Đánh giá kiểu gene chịu mặn bằng dấu chỉ thị phân tử SSR trên 40 giống/dòng lúa cải tiến

- ĐÁNH GIÁ KIỂU GENE CHỊU MẶN BẰNG DẤU CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR TRÊN 40 GIỐNG/DÒNG LÚA CẢI TIẾN.
- Lúa là đối tượng cây trồng rất mẫn cảm với mặn, do đó việc nghiên cứu chọn tạo các giống lúa có mang kiểu gene chịu được mặn là cấp thiết.
- Vì vậy, đề tài đánh giá kiểu gene chịu mặn bằng dấu chỉ thị phân tử SSR trên 40 giống lúa cải tiến được tiến hành tại Khoa Nông nghiệp, Trường Đai học Cần Thơ.
- Nghiên cứu đã chọn 12 dấu phân tử SSR liên kết với Quantitative Trait Loci (QTL) mang tính trạng chịu mặn nằm trên 12 nhiễm sắc thể (NST) so sánh kiểu gen giữa giống chuẩn chống chịu mặn (Pokkali) và giống chuẩn mẫn cảm mặn (IR28) với 40 giống/dòng lúa cải tiến của Trường Đại học Cần Thơ.
- Kết quả cho thấy có 2 giống/dòng (MTL 259 và MTL 308) được xếp vào nhóm với giống chuẩn chống chịu mặn Pokkali.
- Như vậy 2 giống/dòng này có thể có mang các QTL chịu mặn nhưng giống như Pokkali.
- Kết quả này là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp về các giống/dòng lúa cải tiến có khả năng chịu mặn trong tương lai..
- Islam et al., 2018).
- Đứng trước thực trạng đó, việc nghiên cứu tìm ra giống lúa có khả năng chống chịu mặn nhằm đảm bảo an toàn lương thực là vấn đề cấp thiết mà hầu hết các nhà chọn giống đã và đang rất quan tâm.
- Theo báo cáo của các nghiên cứu trước đây, khả năng chịu mặn là một tính năng phức tạp của cây lúa bao gồm các cơ chế sinh lý khác nhau như loại bỏ muối ở rễ, vận chuyển natri từ rễ đến chồi và một cơ chế khác để lưu trữ ion natri trong các mô và không bào (Shannon, 1985.
- giống chỉ thành công khi có nhiều nguồn gen (Collard et al., 2005.
- Subudhi et al., 2006).
- Dựa trên các đặc điểm hình thái nông học của đa dạng di truyền lúa, các nhà chọn giống đã thu được thông tin ban đầu của các giống lúa trồng thông qua đột biến và lai tạo (Roy and Sharma, 2014).
- So với các phương pháp truyền thống như đánh giá đặc điểm sinh lý hình thái, các kỹ thuật chọn giống hiện đại đã sử dụng các dấu phân tử là công cụ hữu hiệu giúp các nhà chọn tạo đánh giá sự biến đổi gen giữa các con lai hay nguồn gen một cách hiệu quả (Hien et al., 2016).
- Cho đến nay, gần 70 QTL đã được đặc trưng cho khả năng chịu mặn, nhưng chỉ có Saltol được nghiên cứu rộng rãi (Ren et al., 2005).
- Theo Lin et al (2004), Simple Sequence Repeats (SSR) là marker phân tử liên kết chặt với QTL saltol, do đó việc ứng dụng dấu phân tử SSRs cho chọn giống lúa chịu mặn, giúp cho công tác chọn giống hiệu quả hơn..
- Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn các nhà khoa học đã áp dụng phương pháp chọn giống hiện đại để cải tiến nhiều giống lúa có tính chống chịu mặn là nhờ dấu chỉ thị phân tử (marker) liên kết với tính trạng mục tiêu (marker assisted selection - MAS) đây là một phương pháp cho kết quả chọn lọc giống nhanh và chính xác.
- Dựa trên kết quả nghiên cứu của Lin et al.
- (2004), đề tài đánh giá kiểu gene chịu mặn bằng dấu chỉ thị phân tử SSR liên kết với các QTL chịu mặn trên 40 giống lúa cải tiến được thực hiện nhằm tìm ra một số giống mang kiểu gene chịu mặn tối ưu nhất để làm nền tảng tiếp theo trong chọn giống chịu mặn có triển vọng..
- 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
- 2.1 Vật liệu nghiên cứu.
- Nguồn gốc của 40 giống lúa cải tiến MTL được chọn tạo tại Viện nghiên cứu và Phát triễn Đồng bằng sông Cửu Long (MDI) và hiện đang tồn trữ tại ngân hàng giống Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ..
- Bảng 1: Danh sách các giống lúa được nghiên cứu.
- 1 Pokkali Lúa chịu mặn của Bangladesh.
- 2 IR 28 Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) 3 MTL 30 IR .
