Nghiên cứu chức năng của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông lúa năng suất cao ở Việt Nam

Nghiên cứu chức năng của qtl9 trong cấu trúc bông nhằm phát triển giống lúa năng suất cao tại Việt Nam. Tìm hiểu và ứng dụng trong nông nghiệp.

• Tác giả: Phạm Thị Mai
• Người hướng dẫn: TS. Khổng Ngân Giang
• Trường học: Viện Khoa Học Nông Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu chức năng của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông, phục vụ chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của luận án
• 1.2. Mục tiêu của luận án
• 1.2.1. Mục tiêu chung
• 1.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.5. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 1.6. Tính mới và những đóng góp của luận án
• 2. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
• 2.1. Tầm quan trọng của cây lúa

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu QTL9 và cấu trúc bông lúa năng suất cao

Nghiên cứu QTL9 đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện năng suất lúa tại Việt Nam. QTL9 là một lô-cut tính trạng số lượng liên quan đến cấu trúc bông lúa, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất. Việc hiểu rõ về QTL9 sẽ giúp các nhà khoa học và nông dân có những phương pháp chọn tạo giống lúa hiệu quả hơn. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về di truyền lúa mà còn mở ra hướng đi mới cho ngành nông nghiệp Việt Nam.

1.1. QTL9 và vai trò của nó trong năng suất lúa

QTL9 được xác định là một yếu tố di truyền quan trọng ảnh hưởng đến số lượng bông và số hạt trên bông. Nghiên cứu cho thấy QTL9 có thể giúp tăng năng suất lúa thông qua việc cải thiện cấu trúc bông.

1.2. Tầm quan trọng của cấu trúc bông lúa

Cấu trúc bông lúa là yếu tố quyết định năng suất. Việc nghiên cứu cấu trúc bông giúp xác định các gen liên quan và phát triển giống lúa có năng suất cao hơn.

II. Thách thức trong nghiên cứu QTL9 và năng suất lúa

Mặc dù QTL9 có tiềm năng lớn, nhưng việc nghiên cứu và ứng dụng nó trong thực tiễn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như biến đổi khí hậu, bệnh lúa và sự thay đổi trong canh tác cần được xem xét. Đặc biệt, việc phát triển giống lúa mới cần phải đảm bảo tính ổn định và khả năng thích ứng với điều kiện môi trường.

2.1. Biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến năng suất lúa

Biến đổi khí hậu gây ra những thay đổi lớn trong điều kiện canh tác, ảnh hưởng đến năng suất lúa. Nghiên cứu cần tìm ra các giống lúa có khả năng chịu đựng tốt hơn.

2.2. Bệnh lúa và giải pháp phòng ngừa

Bệnh lúa là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất. Việc nghiên cứu các gen kháng bệnh trong QTL9 có thể giúp phát triển giống lúa bền vững hơn.

III. Phương pháp nghiên cứu QTL9 hiệu quả nhất hiện nay

Để nghiên cứu QTL9, các phương pháp hiện đại như GWAS (Nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen) và công nghệ chụp gen được áp dụng. Những phương pháp này giúp xác định các SNPs và phát triển chỉ thị phân tử, từ đó hỗ trợ trong việc chọn lọc giống lúa có năng suất cao.

3.1. Ứng dụng GWAS trong nghiên cứu QTL9

GWAS cho phép xác định các QTL liên quan đến năng suất lúa một cách chính xác. Phương pháp này đã được áp dụng thành công trong nghiên cứu QTL9.

3.2. Công nghệ chụp gen và phát triển chỉ thị phân tử

Công nghệ chụp gen giúp phát hiện các SNPs trong vùng QTL9, từ đó phát triển các chỉ thị phân tử CAPS hỗ trợ trong việc chọn lọc giống lúa.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của QTL9

Kết quả nghiên cứu cho thấy QTL9 có ảnh hưởng tích cực đến cấu trúc bông lúa, từ đó cải thiện năng suất. Các giống lúa được phát triển từ nghiên cứu này đã cho thấy tiềm năng lớn trong sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam.

4.1. Kết quả từ các quần thể lai F1 F2 F3

Các quần thể lai đã được tạo ra từ các giống lúa mang QTL9, cho thấy sự khác biệt rõ rệt về cấu trúc bông và năng suất.

4.2. Ứng dụng trong chọn tạo giống lúa năng suất cao

Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở để phát triển các giống lúa mới có năng suất cao, đáp ứng nhu cầu lương thực trong tương lai.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu QTL9

Nghiên cứu QTL9 không chỉ mở ra hướng đi mới cho ngành nông nghiệp Việt Nam mà còn góp phần vào việc đảm bảo an ninh lương thực. Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng QTL9 sẽ giúp phát triển các giống lúa bền vững hơn trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

5.1. Tương lai của nghiên cứu QTL9

Nghiên cứu QTL9 sẽ tiếp tục được mở rộng để tìm hiểu sâu hơn về các gen liên quan đến năng suất lúa.

5.2. Định hướng phát triển giống lúa mới

Định hướng phát triển giống lúa mới cần tập trung vào việc cải thiện năng suất và khả năng chống chịu với điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Cây lúa (Oryza sativa L.) cung cấp nguồn lương thực thiết yếu cho hơn 50% dân số thế giới. Để bảo đảm an ninh lương thực trước sức ép gia tăng dân số, quá trình đô thị hóa và tác động của biến đổi khí hậu, sản lượng lúa toàn cầu được dự báo cần tăng thêm ít nhất 20% vào năm 2040. Tại Việt Nam, quốc gia xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới, diện tích đất canh tác lúa đang có xu hướng thu hẹp do công nghiệp hóa và chuyển đổi cơ cấu cây trồng. Do đó, việc gia tăng năng suất trên một đơn vị diện tích là định hướng trọng tâm trong công tác chọn tạo giống lúa.

Năng suất lúa là một tính trạng số lượng phức tạp, được cấu thành từ ba yếu tố chính: số bông trên cây (hoặc trên khóm), số hạt trên bông và khối lượng hạt. Trong đó, cấu trúc bông lúa là tính trạng nông học tác động trực tiếp đến số lượng hạt trên bông và tiềm năng năng suất. Cấu trúc bông được quy định bởi nhiều yếu tố hình thái như chiều dài bông, số gié cấp một, số gié cấp hai, số gié cấp ba và tổng số hoa hình thành.

Nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen (GWAS) do nhóm tác giả Khổng Ngân Giang, Tạ Kim Nhung và cộng sự (Viện Di truyền Nông nghiệp) công bố năm 2018 trên tập đoàn 159 giống lúa bản địa Việt Nam đã xác định được 29 QTLs liên quan đến cấu trúc bông. Trong đó, một QTL mới được định danh là QTL9, nằm trên nhiễm sắc thể số 2, có độ dài 780 kb, bao gồm 137 gen và liên kết đồng thời với hai tính trạng cấu trúc bông quan trọng là số gié cấp hai/bông (SBN) và số hạt/bông (SpN).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra là: kết quả phát hiện QTL từ phân tích GWAS thuần túy dựa trên các mô hình thống kê xác suất; toàn bộ 137 gen nằm trong vùng 780 kb của QTL9 tại thời điểm đó đều chưa được nghiên cứu hoặc kiểm chứng chức năng sinh học thực tế. Để đưa QTL9 vào các chương trình chọn tạo giống thực tế nhờ chỉ thị phân tử (MAS), chức năng di truyền của QTL này cần được chứng minh thông qua việc tạo lập quần thể lai phân ly, phát triển chỉ thị phân tử đặc hiệu và đánh giá kiểu hình thực nghiệm. Luận án tiến sĩ nông nghiệp chuyên ngành Công nghệ sinh học (mã số 94 20 201) của tác giả Phạm Thị Mai, bảo vệ năm 2022 tại Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của TS. Khổng Ngân Giang và GS. Trần Duy Quý, được thực hiện nhằm giải quyết trực tiếp khoảng trống này.

Mục tiêu chung của luận án là xác định vai trò của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông lúa thu được từ phân tích GWAS trên tập đoàn lúa bản địa Việt Nam, phục vụ công tác chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam.

Ba mục tiêu cụ thể được đánh số trong văn bản:

1. Chọn lọc được các cặp lai bố mẹ mang QTL9 thuộc hai haplotype tương phản về cấu trúc bông (bông to và bông nhỏ) và lai tạo được các quần thể lai tái tổ hợp (F1, F2, F3) làm vật liệu nghiên cứu.
2. Phát triển được bộ chỉ thị phân tử CAPS bao phủ vùng QTL9 cho phép phân biệt kiểu gen QTL9 ở hai haplotype bố mẹ, nhằm chọn lọc các cây F2 mang QTL9 đồng hợp tử thuộc hai haplotype bố hoặc mẹ.
3. Xác định được vai trò của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông phục vụ công tác chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Lô-cut tính trạng số lượng QTL9 ở cây lúa, định vị trên nhiễm sắc thể số 2, có kích thước 780 kb, chứa 9 SNP chỉ thị (gagagcgaa / atataaatt), liên kết với hai tính trạng số gié cấp hai/bông (SBN) và số hạt/bông (SpN).
• Phạm vi không gian: Thí nghiệm sinh học phân tử, phân tích kiểu gen các thế hệ lai F1, F2, F3 thực hiện tại Viện Di truyền Nông nghiệp (Hà Nội); kỹ thuật chụp gen kết hợp giải trình tự thế hệ mới Illumina Miseq và thiết kế chỉ thị phân tử CAPS thực hiện tại Viện Nghiên cứu và Phát triển (IRD - Cộng hòa Pháp); thí nghiệm đánh giá kiểu hình ngoài đồng ruộng thực hiện tại xã Đông La, huyện Hoài Đức, thành phố Hà Nội.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai trong giai đoạn từ năm 2017 đến năm 2020.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các hướng nghiên cứu về năng suất lúa, lập bản đồ QTL và các cơ chế di truyền kiểm soát sự phát triển bông lúa:

• Về các yếu tố cấu thành năng suất: Dẫn liệu từ Nguyễn Văn Hoan (2006) cho thấy mối tương quan giữa năng suất và số bông/cây có sự khác biệt rõ rệt theo nhóm hình thái: tương quan chặt ở nhóm lúa bán lùn (r = 0,85), tương quan vừa ở nhóm lùn (r = 0,62) và nhóm cao cây (r = 0,54). Ngược lại, tương quan giữa năng suất và số hạt/bông đạt mức rất chặt ở nhóm cao cây (r = 0,96) và mức vừa ở nhóm bán lùn và lùn (r = 0,62 - 0,66).
• Về lập bản đồ QTL liên quan đến năng suất bằng các quần thể lai:
  • Zhu và cộng sự (2017) sử dụng quần thể RILs giữa dòng Japonica nhiệt đới Francis và dòng Indica Guanghui 998 (R998) phát hiện 26 QTL liên quan đến 6 tính trạng năng suất trên bản đồ mật độ cao gồm 3016 chỉ thị SNP.
  • Donde và cộng sự (2020) dùng 85 chỉ thị SSR trên 60 giống lúa NPT (New Plant Types) xác định 30 QTL mới liên kết với 16 chỉ thị SSR quy định 11 chỉ tiêu nông học.
  • Ashikari và cộng sự (2005) dùng quần thể BILs phân lập QTL Gn1a trên nhánh ngắn nhiễm sắc thể 1 làm tăng số hạt/bông lên đến 92 hạt giữa hai giống Habataki và Koshihikari.
  • Sun và cộng sự (2017) xác định 12 QTL trên nhiễm sắc thể 6 liên quan đến số hạt/bông, chiều dài bông, số gié cấp một và gié cấp hai, trong đó có QTL L6-5.
  • Sasaki (2017) xác định hai QTL gồm qTSN12.1 (quần thể BC4F2 của YTH63/IR64) và qTSN12.2 (quần thể BC4F3 của YTH83/IR64) trên nhánh dài nhiễm sắc thể 12 tham gia vào quá trình phân hóa gié.
  • Xu và cộng sự (2020) dùng quần thể đơn bội kép DHs từ tổ hợp lai Maybelle và Baiyeqiu xác định 24 QTL liên quan đến cấu trúc bông và hình dạng hạt, trong đó có qPL2, qPL3, qPL4-1, qPL7 và các QTL quy định số gié cấp hai gồm qSBN1, qSBN3, qSBN4, qSBN7.
• Về các gen đã được tách dòng kiểm soát cấu trúc bông lúa:
  • Komatsu và cộng sự (2003) xác định gen LAX1 mã hóa yếu tố phiên mã bHLH cần cho sự duy trì mô phân sinh nhánh và gen SPA (SMALL PANICLE) điều hòa hình thành chồi bên; đột biến các gen này làm giảm cả số gié cấp một và cấp hai.
  • Li và cộng sự (2009) nhân dòng thành công gen SP1 (SHORT PANICLE 1) mã hóa protein vận chuyển quy định chiều dài cụm hoa.
  • Các nghiên cứu về DEP1 (mã hóa protein PEBP làm tăng gié cấp một, cấp hai, số hạt/bông và tạo bông thẳng đứng) và DEP2 (kiểm soát sự kéo dài bông). Linh và cộng sự (2008) lập bản đồ QTL yd7 trên nhiễm sắc thể 7 từ nguồn lúa hoang Oryza minuta.
• Về ứng dụng nghiên cứu liên kết toàn hệ gen (GWAS) và phân tích Haplotype:
  • Huang và cộng sự (2012) xác định 32 lô-cut quy định thời gian trỗ và 10 lô-cut quy định kích thước hạt trên tập đoàn Indica; Si và cộng sự (2016) phát hiện QTL trên nhiễm sắc thể 7 ở tập đoàn Japonica; Begum và cộng sự (2015) công bố 52 QTL mới trên 369 giống lúa lai IRRI.
  • Ma và cộng sự phát hiện gen OsSNB điều hòa âm kích thước hạt; Crowell và cộng sự dùng 700.000 SNP trên 242 giống lúa nhiệt đới phát hiện các QTL trên nhiễm sắc thể 3, 8, 9, 11 kiểm soát số nhánh cấp một và chiều dài bông; Bai và cộng sự (2021) phân tích GWAS trên 340 giống lúa thuộc dự án 3000 hệ gen xác định 129 QTL quy định chiều dài bông, số gié cấp một và số gié cấp hai.
  • Tại Việt Nam, Phùng Phương Nhung và cộng sự (2014) dùng kỹ thuật GBS xác định gần 30.000 SNP trên 182 giống lúa bản địa để lập bản đồ QTL hệ rễ; Tạ Kim Nhung và cộng sự (2018) phân tích GWAS trên 159 giống lúa bản địa phát hiện 29 QTL liên quan đến cấu trúc bông, định vị QTL6 và QTL9 trên nhiễm sắc thể số 2.
  • Về lý thuyết phân tích haplotype: Luận án tham chiếu các nghiên cứu của Bevan và cộng sự (2017), Abbai và cộng sự (2019) và Sinha và cộng sự trong việc dùng dữ liệu giải trình tự kết hợp kiểu hình để xác định các tổ hợp alen có giá trị chọn giống.

