặc điểm nông sinh học cơ bản
• 3.2. Kết quả phân tích đa dạng di truyền với chỉ thị DArT
• 3.2.1. Kết quả phân tích đa hình và cấu trúc di truyền
• 3.2.2. Xây dựng cây phân loại cho các giống lúa nghiên cứu
• 3.3. Kết quả phân tích kiểu gen thông qua giải trình tự (GBS – Genotyping by sequencing)
• 3.3.1. Kết quả phân tích đa hình và cấu trúc di truyền với SNPs marker
• 3.3.2. Đặc điểm của các mẫu giống lúa trong các phân nhóm khác nhau
• 3.3.3. Kết quả phân tích Linkage Disequilibrium (LD)
• 3.4. Kết quả đánh giá kiểu hình các tính trạng liên quan đến sự phát triển bộ rễ các mẫu giống nghiên cứu
• 3.4.1. Kết quả phân tích phương sai và các thống kê cơ bản
• 3.4.2. Kết quả phân tích thành phần chính
• 3.5. Kết quả phân tích liên kết toàn hệ Gen (GWAS)
• 3.5.1. Các QTLs liên kết với tính trạng liên quan đến sự phát triển bộ rễ
• 3.5.2. Các gen ứng viên liên quan đến đặc điểm phát triển bộ rễ
• 3.5.3. Điểm đặc biệt của vùng QTLs liên kết với NCR trên NST số 11
• Kết luận và kiến nghị
• Danh sách các công trình liên quan đến luận án
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Nghiên cứu gen và gen alen đặc thù

Luận án tập trung vào việc nghiên cứu gen và gen alen đặc thù liên quan đến sự phát triển bộ rễ lúa Việt Nam. Phương pháp Genotyping by Sequencing (GBS) được sử dụng để xác định các gen alen đặc thù, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế di truyền điều khiển sự phát triển rễ. Kết quả cho thấy sự đa dạng di truyền cao trong các giống lúa Việt Nam, với 25,971 SNP markers được xác định. Điều này tạo cơ sở cho việc phát triển các giống lúa có bộ rễ khỏe mạnh, chống chịu tốt với điều kiện môi trường khắc nghiệt.

1.1. Phương pháp nghiên cứu gen

Phương pháp GBS được áp dụng để phân tích kiểu gen của 270 mẫu giống lúa. Quá trình này bao gồm chiết tách ADN, giải trình tự và xây dựng bộ dữ liệu haplotype. Kết quả cho thấy sự đa dạng di truyền cao, với 25,971 SNP markers được xác định. Phương pháp này giúp xác định các gen alen đặc thù liên quan đến sự phát triển rễ, tạo cơ sở cho việc cải tiến giống lúa.

1.2. Kết quả nghiên cứu gen alen

Kết quả nghiên cứu đã xác định được 88 QTLs liên quan đến 18 tính trạng phát triển rễ. Trong đó, 28 QTLs liên kết với nhiều hơn một tính trạng, và 33 QTLs nằm trong vùng trình tự của gen chức năng. Đặc biệt, vùng QTLs liên kết chặt với tính trạng số lượng rễ (NCR) trên NST số 11 và độ dày rễ (THK) trên NST số 2 được xác định là có ý nghĩa quan trọng.

II. Phát triển rễ lúa Việt Nam

Luận án đã đánh giá sự phát triển bộ rễ của các giống lúa Việt Nam thông qua các thí nghiệm kiểu hình. Kết quả cho thấy sự đa dạng về đặc điểm hình thái và cấu trúc rễ, đặc biệt là các tính trạng số lượng rễ, độ dày rễ và khối lượng khô của rễ. Các giống lúa như Blề Blậu Chớ (G205) và Tẻ nương (G153) được xác định là có bộ rễ dài và dày, có tiềm năng trong việc cải tiến giống lúa chống chịu hạn.

2.1. Đánh giá kiểu hình rễ

Các thí nghiệm kiểu hình được thực hiện trong điều kiện nhà kính, với 3 lần lặp lại. Kết quả cho thấy sự đa dạng về đặc điểm hình thái và cấu trúc rễ, đặc biệt là các tính trạng số lượng rễ, độ dày rễ và khối lượng khô của rễ. Các giống lúa như Blề Blậu Chớ (G205) và Tẻ nương (G153) được xác định là có bộ rễ dài và dày, có tiềm năng trong việc cải tiến giống lúa chống chịu hạn.

2.2. Ứng dụng trong cải tiến giống

Kết quả nghiên cứu đã cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc cải tiến giống lúa, đặc biệt là trong việc phát triển các giống lúa có bộ rễ khỏe mạnh, chống chịu tốt với điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các QTLs và gen ứng viên được xác định có thể được sử dụng trong các chương trình chọn tạo giống lúa hiện đại, nhằm nâng cao năng suất và khả năng thích ứng của cây lúa.

III. Luận án tiến sĩ nông nghiệp và ứng dụng thực tiễn

Luận án đã đóng góp quan trọng vào lĩnh vực khoa học nông nghiệp và công nghệ sinh học, đặc biệt là trong việc ứng dụng các phương pháp hiện đại như GWAS và GBS để nghiên cứu di truyền cây trồng. Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành nông nghiệp Việt Nam.

3.1. Ý nghĩa khoa học

Luận án đã khám phá ra các QTLs và gen ứng viên liên quan đến sự phát triển bộ rễ lúa, góp phần làm rõ mạng lưới các gen điều khiển quá trình này. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả của việc kết hợp các kỹ thuật phân tích hiện đại trong nghiên cứu di truyền cây trồng, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực di truyền học và cải tiến giống lúa.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu đã cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc cải tiến giống lúa, đặc biệt là trong việc phát triển các giống lúa có bộ rễ khỏe mạnh, chống chịu tốt với điều kiện môi trường khắc nghiệt. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu, giúp nâng cao năng suất và ổn định sản xuất lúa gạo tại Việt Nam.