BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ******* PHÙNG TÔN QUYỀN NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIèNG LÚA KHÁNG RẦY NÂU VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CHỈ THỊ PHÂN TỬ Chuyên nghành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62.62.01.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2014 Công trình được hoàn thành tại: Viện Di truyền Nông nghiệp Người hướng dẫn khoa học: Thầy hướng dẫn 1: PGS.TS. Vũ Đức Quang Thầy hướng dẫn 2: TS. Lưu Thị Ngọc Huyền Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại: ……… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:…………………………………… NHỮNG C«ng tr×nh liªn quan ®Õn luËn ¸n ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 1 Phùng Tôn Quyền, Nguyễn Thị Lang, Lưu Thị Ngọc Huyền, Vũ Đức Quang (2010), “Đánh giá tính kháng rầy nâu của một số dòng, giống lúa tại Đồng bằng Sông Hồng và Sông Cửu Long”, Tạp chí khoa học và công nghệ nông nghiệp Việt Nam, số 1 (14)/2010, tr. 8-13. 2 Đinh Văn Thành, Lại Tiến Dũng, Phan Thị Bích Thu, Lưu Thị Ngọc Huyền, Phùng Tôn Quyền (2011), “Kết quả nghiên cứu đánh giá tính kháng rầy nâu Nilaparvata lugens (Homoptera: Delphacidea)”, Báo cáo tổng kết của Cục trồng trọt, Nhà xuất bản Nông nghiệp, tr. 256-263. 3 Lưu Thị Ngọc Huyền, Phùng Tôn Quyền, Vũ Đức Quang (2013), “Ứng dụng công nghệ chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa thuần kháng rầy nâu”, Tạp chí khoa học và công nghệ nông nghiệp Việt Nam, số 2 (41)/2013, tr. 20- 25. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lúa (Oryza sativa L.) là một cây lương thực quan trọng ở Việt Nam, đồng thời cũng là nguồn thức ăn quan trọng nhất cho một nửa dân số thế giới. Để đảm bảo năng suất lúa vượt trần, một trong những chiến lược quan trọng là ứng dụng công nghệ sinh học vào việc chọn tạo giống mới đảm bảo nhu cầu lương thực của con người. Rầy nâu (Nilaparvata Lugens Stal) là một trong số các côn trùng gây hại trên lúa làm giảm nghiêm trọng sản lượng lúa trồng ở hầu hết các nước trồng lúa trên thế giới, nhất là các nước nhiệt đới. Ở nước ta những thiệt hại do rầy nâu gây ra hàng năm làm giảm khoảng 10% sản lượng lúa, đôi khi tới 30% hoặc hơn nữa. Phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS - Marker-Assisted Seletion) sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với các gen mong muốn vừa nâng cao hiệu quả chọn lọc, vừa rút ngắn thời gian chọn giống. Để góp phần vào công tác chọn giống lúa kháng rầy nâu, thì việc sử dụng chỉ thị phân tử liên kết với các gen kháng rầy nâu được coi là hiệu quả và ưu việt. Vì vậy chúng tôi tiến hành thùc hiÖn ®Ò tµi “ Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử” 2. Mục tiêu của đề tài : Sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để tạo giống lúa thuần ưu việt, kháng ổn định với quần thể rầy nâu vïng Đồng bằng sông Hồng. 3. Thời gian và địa điểm thực hịên đề tài: - Từ năm 2007 đến năm 2013 - Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Bảo vệ Thực vật, Trung tâm CGCN&KN Thanh Trì - Hà Nội. - Tỉnh Nam Định, Thái Bình, Hà Nam, Hà Nội. 4. Tính mới và những đóng góp của đề tài: - Đây là một trong những nghiên cứu chọn giống lúa kháng rầy nâu bằng chỉ thị phân tử ở Việt Nam, là một phần của đề tài thuộc chương trình CNSHNN của Bộ Nông nghiệp & PTNT. 2 - Trong đề tài này đã qui tụ được 2 gen kháng rầy nâu vào 1 giống lúa, có sử dụng chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen kháng. 