Đa dạng di truyền của các mẫu giống đậu tương dựa trên các hình thái, chỉ thị phân tử SSR và hàm lượng protein

- ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA CÁC MẪU GIỐNG ĐẬU TƯƠNG DỰA TRÊN CÁC HÌNH THÁI, CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR VÀ HÀM LƯỢNG PROTEIN.
- Chỉ thị SSR, đa dạng di truyền, đậu tương, hàm lượng protein, tính trạng.
- Mục tiêu của nghiên cứu nhằm đánh giá đa dạng di truyền của 109 mẫu giống đậu tương (Glycine max (L.) Merr.) ở các đặc điểm về hình thái (đặc điểm thực vật học, nông sinh học) trên đồng ruộng trong vụ xuân năm 2018, ở hàm lượng protein và kiểu gen bằng 9 dấu chỉ thị phân tử SSR.
- Kết quả cho thấy 109 mẫu giống đa dạng ở các đặc điểm hình thái, thời gian sinh trưởng và các yếu tố cấu thành năng suất.
- Sử dụng chỉ thị SSR đã phân nhóm 109 mẫu giống đậu tương thành 5 nhóm chính với hệ số tương đồng 0,66.
- Hàm lượng protein của 22 mẫu giống phân tích dao động từ 30,2.
- Các mẫu giống có tiềm năng tốt về năng suất (HSB0098, HSB0100, HSB0125, HSB0128, HSB0130, HSB0132) và hàm lượng protein cao (HSB0057, HSB0100, HSB0139, HSB1048) có thể đươc sử dụng làm vât liệu trong chọn tạo cải tiến giống.
- Năm chỉ thị SSR: Satt239, Satt270, Satt277, Satt281 và Satt520 cho mức độ đa hình cao nhất..
- Đa dạng di truyền của các mẫu giống đậu tương dựa trên các hình thái, chỉ thị phân tử SSR và hàm lượng protein.
- Đậu tương [Glycine max (L.) Merill] hiện nay được xem là một trong những cây trồng quan trọng trên thế giới về giá trị kinh tế - nông nghiệp và sử dụng đa dạng trong cả lĩnh vực nông nghiệp và công nghiệp (Bilyeu et al., 2010).
- Đậu tương có hàm lượng dinh dưỡng cao.
- Hạt đậu tương có chứa 36 - 44% protein, 18 - 20% lipid, các vitamin B1, B2, PP, A, E, C, D, K.
- dầu đậu tương chủ yếu là các axit béo không no như axit linoleic, axit oleic,…cần thiết cho con người, là nguồn thực phẩm quan trọng cho người và gia súc..
- Đậu tương là cây trồng tứ bội thể có tỷ lệ các vùng lặp đoạn tương đối lớn phân bố trên các nhiễm sắc thể (Pagel et al., 2004).
- Hệ gen đậu tương tương đối lớn, chứa khoảng 1,1 tỷ cặp bazơ (Schmutz et al., 2010.
- Sự đa dạng di truyền có thể đánh giá dựa vào các đặc điểm hình thái, các tính trạng nông học và sử dụng các chỉ thị phân tử ADN (Wang, 1947.
- Các chỉ thị phân tử hiện nay được sử dụng rất đa dạng như RFLP (restriction fragment length polymorphism), RAPD (random amplified polymorphic DNA), AFLP (amplified fragment length polymorphism), SSR (simple sequence repeat), và NGS (next generation sequencing) (Van et al., 2005.
- Trong nghiên cứu này, các mẫu giống đậu tương được đánh giá qua đặc điểm nông học, hàm lượng protein và chỉ thị phân tử SSR để phân tích đa dạng di truyền của nguồn vật liệu.
- Thông qua đó, các mẫu giống được phân nhóm dựa trên khoảng cách di truyền.
- Nghiên cứu này do đó cung cấp nguồn thông tin để làm cơ sở cho quá trình chọn vật liệu trong chọn giống và cải tiến giống đậu tương theo mục đích, cũng như bổ sung thông tin về các chỉ thị phân tử có thể sử dụng trong nghiên cứu nguồn vật liệu đậu tương..
- Vật liệu gồm 109 mẫu giống đậu tương (Bảng 1) bao gồm các mẫu giống do Trung tâm tài nguyên thực vật cung cấp, các giống đậu tương đã được công nhận và một số mẫu giống nhập nội..