- 2.2 Phương pháp nghiên cứu.
- 2.2.1 Đánh giá kiểu gen chịu mặn của các giống lúa.
- dài chuỗi trong 5 phút ở 72 0 C và sản phẩm được trữ ở 10 0 C trong 20 phút và thứ tự của 12 cặp mồi với 12 NST được liệt kê trong Bảng 2.
- Sau khi điện di gel được nhuộm với ethidium bromide (10 mg/mL)..
- Kết quả PCR được ghi nhận dựa vào phổ điện di cho kích thước band trùng khớp với giống đối chứng dương (giống chống chịu), hay giống đối chứng âm (giống mẫn cảm)..
- Bảng 2: Danh sách 12 cặp mồi SSR liên kết với các QTL chống chịu mặn nằm trên 12 NST (Lin et al., 2007).
- 2.2.2 Phương pháp phân tích số liệu.
- Kích thước các band DNA đánh giá kiểu gen được tính toán bằng phần mềm GelAnalyzer (Istvan, 2010).
- Sử dụng phương pháp UPGMA thông qua phần mềm NTSYS pc 2.1 để tạo nên biểu đồ thể hiện mối liên hệ di truyền..
- 2.3 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2019 tại phòng thí nghiệm Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ..
- 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả đánh giá kiểu gen.
- Kết quả nghiên cứu trước đây của Leon et al..
- (2017), đã nhận định cặp mồi RM211 liên kết với ba QTL qDWT2.3, qSIS2.3 và qSHL2.3 và các alen ở vùng gene này của giống lúa Pokkali có tác dụng tích cực trong khả năng chịu mặn.
- Phổ điện di sản phẩm PCR được khuếch đại bởi cặp mồi RM211 liên kết trên nhiễm sắc thể số 2 có được 28 giống mang kiểu gene giống với Pokkali có kích thước khoảng 161 bp, còn lại 12 giống mang kiểu gene giống với IR28 ở vị trí 145 bp (Hình 1)..
- Hình 1: Phổ điện di với mồi RM211 nhận diện kiểu gen kháng mặn trên nhiễm sắc thể số 2 của 40 giống lúa cải tiến trên gel acrylamide 8%.
- Tương tự ở nhiễm sắc thể số 3 tương ứng với mồi RM6329 giống Pokkali cho kiểu hình đồng hợp tử trội có kích thước khoảng 156 bp, còn giống IR28 cho kiểu hình đồng hợp tử lặn có kích thước khoảng 120 bp.
- Như vậy có được 6 giống cho band giống với giống Pokkali, có 32 giống có band giống với giống IR28 và có được 2 giống số 16 và giống số 25.
- Theo kết quả nghiên cứu trước đây, cặp mồi RM6329 liên kết với QTL qCHL3 thể hiện khả năng quang hợp của lá khi gặp điều kiện mặn (Thomson et al., 2010).
- Như vậy, kết quả trên cho thấy rằng những giống có kích thước 156 bp thì có khả năng quang hợp tốt hơn các giống còn lại trong điều kiện mặn (Hình 2)..
- Hình 2: Phổ điện di với mồi RM6329 nhận diện kiểu gen kháng mặn trên nhiễm sắc thể số 3 của 40 giống lúa cải tiến trên gel acrylamide 8%.
- Theo Thomson et al.
- (2010), cặp mồi RM24330 nằm trên nhiễm sắc thể số 9 và liên kết trên hai QTL rất quan trọng trong cho việc hình thành tính kháng mặn là qSNK9 và qRNK9.
- cao trên giống lúa Pokkali.
- Hình 3 cho thấy có sự khác bệt giữa giống đối chứng chịu mặn (Pokkali) và giống đối chứng nhiễm mặn (IR28).
- Với giống Pokkali cho khuếch đại band hình có kích thước 86 bp còn IR28 cho band hình có kích thước 75 bp.
- Như vậy trên tổng số 40 giống thì có được 21 giống [4 (MTL91), 8 (MTL 259), 10 (MTL292), 11.
- (MTL308), 12 (MTL309), 14 (MTL316), 24 (MTL604), 25 (MTL666), 26 (MTL667), 27 (MTL672), 29 (MTL678), 30 (MTL679), 31 (MTL688), 32 (MTL691), 34 (MTL703), 35 (MTL707), 38 (MTL769), 39 (MTL774), 40 (MTL867), 41 (MTL868) và 42 (MTL891)] cho band hình đồng nhất với giống Pokkali, điều này chứng tỏ có thể 21 giống trên có kiểu hình tương tự như Pokkali có tỷ lệ K+/Na+ cao.
- Và có một giống số 36 (MTL734) mang kiểu gene dị hợp tử..
- Hình 3: Phổ điện di với mồi RM24330 nhận diện kiểu gen kháng mặn trên nhiễm sắc thể số 9 của 40 giống lúa cải tiến trên gel acrylamide 8%.