Vị trí của luận án: Trong hệ thống các công bố đã có, đa số các QTL cấu trúc bông chỉ tác động đơn lẻ lên chiều dài bông hoặc số gié cấp một. Chưa có công trình nào trong nước và quốc tế nghiên cứu chức năng thực nghiệm của vùng QTL9 trên nhiễm sắc thể số 2 - một vùng genom dài 780 kb có sự liên kết đồng thời với hai tính trạng cấu trúc bông quan trọng là số gié cấp hai/bông và số hạt/bông. Luận án đặt vị trí của mình là công trình kiểm chứng chức năng sinh học của QTL9 thông qua thiết kế cặp lai tương phản haplotype và ứng dụng chỉ thị CAPS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp phương pháp di truyền học phân tử hiện đại với khảo nghiệm nông học ngoài đồng ruộng:

• Cơ sở lý thuyết: Dựa trên nguyên lý mất cân bằng liên kết (Linkage Disequilibrium - LD), khối haplotype bảo tồn và phương pháp chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử (MAS). Các cá thể mang tổ hợp đa hình đơn nucleotide (SNP profile) đặc trưng cho từng haplotype sẽ quy định sự sai khác kiểu hình. Vùng QTL9 chứa 137 gen dự đoán; việc phân lập các dòng đồng hợp tử ở thế hệ phân ly F2 mang haplotype bố hoặc mẹ sẽ cho phép đánh giá chính xác tác động của QTL9 lên kiểu hình ở thế hệ F3 trong điều kiện cùng nền tảng phân ly di truyền.
• Nguồn vật liệu nghiên cứu:
  • Bộ dữ liệu kiểu gen và kiểu hình của tập đoàn 155 giống lúa bản địa Việt Nam thu thập từ Trung tâm Tài nguyên thực vật (kế thừa từ nghiên cứu của Khổng Ngân Giang, Tạ Kim Nhung và cộng sự vụ mùa 2014 và 2015).
  • 4 giống lúa bản địa được lựa chọn làm vật liệu lai tạo đại diện cho 2 haplotype tương phản về cấu trúc bông:
    • Haplotype 1 (H1 - cấu trúc bông nhỏ, mang 9 SNP: gagagcgaa): giống Sớm Giai Hưng Yên (G6) và giống Ỏn (G19), sử dụng làm dòng mẹ.
    • Haplotype 2 (H2 - cấu trúc bông to, mang 9 SNP: atataaatt): giống Khẩu Nam Rinh (G189 - nguồn gốc Điện Biên) và giống Blé Blâu Cho (G205 - nguồn gốc Sơn La), sử dụng làm dòng bố.
  • Giống lúa tham chiếu: Trình tự hệ gen giống lúa Nipponbare.
• Kỹ thuật chụp gen mục tiêu và giải trình tự thế hệ mới:
  • Sử dụng công nghệ chụp gen mục tiêu (Targeted Gene Capture) theo hệ thống MyBaits V2 của MYcroarray nhằm làm giàu các đoạn DNA thuộc vùng 780 kb của QTL9.
  • Giải trình tự thế hệ mới trên hệ thống Illumina MiSeq dạng cặp đọc bắt cặp (paired-end 2 x 250 bp) tại Viện IRD (Pháp).
  • Phân tích tin sinh học: Sử dụng pipeline TOGGLe để gióng hàng trình tự với bộ gen tham chiếu Nipponbare, gọi biến thể (variant calling), sàng lọc biến thể và chú giải chức năng các SNP nằm trong vùng mã hóa (exon) như biến thể đồng nghĩa, sai nghĩa, đột biến dịch khung, mất/thêm bộ ba mã hóa.
• Phát triển chỉ thị phân tử CAPS:
  • Dựa trên các SNP nằm tại vị trí nhận biết của enzyme cắt giới hạn, thiết kế các cặp mồi PCR khuếch đại đoạn DNA đặc thù.
  • Sản phẩm PCR sau khuếch đại được ủ và cắt bởi 5 loại enzyme giới hạn chuyên biệt, sau đó điện di phân tích trên gel agarose hoặc hệ thống điện di mao quản QIAxcel và Fragment Analyzer để phân biệt cá thể mang alen không bị cắt và alen bị cắt.
• Phương pháp chọn lọc cá thể bằng chỉ thị phân tử (MAS):
  • Kiểm tra tính lai của các cá thể F1 bằng 12 cặp mồi vi vệ tinh (SSR) đã công bố có tính đa hình giữa các giống bố mẹ (như RM320, RM180, RM491, RM289, RM592, RM204).
  • Sàng lọc quần thể phân ly F2 ở giai đoạn cây non bằng 3 chỉ thị CAPS đa hình (CAPS 1, CAPS 5, CAPS 11) để xác định chính xác các cá thể mang QTL9 ở trạng thái đồng hợp tử giống mẹ (F2_H1) hoặc đồng hợp tử giống bố (F2_H2), loại bỏ các cá thể dị hợp tử.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng và đo đếm kiểu hình:
  • Bố trí thí nghiệm ngoài đồng ruộng tại xã Đông La, huyện Hoài Đức, Hà Nội.
  • Thu thập bông lúa khi chín hoàn toàn, phân tích cấu trúc bông bằng phần mềm phân tích hình ảnh chuyên dụng P-TRAP (Panicle Trait Phenotyping tool) kết hợp đo đếm thủ công.
  • Các chỉ tiêu theo dõi gồm 8 tính trạng cấu trúc bông: Chiều dài bông (RL), số gié cấp một/bông (PBN), chiều dài gié cấp một (PBL), khoảng cách giữa các gié cấp một (PBintL), số gié cấp hai/bông (SBN), chiều dài gié cấp hai (SBL), khoảng cách giữa các gié cấp hai (SBintL), số hạt/bông (SpN); cùng 4 tính trạng năng suất liên quan.
• Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng các công cụ thống kê mô tả, kiểm tra phân phối chuẩn qua đồ thị Q-Q plot, phân tích thành phần chính (PCA), ma trận tương quan Corrplot và hồi quy tuyến tính đơn biến giữa SBN và SpN.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài

Chương này trình bày chi tiết về vị trí chiến lược của cây lúa đối với an ninh lương thực toàn cầu và kinh tế nông nghiệp Việt Nam. Tác giả phân tích cơ sở sinh lý và di truyền của các yếu tố cấu thành năng suất lúa, nhấn mạnh vai trò quyết định của số lượng hoa và quá trình phân nhánh bông trong giai đoạn sinh trưởng sinh thực (từ bước 1 đến bước 6 của quá trình làm đòng).

Chương I tổng thuật các phương pháp lập bản đồ QTL truyền thống thông qua các loại quần thể lai có kiểm soát gồm F2, dòng đơn bội kép (DHs), dòng lai tái tổ hợp (RILs) và dòng lai trở lại cận giao tái tổ hợp (BILs), phân tích ưu thế và hạn chế của từng loại quần thể. Tác giả phân tích bước phát triển từ phân tích di truyền liên kết cổ điển sang nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen (GWAS) nhờ công nghệ giải trình tự thế hệ mới (NGS) và hệ thống cơ sở dữ liệu SNP quy mô lớn.

Nội dung chương làm rõ cấu trúc giải phẫu và các giai đoạn hình thành bông lúa non dưới kính hiển vi: từ mô phân sinh trục bông (RM), mô phân sinh gié cấp một (PBm), mô phân sinh gié cấp hai (AM) đến mô phân sinh hoa (Sp, Fl). Đồng thời, chương I tổng hợp danh mục các QTL và gen chủ chốt đã được định vị hoặc tách dòng liên quan đến cấu trúc bông (LAX1, SPA, Gn1a, SP1, DEP1, DEP2, qTSN12.1, qTSN12.2). Tác giả phân tích nguyên lý của chỉ thị CAPS (kết hợp PCR, cắt enzyme giới hạn và điện di) dựa trên sự biến đổi đơn nucleotide tại điểm cắt, cùng công nghệ chụp gen mục tiêu (Gene Capture) giúp giải trình tự sâu vùng đích với chi phí tối ưu so với giải trình tự toàn bộ hệ gen.

Chương II: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương II mô tả chi tiết nguồn vật liệu khởi đầu và các bước tiến hành thực nghiệm. Từ tập đoàn 155 giống lúa bản địa được nghiên cứu GWAS trước đó, tác giả tiến hành phân tích haplotype vùng QTL9 và lựa chọn 4 giống lúa đại diện cho hai nhóm cấu trúc bông tương phản rõ nét để làm bố mẹ cho các tổ hợp lai.

Số liệu đo đạc cấu trúc bông của 4 giống bố mẹ trong hai vụ mùa liên tiếp (2014 và 2015) được trình bày chi tiết trong văn bản:

Giống	Haplotype	Năm	Chiều dài bông (cm)	Số gié cấp 1/bông (gié)	Chiều dài gié cấp 1 (cm)	Khoảng cách gié cấp 1 (cm)	Số gié cấp 2/bông (gié)	Chiều dài gié cấp 2 (cm)	Khoảng cách gié cấp 2 (cm)	Số hạt/bông (hạt)	Thời gian ra hoa (ngày)
G6	H1	2014	18,21	11,22	11,88	1,81	23,67	2,93	1,12	130,22	96,5
		2015	25,04	13,61	16,38	2,03	34,83	4,01	1,40	187,33	101,0
G19	H1	2014	19,61	11,39	12,10	1,90	24,22	2,58	1,16	133,94	95,5
		2015	27,58	13,83	17,02	2,18	31,11	3,53	1,69	176,83	100,5
G189	H2	2014	20,41	11,83	14,29	1,91	48,67	3,30	0,72	250,50	94,5
		2015	29,85	12,72	20,59	2,57	45,22	4,76	1,19	228,22	79,0
G205	H2	2014	22,09	11,78	14,58	2,05	44,44	3,15	0,99	220,33	99,0
		2015	28,97	13,33	18,30	2,35	47,39	3,97	1,38	244,22	108,0

Chương II nêu quy trình lai tạo có xử lý chu kỳ quang để khắc phục sự lệch pha thời gian trỗ giữa các giống bố mẹ; kỹ thuật tách chiết DNA tổng số; quy trình kiểm tra cây lai F1 bằng 12 chỉ thị vi vệ tinh (SSR); các bước vận hành công nghệ chụp gen MyBaits V2 (thiết kế mẫu dò gắn Biotin, lai với đoạn phân cắt DNA, cố định bằng hạt phủ streptavidin và rửa giải); quy trình gọi biến thể qua TOGGLe; phương pháp thiết kế primer cho chỉ thị CAPS; quy trình ủ enzyme giới hạn; và phương pháp xử lý hình ảnh bông lúa trên phần mềm P-TRAP.