- Sau khi đánh giá các đặc điểm nông học, phân nhóm dựa trên chỉ thị phân tử SSR, và căn cứ nguồn gốc là giống địa phương, được chọn tạo trong nước, và thu thập ngoài nước, 22 mẫu giống đại diện được chọn để phân tích hàm lượng protein..
- Bảng 1: Các mẫu giống đậu tương sử dụng trong đánh giá đa dạng di truyền.
- Đậu tương quốc phòng Quảng Hoà Cao Bằng.
- 44 HSB0102 NAS-S1 80 HSB0208 UB4 8 HSB0030 Đậu tương dại 45 HSB0103 TB S6 81 HSB0209 UB5 9 HSB0031 Đậu tương dại 46 HSB0104 DT93 82 HSB0210 UB6 10 HSB0032 Đậu tương dại 47 HSB0105 DT2008 83 HSB0211 UB7 11 HSB0033 Đậu tương dại 48 HSB0108 G2120 84 HSB0212 UB8.
- STT Kí hiệu Tên giống STT Kí hiệu Tên giống STT Kí hiệu Tên giống 13 HSB0037 Tại pa 50 HSB0123 Đậu tương 86 HSB0214 UB10 14 HSB0038 Đậu tương 51 HSB0124 Đậu tương 87 HSB0215 UB11 15 HSB0039 Đậu tương 52 HSB0125 Đậu tương hạt.
- 16 HSB0040 CLS 2111 53 HSB0126 Đậu tương 89 HSB0217 UB13 17 HSB0042 Mặc tơi 54 HSB0128 Đậu tương 90 HSB0218 UB14 18 HSB0047 Đậu tương 55 HSB0129 K468 91 HSB0225 UB21.
- 27 HSB0071 A9 64 HSB0142-1 Đậu tương 100 HSB0240 UB36 28 HSB0073 Xanh tiên đài HSB0142-2 Đậu tương 101 HSB0246 UB42.
- Các mẫu giống được trồng tuần tự không lặp lại..
- Hệ số tương đồng di truyền Jaccard và phương pháp UPGMA trong NTSYSpc 2.2 được sử dụng để phân tích, đánh giá sự đa dạng di truyền và phân nhóm (cây di truyền) các mẫu giống đậu tương.
- Căn cứ vào nguồn gốc và các đặc điểm nông học, 22 mẫu giống được gửi phân tích protein tại Viện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm quốc gia theo phương pháp Kjeldahl (Kirk, 1950).
- 2.5 Đánh giá đa dạng di truyền dựa trên chỉ thị SSR.
- ADN genom được tách chiết từ lá non của các mẫu giống đậu tương.
- Mẫu lá thu thập từ 3-5 cây của mỗi mẫu giống.
- Nghiên cứu sử dụng 11 chỉ thị SSR để đánh giá đa dạng di truyền được chọn lọc từ các nghiên cứu về đa dạng di truyền ở đậu tương (Bảng 2).
- Các mồi được lựa chọn dựa trên các nghiên cứu đã được công bố về đánh giá đa dạng di truyền ở đậu tương.
- Bảng 2: Chỉ thị SSR được sử dụng trong đánh giá di truyền các mẫu giống đậu tương.
- Nội dung thông tin đa hình (PIC - Polymorphic Information Content) của chỉ thị SSR được tính theo công thức của Anderson et al.,(1993) như sau:.
- 3.1 Đa dạng về thái của các mẫu giống đậu tương.
- là các tính trạng truyền thống vẫn được sử dụng để phân biệt các mẫu giống đậu tương.
- Trong thí nghiệm này, 109 mẫu giống thể hiện sự đạ dạng ở các đặc điểm hình thái.
- Một số mẫu giống có mật độ lông thưa như HSB0104, HSB0145.
- Các đặc điểm về hình dạng và màu sắc hạt có sự đa dạng giữa các mẫu giống đậu tương như hạt tròn, dẹt.
- Hình 1: Sự đa dạng ở đặc điểm hình thái của 109 mẫu giống đậu tương 3.2 Đa dạng di truyền của các mẫu giống.
- đậu tương dựa vào chỉ thị phân tử SSR.
- Hình 2: Hình ảnh điện di sản phẩm PCR của mẫu giống đậu tương với chỉ thị SSR Satt202 trên gel agarose 3%.