- Trên nhiễm sắc thể số 10 ứng với cặp mồi RM474 khuếch đại được 2 locus trên giống đối chứng IR28 ở vị trí 240 bp và 280 bp nhưng không có locus nào được khuếch đại đối với giống Pokkali, cho thấy giữa giống chống chịu và giống mẫn cảm.
- có sự khác biệt nhau về vùng gen trên nhiễm sắc thể số 10 dẫn đến sự khác biệt nhau về khả năng chịu mặn của các giống.
- Phổ điện di RM474 (Hình 4) có được 11 giống không được khuếch đại locus nào tương tự với như Pokkali và 29 giống còn lại điều được khuếch đại 2 locus tương ứng với giống IR28..
- Hình 4: Phổ điện di với mồi RM474 nhận diện kiểu gen kháng mặn trên nhiễm sắc thể số 10 của 40 giống lúa cải tiến trên gel acrylamide 8%.
- Cặp mồi RM286 nằm trên nhiễm sắc thể 11 liên kết với QTL qSNC11 thể hiện khả năng đào thải Na + trong chồi.
- Việc đào thải tốt sẽ làm giảm được nồng độ Na + trong chồi, giúp cây có khả năng chịu mặn.
- vậy theo kết quả Hình 5, có 12 giống mang kiểu gene tương đồng với giống Pokkali là giống số 7 (MTL250), 8 (MTL259), 9 (MTL277), 15 (MTL324), 18 (MTL429), 19 (MTL442), 21.
- Hình 5: Phổ điện di với mồi RM286 nhận diện kiểu gen kháng mặn trên nhiễm sắc thể số 11 của 40 giống lúa cải tiến trên gel acrylamide 8%.
- Qua kết quả phân tích sử dụng phương pháp UPGMA thông qua phần mềm NTSYS pc 2.1 để tạo nên biểu đồ phân nhóm của 40 giống lúa cải tiến và 2 giống đối chứng mặn bằng 12 SSR liên kết với QTL chịu mặn ở trên 12 NST (Hình 6), các giống lúa có thể được chia thành 2 nhóm chính.
- Do nằm cùng nhóm với giống đối chứng Pokkali nên 2 giống MTL259, MTL308 là giống có khả năng kháng mặn giống như giống đối chứng Pokkali.
- Nhóm II là những giống còn lại cùng nằm cùng nhóm với giống IR28 các giống như vậy các giống trong nhóm này có thể có kiểu gen gần với giống mẫn cảm mặn IR28..
- Hình 6: Sơ đồ di truyền nhánh dựa trên dấu phân tử SSR của 40 giống lúa cải tiến phân tích hệ số tương đồng Nei-Li bằng phương pháp UPGMA.
- 4 KẾT QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết quả.
- Kết quả đánh giá kiểu gene của 40 giống lúa cải tiến bằng 12 cặp mồi SSR liên kết với QTL chịu mặn nằm rải rác trên 12 NST, bước đầu đã chọn lọc được 2 giống MTL259 và MTL308 mang kiểu gene tương đồng nhất với giống đối chứng Pokkali.
- Với 12 cặp mồi được sử dụng thì có được 6 cặp mồi (RM211, RM286, RM474, RM6329, RM6369, RM24330) có thể dùng để đánh giá kiểu gene kháng mặn..
- Cần phải thanh lọc mặn trong môi trường dinh dưỡng đối với các giống để xác định được khả năng chịu mặn của các giống.
- Phân tích thêm nhiều dấu phân tử SSR hơn nữa để có thể đánh giá được khả.
- năng chống chịu mặn của các giống lúa ở nhiều QTL khác..
- Nghiên cứu được tài trợ bởi dự án Nâng cấp Trường Đại học Cần Thơ VN14-P6 bằng vốn vay ODA từ Chính phủ Nhật Bản..
- Collard, B., Jahufer, M., Brouwer, J., and Pang, E., 2005.
- D., Linscombe, S., and Shubudhi, P.K., 2017.
- Doyle, J.J., and Doyle, J.L., 1990.
- Gregorio, G.B., Senadhira, D., and Mendoza, R.D., 1997.
- Islam, F., Wang, J., Farooq, M.A., et al.
- Z., Yano, M., et al., 2004.
- Lin, Y.C., Lee, Y.H.W., and Lin, J.J., 2007.
- Ren, G.Y., Chu, Z.Y., and Zhou, Y.Q., 2005.
- Subudhi, P.K, Sasaki, T., and Khush, G.S., 2006..
- Thomson, M.J., Ocampo, M., Egdane, J., et al., 2010.
- Wang, Z., Chen, Z., Cheng, J., et al.
- Salinity resistance in rice (Oryza sativa L.) and a pyramiding approach to breeding varieties for saline soils