5. Ý nghĩa của đề tài: - Ý nghĩa khoa học: Sử dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo ra 2 dòng lúa mang 2 gen kháng rầy nâu. - Ý nghĩa thực tiễn: Dòng lúa KR8 thu được như kết quả của đề tài là dòng triển vọng có thể đưa ra sản xuất. 6. Cấu trúc của luận án: Luận án dày 155 trang được bố cục như sau: Mở đầu 3 trang; Ch¬ng 1: Tổng quan tài liệu 51 trang; Ch¬ng 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 23 trang; Ch¬ng 3: KÕt quả nghiên cứu và thảo luận 57 trang; Ch¬ng 4: Kết luận và kiến nghị 01 trang; Những công trình đã được công bố 01 trang; Tài liệu tham khảo 19 trang. Có 37 hình, 37 bảng số liệu, 167 tài liệu tham khảo, trong đã có 46 tài liệu tiếng Việt và 121 tài liệu tiếng Anh, 03 bài báo và 2 phụ lục. Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Rầy nâu và đặc tính kháng rầy nâu ở lúa 1.1.1. Đặc tính sinh học của rầy nâu Rầy nâu (Brown planthopper) là một loại côn trùng có tên khoa học là Nilaparvata lugens Stal. 1.1.2. Tình hình và mức độ gây hại lúa trong những năm gần đây tại Việt Nam: Dịch rầy nâu bùng phát trong các năm, đặc biệt năm 2000: hơn 540 nghìn hecta lúa bị nhiễm rầy trong đó có 256 nghìn hecta bị nhiễm nặng. 1.1.3. Đặc tính kháng rầy nâu ở lúa: 1.1.3.1. Cơ chế tính kháng đối với côn trùng Côn trùng (insect) chỉ trở thành sinh vật gây hại (pest) khi con người bắt đầu tiến hành thâm canh trong nông nghiệp. 1.1.3.2. Di truyền tính kháng rầy nâu ở lúa Bằng các thí nghiệm phân tích di truyền và chỉ thị phân tử, các nhà khoa học đã xác định được 1 số gen kháng rầy chính (Bảng 1.1). 3 Bảng 1.1. Các gen kháng rầy nâu và giống chỉ thị mang gen kháng Dòng chỉ thị Gen kháng Trội/Lặn TN1 Không - Mudgo Bph1 Trội ASD7 bph2 Lặn Rathu Heenati Bph3 Trội Babawee bph4 Lặn ARC10550 bph5 Lặn Swarnalata Bph6 Trội T12 bph7 Lặn Chinsaba bph8 Lặn Pokkali Bph9 Trội O. australiensis Bph10 Trội O. officinalis bph11(t) Lặn O. officinalis bph12(t) Lặn O. officinalis Bph6, Bph13 - O. officinalis, Bph14 và Bph15 Trội O. australiensis,. Bph16 - Rathu Heenati Bph17 - O. australiensis O. rufipogon Griff Bph18 bph18(t) - - AS20-1 bph19 - O. minuta O. minuta Bph20, Bph21 Bph20(t) và Bph21(t) - - O. rufipogon Griff bph22(t) và bph23(t) - O. eichingeri, Bph25 Bph25(t) - - O. latifolia O. officinalis Bph 26 Bph26(t) - - Oryza rufipogon Griff Oryza sativa L Bph27 Bph27 (t) - - Tổ hợp lai TN1xGC9, BphZ Trội IS (IR72 x GC9) Bph3+BphZ. - 1.2. Những ứng dụng trong nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống lúa - Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử Chọn tạo giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-assisted selection - MAS) cho một tính trạng. Chuyển QTL/gen vào giống mới nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (Marker-assisted backcrossing - MABC) vào giống mới. - Qui tụ 2 gen kháng rầy nâu vào những dòng lúa ưu việt 4 Hình 2.1. “Sử dụng chỉ thị phân tử để chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu” (Lưu Thị Ngọc Huyền và ctv,2011) 1.3. Nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu tại Việt Nam 1.3.1. Các nghiên cứu xác định chỉ thị phân tử liên kết gen và lập bản đồ gen kháng rầy nâu trong nước Xác định được một số chỉ thị liên kết với gen kháng rầy nâu Thiết lập được 1 bản đồ liên kết cho gen kháng rầy nâu BphZ(t). trên nhiễm sắc thể số 4 Quy tụ gen kháng Bph3 và BphZ(t) tạo ra các dòng IS1.2, IS2.3, RS. Gen BphZ(t). đã được lập bản đồ chi tiết hơn trên NST số 4. 