- Chỉ thị cho giá trị PIC cao nhất là Satt384 (PIC = 0,93).
- Các chỉ thị trong nghiên cứu này có thông tin đa hình cao, vì PIC >.
- Allard et al., (1984) và Vaiman et al., (1994) cũng cho thấy các chỉ thị với giá trị PIC từ 0,5 trở lên cho thông tin đa hình cao cho các nghiên cứu di truyền..
- Số lượng mẫu đậu tương có ít nhất 1 allen xuất hiện khi dùng chỉ thị SSR biến động từ 24 – 78 mẫu.
- Nhiều mẫu đậu tương mang ít nhất 1 allen của chỉ thị Satt571 (78 mẫu), trong khi có 24 – 31 mẫu mang ít nhất 1 allen của chỉ thị Satt384, Satt520 và Satt239.
- Các chỉ thị SSR trên NST 20 nhìn chung tương đối phổ biến cho các mẫu giống đậu tương đánh giá trong thí nghiệm, trong khi đó chỉ thị SSR trên NST 15 ít phổ biến hơn..
- Bảng 3: Số băng và giá trị PIC của 11 chỉ thị SRR dùng trong đánh giá đa dạng di truyền ở 109 mẫu giống đậu tương.
- NST Chỉ thị SSR Tổng số băng/.
- allen PIC Số mẫu đậu tương có ít nhất 1 allen.
- Ở hệ số tương đồng 0,66, 109 mẫu tốt được chọn phân thành 5 nhóm (Hình 3): nhóm I có 35 mẫu giống, nhóm II có 44 mẫu giống và III có 16 mẫu giống, nhóm IV có 9 mẫu giống và nhóm V có.
- 5 mẫu giống đậu tương, Nhóm I, II, III, mỗi nhóm gồm có 2 nhóm phụ.
- Hình 3: Sơ đồ đa dạng di truyền của 109 mẫu giống đậu tương được phân nhóm dựa trên 11 chỉ thị SSR.
- Phân tích đa dạng di truyền và phân nhóm các mẫu đậu tương (Hình 3) giúp cho việc lựa chọn nguồn vật liệu trong chọn tạo giống đậu tương được chính xác hơn thông qua lựa chọn các mẫu đại diện mà không bị trùng lặp.
- Đặc biệt, việc phân nhóm giúp lựa chọn vật liệu bố mẹ trong lai tạo với các mẫu giống từ các nhóm khác nhau nhằm làm tăng biến dị di truyền cho chọn lọc.
- Ví dụ để tạo biến dị tái tổ hợp từ lai, các mẫu giống trong cùng nhóm II không nên lựa chọn làm bố mẹ vì có đặc điểm tương đồng nhau khoảng ≥ 75% (Hình 3)..
- Tương tự, nhiều biến dị tái tổ hợp sẽ có thể xuất hiện hơn khi lai giữa các mẫu giống đậu tương ở nhóm I hoặc II với V, hơn là giữa nhóm I và II..
- 3.3 Đánh giá các đặc điểm chung của 109 mẫu giống đậu tương.
- 109 mẫu giống đa dạng về các đặc điểm sinh trưởng phát triển của các yếu tố cấu thành năng suất (Bảng 4).
- Các mẫu giống đánh giá được phân nhóm dựa trên thời gian sinh trưởng, tổng số.
- Các mẫu giống đậu tương ra hoa trong thời gian từ 29 - 47 ngày với tổng thời gian sinh trưởng kéo dài từ 76 -114 ngày.
- Do đó, dựa vào thời gian sinh trưởng, 109 mẫu giống phân loại vào nhóm có thời gian sinh trưởng ngắn (<.
- Trong 109 mẫu giống đậu tương nghiên cứu, số quả chắc/cây trung bình dao động từ 14 - 64 quả/cây.
- Một số mẫu giống đậu tương cho số quả cao như HSB0100, HSB0137, HSB0148.
- Chỉ số HI của các mẫu giống đậu tương biến động từ .
- Kết quả nghiên cứu cho thấy một số mẫu giống HSB0130, HSB0132, HSB0148.
- là những mẫu giống cho năng suất cá thể cao (Bảng 4)..