Chương III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương III bao gồm 4 nội dung kết quả thực nghiệm chính:

1. Chọn lọc các cặp lai bố mẹ và lai tạo quần thể F1: Phân tích cấu trúc di truyền từ tập đoàn lúa bản địa đã phân loại các giống thành 9 haplotype khác nhau cho vùng QTL9. Trong đó, Haplotype 1 (H1) đại diện cho kiểu hình bông nhỏ và Haplotype 2 (H2) đại diện cho kiểu hình bông to. Bốn tổ hợp lai chéo được thực hiện giữa các giống mẹ H1 (G6, G19) và giống bố H2 (G189, G205), bao gồm: G6 x G189, G6 x G205, G19 x G189, G19 x G205. Tác giả tiến hành khảo sát tính đa hình của 12 chỉ thị SSR trên 4 giống bố mẹ và sử dụng các chỉ thị đa hình để xác thực các cá thể lai F1 thật: cặp lai G6 x G189 được kiểm tra bằng RM320, RM180, RM491; cặp lai G6 x G205 bằng RM320, RM180; các cặp lai G19 x G189 và G19 x G205 được kiểm tra bằng RM289, RM592 và RM204. Kết quả điện di xác định chính xác các cá thể F1 mang đầy đủ phân đoạn alen của cả bố và mẹ, loại trừ hoàn toàn các hạt do tự thụ phấn.

2. Phát triển chỉ thị phân tử CAPS trong vùng QTL9: Bằng công nghệ chụp gen kết hợp giải trình tự thế hệ mới Illumina Miseq (2x250 bp) trên hai giống đại diện G6 (H1) và G189 (H2), tác giả đã gióng hàng trình tự với bộ gen Nipponbare và lọc biến thể. Kết quả sàng lọc tin sinh học phân loại các biến thể trong vùng exon thành biến thể đồng nghĩa, biến thể sai nghĩa, biến thể dịch khung đọc, mất bộ ba mã hóa và biến thể thêm bộ ba mã mở đầu/kết thúc. Từ các SNP nằm trong vùng nhận biết của các enzyme cắt giới hạn, 12 chỉ thị phân tử CAPS đã được thiết kế thành công cùng các cặp mồi tương ứng. Khi kiểm tra thực nghiệm với 5 enzyme giới hạn, tác giả xác định được 3 chỉ thị phân tử CAPS (đặt tên là CAPS 1, CAPS 5 và CAPS 11) cho thấy sự đa hình phân cắt rõ rệt giữa hai kiểu gen bố mẹ.

3. Chọn lọc các cây F2 mang QTL9 đồng hợp tử bằng chỉ thị CAPS: Quần thể phân ly F2 thu được từ cây lai F1 tự thụ được phân tích kiểu gen ở giai đoạn mạ bằng bộ 3 chỉ thị CAPS 1, CAPS 5 và CAPS 11. Các cá thể có kiểu hình điện di chỉ xuất hiện các băng cắt đặc thù của dòng mẹ được phân loại vào nhóm F2_H1 (đồng hợp tử mang QTL9 của mẹ), các cá thể chỉ xuất hiện băng đặc thù của dòng bố được xếp vào nhóm F2_H2 (đồng hợp tử mang QTL9 của bố), trong khi các cá thể mang cả hai dạng băng được phân loại là dị hợp tử và loại bỏ. Việc ứng dụng 3 chỉ thị CAPS đồng trội này đã cho phép phân lập được các dòng đồng hợp tử mong muốn ngay tại thế hệ thứ hai (F2), rút ngắn từ 6 đến 8 thế hệ tự thụ so với quy trình tạo dòng thuần truyền thống (phải chờ đến thế hệ F8 - F10).

4. Phân tích kiểu hình cấu trúc bông của hai quần thể F3 thuộc hai haplotype bố mẹ: Các cây F2 đồng hợp tử thuộc hai nhóm H1 và H2 tự thụ để hình thành hai quần thể F3 tương ứng (F3_H1 và F3_H2). Khảo nghiệm kiểu hình đồng ruộng tại Đông La (Hoài Đức) và phân tích định lượng trên phần mềm P-TRAP cho thấy sự phân ly kiểu hình rõ rệt giữa hai nhóm:

• Quần thể F3_H2 (mang QTL9 từ bố) thể hiện sự vượt trội có ý nghĩa thống kê về số gié cấp hai/bông (SBN) và số hạt/bông (SpN) so với quần thể F3_H1 (mang QTL9 từ mẹ).
• Phân tích tương quan thành phần chính (PCA) và biểu đồ Corrplot khẳng định mối liên kết thuận chặt chẽ giữa tính trạng số gié cấp hai và số hạt trên bông.
• Mô hình hồi quy tuyến tính đơn biến giữa SBN và SpN trong từng quần thể F3 chứng minh sự gia tăng số lượng gié cấp hai là động lực hình thái chính dẫn đến sự tăng tổng số hạt trên bông.
• Các kết quả so sánh cấu trúc bông đã chứng minh trên thực nghiệm rằng vùng QTL9 trực tiếp tham gia kiểm soát cấu trúc phân nhánh của bông lúa thông qua việc điều hòa số lượng gié cấp hai và số hạt/bông.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt lý luận khoa học:

• Luận án là một trong những công trình nghiên cứu thực nghiệm đầu tiên tại Việt Nam xác định và kiểm chứng thành công vai trò chức năng của một QTL mới (QTL9 trên nhiễm sắc thể số 2, phát hiện từ GWAS) liên quan trực tiếp đến hai tính trạng nông học quan trọng là số gié cấp hai/bông và số hạt/bông.
• Cung cấp dẫn liệu khoa học về sự tương quan kiểu gen - kiểu hình giữa các tổ hợp haplotype của QTL9 với hình thái phân nhánh bông lúa; thiết lập quy trình tích hợp giữa phân tích GWAS, chụp gen mục tiêu, giải trình tự thế hệ mới và kiểm chứng chức năng qua quần thể lai phân ly.