1.3.2. Chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu tại Việt nam Trong những năm gần đây, giống lúa kháng CR203, CR84-1 đã trở nên kháng trung bình và đã có lúc bị cháy rầy. Dòng cho gen (chồng 2 gen) F 1 F 2 F 3 F n BC 1 F 1 BC 2 F 1 BC 3 F 1 BC 4 F 1 BC 2 F 2 – BC 4 F 4 5 Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu - Dòng/giống lúa cho gen kháng rầy nâu (donor): Dòng IS1.2 và IS2.3 là 2 dòng đã được qui tụ hai gen kháng rầy nâu Bph3 và BphZ(t). - Giống nhận gen (recipient): Giống lúa IR64 (Tám Điện Biên) - Các chỉ thị phân tử SSR liên kết gen Bph3 và BphZ(t). - Giống chuẩn kháng rầy nâu : Ptb33; - Giống chuẩn nhiễm rầy nâu : TN1 - Giống đối chứng nông sinh học : KD18 Nguồn gốc các dòng/giống lúa và vật liệu nghiên cứu: Dòng/giống lúa cho gen kháng rầy nâu (donor) Dòng IS1.2, IS2.3 và RS là các dòng lúa đã được qui tụ hai gen kháng rầy nâu Bph3 và BphZ(t) Trên cơ sở bản đồ gen Bph3 trên NST số 6 và BphZ(t) trên NST số 4, tiến hành lựa chọn các chỉ thị phân tử liên kết gen kháng rầy nâu. (Lưu Thị Ngọc Huyền và ctv,2003; 2010) Giống nhận gen (recipient): Giống lúa IR64 Hình 2.1. Bản đồ phân tử chi tiết gen kháng rầy nâu Bph3 Hình 2.2. Bản đồ phân tử chi tiết gen kháng rầy nâu BphZ(t) NST số 4 ë lóa Bản đồ LK gen BphZ(t) 6 - Rầy nâu dùng cho nghiên cứu được thu thập từ vùng Đồng bằng sông Hồng và vùng Đồng Tháp Mười. - Các hoá chất dùng trong nghiên cứu được mua từ các hãng GenSet, Pharmacia, Sigma, Boehringer, Promega, BioRad, 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp đánh giá khả năng kháng/nhiễm rầy nâu các dòng/giống lúa Đánh giá tính kháng nhiễm rầy nâu theo thang điểm chuẩn của IRRI (5 cấp độ) và thang điểm của Viện BVTV (10 cấp độ) 2.2.2. Lai hồi giao, qui tụ gen kháng rầy từ dòng/giống cho gen vào giống lúa ưu việt Cặp lai được lựa chọn là dòng cho gen kháng rầy (donor) mang gen kháng, giống nhận gen là giống có các đặc điểm ưu việt. 2.2.3. Phương pháp thu thập thông tin các chỉ thị sử dụng trong nghiên cứu. Thu thập thông tin trang http://www.gramen.org/cho 2.2.4. Phương pháp chọn tạo các dòng lúa kháng rầy nâu trên cơ sở sử dụng công nghệ chỉ thị phân tử - Đánh giá và chọn dòng từ thế hệ F2 trở đi đến F6 trên đồng ruộng - Sử dụng kỹ thuật chỉ thị phân tử SSR để phát hiện gen kháng rầy nâu - Kiểm tra tính kháng rầy nâu dòng mang gen kháng trong nhà lưới và trên đồng ruộng. 2.2.5. Một số kỹ thuật dùng trong phòng thí nghiệm - Tách chiết ADN và tinh sạch theo phương pháp CTAB - Kỹ thuật PCR: 2.2.6. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng Theo phương pháp của Phạm Chí Thành (1986); 2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu Chương trình IRRISTART 5.0, Excel 2010 và các phương pháp phân tích thống kê khác. 7 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu đánh giá nguồn vật liệu và tập đoàn dòng/giống lúa kháng rầy nâu 3.1.1. Đánh giá phản ứng của một số dòng/giống, năm 2008 Bảng 3.1. Phản ứng của một số dòng giống vật liệu nghiên cứu với quần thể rầy nâu ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long TT Dòng/ giống Gen kháng Thử nghiệm rầy ĐBSH Thử nghiệm rầy ĐBSCL 1 CR203 1 NV NN 2 CR84-1 1 NN NN 3 Khang dân không N NN 4 Q5 không N NN 5 SL12 không NN NN 6 SL15 không N NN 7 ỈR64 không NV N Dòng vật liệu mang gen kháng 8 IS1.2 2 KC KC 9 IS2.3 2 KC KC 10 RS 2 KC KC 11 IS4.8 2 KC KC 12 RS3 2 KC KC 13 RS4 2 KC KC Đối chứng 14 TN1 chuẩn nhiễm NN NN 15 Ptb33 chuẩn kháng KC KC Ghi chó: Kháng cao (KC); Nhiễm nhÑ (NV); Nhiễm (N); Nhiễm nÆng (NN). Tất cả các dòng IS và RS cho gen đều kháng rầy với điểm kháng cao đối với quần thể rầy nâu ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long. [...]... 