- Bảng 4: Phân nhóm 109 mẫu giống đậu tương dựa trên các đặc điểm sinh trưởng và phát triển Tính trạng Phân nhóm Số lượng mẫu giống đậu tương.
- 3.4 Hàm lượng protein của 22 mẫu giống đậu tương.
- Trong 22 mẫu giống đậu tương phân tích, hàm lượng protein dao động khoảng 30,2.
- Một số mẫu giống có hàm lượng protein cao ≥ 40% như HSB0057, HSB0100, HSB0139, HSB0148.
- Số lượng mẫu giống có hàm lượng protein tập trung nhiều nhất trong khoảng từ mẫu giống), mức thấp 30 - 35% có một mẫu giống, mức hàm lượng ≥ 40,5% có 14 mẫu giống (Bảng 5).
- Một số mẫu giống đậu tương địa phương có hàm lượng protein cao như đậu tương Thanh Oai 2 và Tây Nguyên.
- Các mẫu giống có hàm lượng protein cao cũng thuộc các nhóm khác nhau trong sơ đồ đa dạng di truyền, ví dụ HSB0057.
- Các mẫu giống đậu tương có hàm lượng protein cao (>.
- Điều đó cho thấy các chỉ thị SSR sử dụng trong nghiên cứu có thể liên quan đến các allen quy định hàm lượng protein, cũng giống như đã được công bố trong các nghiên cứu (Bảng 2).
- Tuy nhiên, để có thể xác định mối liên hệ giữa sự có mặt của các chỉ thị SSR với hàm lượng protein cao hay thấp đòi hỏi số lượng mẫu lớn như trong nghiên cứu về Genome wide association mapping (GWAS) hay tạo quần thể lai như quần thể tái tổ hợp (RILs) hoặc các dòng đẳng gen (NILs) từ bố mẹ có sự khác biệt về hàm lượng protein để phân tích QTLs (Moongkanna et al.,.
- Riêng trường hợp HSB0207-1, HSB0208 và HSB0212 có hàm lượng protein thấp nhưng số chỉ thị đa hình và tổng số allen/mẫu lại cao.
- nhân có thể do 3 mẫu giống HSB0207-1, HSB0208 và HSB0212 có nguồn gốc từ Mỹ, khác với các mẫu giống đậu tương khác có nguồn gốc là các giống địa phương hay các giống được chọn tạo trong nước..
- Bảng 5: Sự biến động về hàm lượng protein của 22 mẫu giống đậu tương.
- Số chỉ thị đa hình.
- 12 HSB0124 Đậu tương 43,9 6 12.
- 16 HSB0142-1 Đậu tương 42,4 8 14.
- 17 HSB0142-2 Đậu tương 42,2 7 14.
- Nghiên cứu sử dụng 11 chỉ thị phân tử SSR đã phát hiện 41 allen ở 109 mẫu giống đậu tương với hệ số tương đồng 0,66.
- Trong đó, 5 chỉ thị SSR Satt239, Satt270, Satt277, Satt281 và Satt520 có khả năng phân biệt tính đa hình của các mẫu giống đậu tương nghiên cứu rõ rệt nhất.
- Các giống đậu tương thí nghiệm có thời gian sinh trưởng trung bình dao động từ 76 - 114 ngày.
- Hàm lượng protein của 22 mẫu giống đánh giá dao động từ 30,2.
- Các mẫu giống có năng suất cá thể.
- và các mẫu có protein cao như HSB0057, HSB0100, HSB0139, HSB1048 nên được sử dụng làm vật liệu cho chọn tạo giống đậu tương.
- Nghiên cứu cũng cho thấy có thể có sự liên hệ giữa 11 chỉ thị SSR với sự biến động hàm lượng protein của các mẫu đậu tương trong nghiên cứu này.
- Tuy nhiên, cần có một nghiên cứu với số lượng mẫu đậu tương lớn hơn, hoặc tạo quẩn thể lai có sự biến động về hàm lượng protein để phân tích và xác định mối liên quan, hay sự tồn tại của QTLs liên quan đến hàm lượng protein ở trên các mẫu giống đậu tương..
- E., et al., 2004.
- J., et al., 2010.
- Phân tích đa dạng di truyền của đậu tương bằng chỉ thị SSR.
- Nghiên cứu mối quan hệ di truyền của một số giống đậu tương Việt Nam có phản ứng khác nhau với bệnh gỉ sắt