Những đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng:

• Đã xác định được 4 giống lúa bản địa Việt Nam gồm Sớm Giai Hưng Yên (G6), Ỏn (G19) mang haplotype H1 (bông nhỏ) và Khẩu Nam Rinh (G189), Blé Blâu Cho (G205) mang haplotype H2 (bông to) có khoảng cách di truyền xa nhau, cung cấp nguồn vật liệu khởi đầu có giá trị cho các chương trình lai tạo giống lúa năng suất cao.
• Phát triển thành công bộ 12 chỉ thị phân tử CAPS trong vùng QTL9, trong đó 3 chỉ thị CAPS (CAPS 1, CAPS 5, CAPS 11) cho đa hình cao giữa các nhóm giống bố mẹ. Bộ chỉ thị này cho phép chọn lọc chính xác các cá thể mang QTL9 đồng hợp tử ở thế hệ F2, rút ngắn thời gian thu được các dòng thuần đồng hợp từ 8 - 10 thế hệ (theo phương pháp chọn giống truyền thống) xuống còn 2 - 3 thế hệ.
• Khẳng định giá trị thực tiễn của QTL9 như một nguồn gen mục tiêu để chuyển giao vào các giống lúa thuần thương phẩm có phẩm chất tốt nhưng năng suất bông thấp tại Việt Nam.

Kiến nghị của luận án:

• Sử dụng QTL9 và bộ chỉ thị phân tử CAPS đã phát triển để tiến hành lai chuyển gen mục tiêu vào các giống lúa thuần chất lượng cao nhằm cải thiện số hạt/bông và nâng cao năng suất thực thu.
• Tiếp tục thực hiện các nghiên cứu giải mã chức năng chi tiết đối với từng gen ứng viên trong số 137 gen thuộc vùng 780 kb của QTL9 để xác định gen chủ chốt điều hòa sự phân nhánh mô phân sinh gié cấp hai.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản luận án nêu rõ phạm vi nghiên cứu và các nội dung cần tiếp tục hoàn thiện:

• Luận án mới xác định vai trò chức năng tổng thể của vùng lô-cut QTL9 (kích thước 780 kb chứa 137 gen) trong việc quy định cấu trúc bông thông qua phân tích so sánh haplotype ở các quần thể lai F2 và F3; chưa tiến hành nhân dòng hay tách rời từng gen đơn lẻ để chứng minh chức năng sinh học phân tử của từng gen cụ thể trong vùng.
• Các khảo nghiệm kiểu hình đồng ruộng được thực hiện tập trung tại một địa điểm (xã Đông La, huyện Hoài Đức, Hà Nội) trong phạm vi thời gian từ năm 2017 đến năm 2020. Luận án định hướng cần tiếp tục khảo nghiệm các dòng mang QTL9 trên nhiều vùng sinh thái và các vụ canh tác khác nhau để đánh giá mức độ tương tác giữa kiểu gen QTL9 và môi trường canh tác trước khi đưa vào sản xuất đại trà.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo thực tế cho các nhóm đối tượng học thuật và ứng dụng:

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Di truyền học, Công nghệ sinh học nông nghiệp và Chọn giống cây trồng: Luận án là tài liệu tham khảo có cấu trúc hoàn chỉnh về phương pháp luận kết hợp giữa tin sinh học (phân tích GWAS, xử lý dữ liệu giải trình tự NGS bằng TOGGLe, phân tích Haplotype) với sinh học phân tử thực nghiệm (chụp gen mục tiêu Gene Capture, thiết kế và tối ưu chỉ thị CAPS) và phương pháp đánh giá kiểu hình định lượng qua phần mềm P-TRAP.
• Đối với các nhà chọn tạo giống lúa tại các Viện, Trung tâm nghiên cứu: Công trình cung cấp sẵn quy trình kỹ thuật, trình tự các cặp mồi SSR chọn lọc cây F1, bộ 3 chỉ thị CAPS (CAPS 1, CAPS 5, CAPS 11) cùng thông tin 4 nguồn giống bố mẹ bản địa (G6, G19, G189, G205) để triển khai trực tiếp vào các chương trình chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS).
• Phần đáng tham khảo nhất trong văn bản là quy trình thiết kế và ứng dụng chỉ thị CAPS đồng trội để chọn lọc các cá thể đồng hợp tử ở thế hệ F2 (Chương II và Chương III), giúp tiết kiệm thời gian và diện tích bố trí thí nghiệm ngoài đồng ruộng.

Câu hỏi thường gặp

1. QTL9 được phát hiện từ đâu và có những đặc điểm cấu trúc di truyền cơ bản nào? QTL9 được phát hiện từ nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen (GWAS) trên tập đoàn 159 giống lúa bản địa Việt Nam do nhóm nghiên cứu của TS. Khổng Ngân Giang, Tạ Kim Nhung và cộng sự (Viện Di truyền Nông nghiệp) công bố năm 2018. QTL9 định vị trên nhiễm sắc thể số 2, có độ dài 780 kb, bao gồm 137 gen và chứa 9 SNP chỉ thị (gagagcgaa / atataaatt), liên kết chặt chẽ với hai tính trạng cấu trúc bông là số gié cấp hai/bông (SBN) và số hạt/bông (SpN).

2. Bốn giống lúa bản địa nào được lựa chọn làm vật liệu bố mẹ và chúng đại diện cho những haplotype nào? Bốn giống lúa bản địa được chọn từ tập đoàn 155 giống có số liệu kiểu hình gồm:

• Haplotype 1 (H1 - kiểu hình bông nhỏ, 9 SNP mang trình tự gagagcgaa): Giống Sớm Giai Hưng Yên (G6) và giống Ỏn (G19), được sử dụng làm dòng mẹ.
• Haplotype 2 (H2 - kiểu hình bông to, 9 SNP mang trình tự atataaatt): Giống Khẩu Nam Rinh (G189 - nguồn gốc Điện Biên) và giống Blé Blâu Cho (G205 - nguồn gốc Sơn La), được sử dụng làm dòng bố.

3. Tác giả đã sử dụng những chỉ thị phân tử nào để chọn lọc con lai ở thế hệ F1 và F2?

• Ở thế hệ F1: Sử dụng các chỉ thị phân tử vi vệ tinh (SSR) có tính đa hình giữa các giống bố mẹ để xác định con lai thật gồm RM320, RM180, RM491 (cho cặp lai G6 x G189); RM320, RM180 (cho cặp G6 x G205); RM289, RM592, RM204 (cho các cặp G19 x G189 và G19 x G205).
• Ở thế hệ F2: Sử dụng 3 chỉ thị phân tử CAPS đa hình bao phủ vùng QTL9 gồm CAPS 1, CAPS 5 và CAPS 11 để sàng lọc và tách riêng các cá thể mang QTL9 đồng hợp tử của dòng mẹ (F2_H1) hoặc dòng bố (F2_H2).