8.90 LSD0,05 0,53 5.42 2.06 0.04 0.03 Nh vy trong iu kin thc t sn xut ti cỏc tnh thuc khu vc vựng sinh thỏi phớa Bc nc ta đã lựa chọn được 3 dòng ưu tú là : DTR64, KR8-1(KR8) và KR8-2 3.3.2 Khảo sát đặc tính nông sinh học của 3 dòng ưu tú 3.3.2.1 Khảo sát đặc tính nông sinh học của 3 dòng ưu tú trong nhà lưới Bng 3.3 Kt qu ỏnh giỏ tớnh khỏng/nhim ry nõu nm 2011 TT 1 1 2 3 4 5 6 7 Dũng/ ging KR8-1 KR8-2... 6,47 CV% 3 3 - 9 8 2 5 1 1 0.05 0.06 - 0,10 0.40 0.60 0.40 0.30 0.20 (/c) LSD0,05 (Nguồn: Trung tâm khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng và phân bón Quốc gia) Các Tỉnh khu vực Bắc Trung Bộ, khu vực trung du như: Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Bắc Giang, năng suất giống KR8 đều cao hơn giống KD18 từ 0,43 đến 0,57tấn/h Nng sut thc thu ca KR8 cao hn KD18 trong kho nghiờm quc gia v xuõn 2012, nng sut... (im) 5 5 - thoỏt c bụng (im) cng cõy (im) tn lỏ () 1 1 - 1 1 - 5 5 - Chiu TGST rng cao (ngy) ht cõy () (cm) 5 5 - 102 106 0,5 0.45 136 142 0.1 0.71 (Nguồn: Trung tâm khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng và phân bón Quốc gia) Dũng KR8 được xếp vào nhóm có thời gian sinh trưởng ngắn ngày Bng 3.10 thun ng rung v cỏc yu t cu thnh nng sut ca dũng KR8 trong kho nghim VCU, v xuõn nm 2012 Dũng/ ging... ging KD18 KR8 CV% LSD0,05 S thun(im) bụng/khúm 1 5,2 1 4,5 4.4 0.73 S ht/bụng 178 152 2.3 13.1 T l ht lộp% 13,3 10,7 0,5 0,5 KL1000 ht 19,6 29,1 0.3 0.24 (Nguồn: Trung tâm khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng và phân bón Quốc gia) Dũng KR8 cú thun ng rung cao S ht trờn bụng thp hn KD18 nhng t l ht lộp thp v khi lng nghỡn ht cao hn KD18 22 Bng 3.11 Mc nhim sõu bnh ca dũng KR8 trong kho nghiờm VCU,... ụn Bnh o ụn c bụng Bnh bc lỏ Bnh khụ vn Bnh m nõu Sõu c thõn Sõu cun lỏ Ry nõu KD18 0-1 0-1 0-1 1-3 0-1 0-1 0-1 0-1 KR8 0-1 0-1 0-1 1-3 0-1 0-1 0-1 0-1 (Nguồn: Trung tâm khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng và phân bón Quốc gia) Trong kho nghim quc gia, do v xuõn nm 2012 khụng xut hin dch sõu hi ln, nờn ch tiờu mc nhim sõu bnh c bit l ch tiờu khỏng ry nõu ca KR8 tng ng KD18 Bng 3.12 Nng sut thc... 1 1 3 3 1 1 3 3 7 7 7 7 1 3 3 3 9 9 9 9 Kim tra 2 nm 2011 v 2012: 3 dũng KR8, KR8-2 v DTR64 cú mc khỏng cao t khỏng im 1 n 3 Trong khi ú IR64 b nhim va n nhim nng t im 7 n im 9 17 3.3.2.2 Đánh giá một số đặc tính nông sinh học - Kt qu kho nghim v xuõn nm 2011, 2012 ti H Ni v H Nam Bng 3.5 thun ng rung v cỏc ch tiờu cu thnh nng sut ca cỏc dũng/ging, v xuõn nm 2011, 2012 ti H Ni (mt 50 khúm/m2) Dũng/... 64R8-2 (KR8-2) mang gen khỏng 14 Hỡnh 3.21 Kt qu s dng ch th RM190 liờn kt gen Bph3, trong chn lc cỏc cỏ th ca dũng DTR64 mang gen khỏng 3.2.4.4 Phõn tớch xỏc nh cỏ th mang gen BphZ(t) trong qun th chn to giống Hỡnh 3.22 Kt qu s dng ch th RM3735 liờn kt BphZ(t) trong chn lc cỏc cỏ th mang gen khỏng ca dũng KR8 Hỡnh 3.23 Kt qu s dng ch th RM3367 liờn kt BphZ(t) trong chn lc cỏc cỏ th mang gen khỏng ca dũng . tôi tiến hành thùc hiÖn ®Ò tµi “ Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử 2. Mục tiêu của đề tài : Sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử. chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu (Lưu Thị Ngọc Huyền và ctv,2011) 1.3. Nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu tại Việt Nam 1.3.1. Các nghiên cứu xác định chỉ thị phân tử liên. VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ******* PHÙNG TÔN QUYỀN NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIèNG LÚA KHÁNG RẦY NÂU VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CHỈ THỊ PHÂN TỬ Chuyên