4. Sự khác biệt kiểu hình chính giữa hai quần thể con F3 mang haplotype bố và mẹ là gì? Khảo nghiệm ngoài đồng ruộng và phân tích bằng phần mềm P-TRAP cho thấy quần thể F3_H2 (mang QTL9 đồng hợp tử của bố) có số gié cấp hai/bông (SBN) và tổng số hạt/bông (SpN) cao hơn rõ rệt so với quần thể F3_H1 (mang QTL9 đồng hợp tử của mẹ). Phân tích hồi quy đơn biến xác nhận SBN có tương quan tuyến tính thuận chặt chẽ với SpN, chứng minh QTL9 kiểm soát số hạt/bông thông qua việc điều hòa số lượng gié cấp hai.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Thị Mai đã xác định thành công vai trò chức năng của vùng QTL9 trên nhiễm sắc thể số 2 đối với cấu trúc bông lúa thông qua việc phân tích di truyền trên các quần thể lai phân ly F2 và F3. Công trình đã làm chủ và kết hợp hiệu quả công nghệ chụp gen mục tiêu với giải trình tự thế hệ mới Illumina để phát triển bộ chỉ thị CAPS đa hình, phục vụ chọn lọc nhanh các dòng đồng hợp tử ngay từ thế hệ F2. Kết quả nghiên cứu không chỉ làm sáng tỏ mối liên hệ di truyền giữa QTL9 với các tính trạng số gié cấp hai và số hạt trên bông mà còn cung cấp nguồn vật liệu bố mẹ và công cụ chỉ thị phân tử sẵn sàng ứng dụng cho công tác chọn tạo giống lúa năng suất cao tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Lúa (Oryza sativa. L) là một trong những cây trồng quan trọng hàng đầu cung cấp lương thực cho hơn 50% dân số thế giới [95]. Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ do bùng nổ dân số, đô thị hoá và những ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, dự đoán đến năm 2040, sản lượng gạo cần tăng thêm ít nhất 20% [25].

Là quốc gia xuất khẩu gạo lớn thứ hai thế giới, sản lượng lúa gạo của Việt Nam đóng vai trò quan trọng đối với an ninh lương thực ở khu vực Châu Á. Trong những năm gần đây, năng suất lúa được cải thiện nhưng diện tích sản xuất lúa ngày càng giảm do quá trình đô thị hóa, chuyển đổi cơ cấu cây trồng khác thay thế cho cây lúa diễn ra mạnh mẽ nên sản lượng lúa gạo vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu tăng dân số toàn cầu [139]. Do đó, việc nâng cao năng suất lúa gạo trở thành mục tiêu quan trọng đối với các quốc gia trồng lúa trong đó có Việt Nam. Năng suất là tính trạng phức tạp được quy định bởi nhiều gen.

Để đáp ứng mục tiêu tăng năng suất lúa thì những hiểu biết về các vùng genom quy tụ nhiều gen hay còn gọi là QTL (Quantitative Trait Loci - Lô-cut tính trạng số lượng) liên quan đến năng suất là vô cùng cần thiết. Năng suất lúa được xác định bởi ba tính trạng thành phần chính: Số lượng bông, số lượng hạt trên bông và khối lượng hạt [116]. Cấu trúc bông lúa là một tính trạng nông học quan trọng trực tiếp ảnh hưởng đến năng suất [30] và việc đạt được cấu trúc, kích thước, hình dạng bông lúa tối ưu là một trong những mục tiêu chọn tạo giống lúa năng suất cao [94]. Hiểu các cơ chế di truyền cơ bản kiểm soát sự phát triển bông lúa có ý nghĩa rất lớn trong việc cải thiện năng suất lúa gạo [65].

Trong nghiên cứu trước đây của Khổng Ngân Giang, Tạ Kim Nhung và các cộng sự, Viện Di truyền Nông nghiệp đã ứng dụng phương pháp nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen (Genome Wide Association Study - GWAS) để LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2 phân tích tính trạng năng suất của tập đoàn lúa bản địa Việt Nam, đã xác định được 29 QTLs tiềm năng liên quan đến cấu trúc bông lúa, trong đó có một QTL hoàn toàn mới được đặt tên là QTL9 liên kết với cả hai tính trạng số gié cấp hai/bông và số hạt/bông là các tính trạng quan trọng ảnh hưởng đến năng suất lúa. QTL9 nằm trên nhiễm sắc thể số 2, có chiều dài 780 kb, 137 gen được tìm thấy trong vùng QTL này nhưng chưa gen nào được nghiên cứu chức năng [102]. Tuy nhiên, kết quả phân tích GWAS dựa trên các mô hình phân tích thống kê, để có thể khai thác sử dụng vào các chương trình chọn tạo giống, các QTLs thu được từ phân tích GWAS cần phải được nghiên cứu chức năng thông qua các quần thể lai và phát triển các chỉ thị phân tử. Do đó chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu chức năng của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông, phục vụ chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam”.

Mục tiêu của luận án 2. Mục tiêu chung Nghiên cứu xác định vai trò của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông lúa thu được từ phân tích GWAS trên tập đoàn lúa bản địa Việt Nam nhằm ứng dụng trong các chương trình chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam. Mục tiêu cụ thể - Chọn lọc được các cặp lai bố mẹ mang QTL9 thuộc hai haplotype tương phản về cấu trúc bông (bông to và bông nhỏ) và lai tạo được các quần thể lai tái tổ hợp (F1, F2, F3) làm vật liệu nghiên cứu. - Phát triển được bộ chỉ thị phân tử CAPS bao phủ vùng QTL9 cho phép phân biệt kiểu gen QTL9 ở hai haplotype bố mẹ, nhằm chọn lọc các cây F2 mang QTL9 đồng hợp tử thuộc hai haplotype bố hoặc mẹ.

- Xác định được vai trò của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông phục vụ công tác chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3. Ý nghĩa khoa học - Cung cấp các dẫn liệu khoa học có giá trị về vai trò của QTL9 liên quan đến cấu trúc bông lúa, cụ thể là hai tính trạng số gié cấp hai/bông và số hạt/bông, cũng như phương pháp đánh giá kiểu gen, kiểu hình của các quần thể lai trong việc đánh giá vai trò của QTL nghiên cứu.

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài cũng là tài liệu tham khảo trong việc nghiên cứu, giảng dạy có giá trị trong lĩnh vực công nghệ sinh học và di truyền chọn giống cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu của luận án đã xác định được vai trò của QTL9 có tham gia vào việc quy định kiểu hình cấu trúc bông, đặc biệt là hai tính trạng số gié cấp hai/bông và số hạt/bông, từ đó ảnh hưởng đến năng suất lúa, là công cụ phục vụ công tác chọn tạo giống lúa năng suất cao. - Kết quả luận án cung cấp bộ chỉ thị phân tử liên kết với QTL9, hỗ trợ các nhà khoa học trong chọn tạo giống lúa năng suất cao nhờ chỉ thị phân tử. - Cung cấp các giống lúa bố mẹ sử dụng làm vật liệu trong lai tạo để cải tạo năng suất lúa.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4. Đối tượng nghiên cứu Là QTL9 ở cây lúa phát hiện từ nghiên cứu liên kết trên toàn hệ gen (GWAS) trên tập đoàn lúa bản địa Việt Nam do nhóm tác giả Khổng Ngân Giang, Tạ Kim Nhung và cộng sự nghiên cứu [102]. QTL9 dài 780 kb, chứa 9 SNP (gagagcgaa/atataaatt), nằm trên nhiễm sắc thể số 2, liên kết với hai tính trạng số gié cấp hai/bông (SBN) và số hạt/bông (SpN) (Hình 1). LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Phân tích GWAS tính trạng số hạt/bông (SpN) và số gié cấp hai/bông (SBN) của tập đoàn lúa bản địa Việt Nam Từ trên xuống dưới QQ plot, Manhattan plot của 12 nhiễm sắc thể cho 2 tính trạng số hạt/bông (SpN), số gié cấp hai/bông (SBN) và mất cân bằng di truyền liên kết (Linkage Disequilibrium (LD) heatmap) xung quanh vùng QTL9. Nguồn: Tạ Kim Nhung và cộng sự (2018) [102]. Địa điểm và thời gian nghiên cứu - Địa điểm thực hiện: + Thí nghiệm phân tích, đánh giá kiểu gen QTL9 các quần thể F1, F2, F3 thực hiện tại Viện Di truyền Nông nghiệp (phường Cổ Nhuế 1, quận Bắc Từ Liêm, thành phố Hà Nội); + Thí nghiệm chụp gen kết hợp giải trình tự thế hệ mới Illumina và phân tích SNP, phát triển chỉ thị phân tử CAPS thực hiện tại Viện Nghiên cứu và phát triển IRD - Pháp; + Thí nghiệm đánh giá kiểu hình thực hiện ngoài đồng ruộng tại xã Đông La, huyện Hoài Đức, thành phố Hà Nội. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 - Thời gian thực hiện luận án: Từ năm 2017 đến năm 2020.

Tính mới và những đóng góp của luận án - Đây là một trong những công trình đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu xác định vai trò của một QTL mới (QTL9) phát hiện từ phân tích GWAS trên tập đoàn lúa bản địa Việt Nam liên kết với hai tính trạng số gié cấp hai/bông và số hạt/bông. - Phân tích haplotype của QTL9 đã xác định được 4 giống lúa bố mẹ có cấu trúc bông khác biệt (bông to và bông nhỏ), thuộc hai haplotype, có khoảng cách di truyền xa nhau. Các giống lúa này có thể sử dụng làm vật liệu cho các nghiên cứu chọn tạo giống lúa năng suất cao ở Việt Nam. - Sử dụng công nghệ chụp gen (Gene Capture) và giải trình tự thế hệ mới Illumina đã phát hiện 12 SNPs nằm trong vùng QTL9 từ đó phát triển được 12 chỉ thị phân tử CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic Sequences), trong đó, 3 chỉ thị phân tử CAPS cho đa hình giữa hai giống lúa bố mẹ trong nghiên cứu.

Các chỉ thị phân tử CAPS này cho phép chọn lọc các dòng đồng hợp tử mang kiểu gen QTL9 của bố hoặc của mẹ ngay ở thế hệ thứ 2 thay vì 8 - 10 thế hệ khi sử dụng phương pháp chọn lọc truyền thống. - Luận án đã khẳng định được vai trò của QTL9 có tham gia vào sự hình thành cấu trúc bông lúa từ đó QTL9 có thể sử dụng làm vật liệu trong lai tạo nhằm cải thiện năng suất cho các giống lúa thương mại có năng suất thấp, chất lượng cao tại Việt Nam. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 CHƢƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1. Tầm quan trọng của cây lúa Lúa là một trong những cây ngũ cốc quan trọng nhất về lượng calo và dinh dưỡng cho con người [25], [122].

Để đáp ứng nhu cầu lương thực của người dân toàn cầu, sản lượng nông nghiệp tăng hơn 50% vào năm 2050 [81], đặc biệt là các nước đang phát triển ở Châu Á, Châu Phi. Lúa gạo là thực phẩm chính của hơn một nửa dân số thế giới và cung cấp hơn 20% tổng năng lượng hấp thụ hàng ngày của con người [133]. Đối với một số quốc gia đang phát triển, nguồn lợi từ việc xuất khẩu lúa gạo đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu kinh tế quốc gia trong đó có Việt Nam. Là nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới, đồng thời cũng là một trong những nước có nghề truyền thống trồng lúa nước cổ xưa nhất thế giới, tại Việt Nam, cây lúa không chỉ đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, mà còn đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu cây trồng và phân công lao động xã hội [132].

Hiện nay, Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO) cảnh báo, những diễn biến khó lường của biến đổi khí hậu và thời tiết, dân số tăng nhanh, tác động tiêu cực của dịch bệnh và xung đột liên miên tại nhiều quốc gia đang khiến tình hình an ninh lương thực toàn cầu xấu đi. Mặc dù sản lượng lúa gạo tăng đều hàng năm nhưng tốc độ tăng sản lượng vẫn không đủ đáp ứng nhu cầu của thế giới. Trong khi đó diện tích đất canh tác giảm mạnh do quá trình đô thị hóa, chất lượng đất ngày càng xấu đi, sử dụng phân bón không hợp lý phá hỏng hệ sinh thái và môi trường, một bộ phận lực lượng lao động chuyển sang các ngành công nghiệp, chi phí sản xuất lúa gạo ngày càng tăng cao. Trong giai đoạn 2011 - 2013, thế giới có khoảng 842 triệu người thiếu lương thực, chiếm 12% dân số thế giới.