B GIÁO D C VÀ ðÀO T O TRƯ NG ð I H C NÔNG NGHI P HÀ N I VÕ TH MINH TUY N PHÁT TRI N NGU N V T LI U MANG GEN KHÁNG VI KHU N B C LÁ (XANTHOMONAS ORYZAE PV ORYZAE) PH C V CÔNG TÁC CH N T O GI NG LÚA CHO CÁC T NH PHÍA B C VI T NAM Chuyên ngành: Di truy n ch n gi ng tr ng Mã s : 62620501 LU N ÁN TI N SĨ NÔNG NGHI P Ngư i hư ng d n: TS Ph m Ng c Lương PGS.TS Vũ Văn Li t HÀ N I, 2012 L I CAM ðOAN Tơi xin cam đoan r ng s li u k t qu nghiên c u lu n án trung th c chưa ñư c s d ng ñ b o v m t h c v Tơi xin cam đoan r ng m i s giúp ñ cho vi c th c hi n lu n án ñã ñư c cám ơn thơng tin trích d n lu n án ñ u ñã ñư c ghi rõ ngu n g c Tác gi Võ Th Minh Tuy n Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… i L I C M ƠN Tơi xin bày t lịng bi t ơn sâu s c đ n PGS.TS Vũ Văn Li t - Phó hi u trư ng trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i, Vi n trư ng Vi n Nghiên c u Lúa TS Ph m Ng c Lương - Trư ng b môn ð t bi n Ưu th lai - Vi n Di truy n Nông nghi p nh ng ngư i th y t n tình giúp đ , hư ng d n, t o m i ñi u ki n thu n l i chia s nh ng khó khăn tơi su t năm li n th c hi n hoàn thành lu n án Tơi xin cám ơn chân thành đ n ThS Nguy n Th Minh Nguy t ñã h t lịng giúp đ tơi nh ng ki n th c lĩnh v c sinh h c phân t nh ng tài li u tham kh o chuyên môn q giá Trong th i gian qua, tơi nh n ñư c s giúp ñ quý báu c a Ban lãnh đ o Vi n Di truy n Nơng nghi p, cán b , b n bè ñ ng nghi p b môn ð t bi n & Ưu th lai b môn Sinh h c Phân t - Vi n Di truy n Nông nghi p Nhân d p xin chân thành c m ơn s giúp đ q báu Tơi xin c m ơn th y cô giáo Vi n ðào t o Sau ñ i h c, Khoa Nông h c B môn Di truy n Ch n gi ng tr ng - Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i t o u ki n giúp tơi hồn thành t t m c tiêu nghiên c u m i th t c đ có th hồn thành lu n án Tôi r t bi t ơn nh ng ngư i thân gia đình tơi ñã bên tôi, quan tâm t o ñi u ki n t t cho h c t p nghiên c u M t l n n a xin chân thành c m ơn s giúp ñ quý báu c a t p th cá nhân dành cho tơi Tác gi Võ Th Minh Tuy n Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… ii M CL C L i cam ñoan i L i c m ơn ii M cl c iii Danh m c ch vi t t t vi Danh m c b ng vii Danh m c hình ix M ð U 1 Tính c p thi t c a ñ tài M c tiêu c a ñ tài Ý nghĩa khoa h c th c ti n c a ñ tài Nh ng đóng góp m i c a lu n án ð i tư ng ph m vi nghiên c u Chương T NG QUAN TÀI LI U 1.1 Tình hình s n xu t lúa th gi i nư c 4 1.1.1 S n xu t lúa th gi i 1.1.2 S n xu t lúa 1.2 Vi t Nam B nh b c lúa 1.2.1 Nh ng nghiên c u v b nh b c lúa 1.2.2 Vi khu n gây b nh b c lúa 1.2.3 Các gen kháng b nh b c lúa 12 1.3 Ch th phân t ng d ng ch n t o gi ng tr ng 1.3.1 1.3.2 1.4 Ch th phân t ng d ng c a ch th phân t ch n t o gi ng lúa Nuôi c y bao ph n ng d ng ch n t o gi ng lúa 1.4.1 1.4.2 K thu t nuôi c y bao ph n ng d ng nuôi c y bao ph n ch n t o gi ng lúa Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 16 16 20 30 30 32 iii Chương V T LI U, N I DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 38 2.1 V t li u nghiên c u 38 2.2 N i dung nghiên c u 39 2.2.1 ðánh giá ngu n v t li u kh i ñ u xác ñ nh ch th phân t liên k t gen kháng b nh b c 2.2.2 Xác ñ nh cá th lai mang gen kháng b nh b c ñưa vào ni c y bao ph n lúa t o dịng ñơn b i kép 2.2.3 39 39 ðánh giá dịng đơn b i kép thu đư c, xác đ nh t p đồn v t li u mang gen kháng b nh b c lá: xa5, Xa7, Xa21 ch n l c dòng lúa tri n v ng 2.2.4 2.3 39 Xác đ nh dịng tri n v ng kháng b nh b c lúa ph c v cho s n xu t 40 Phương pháp nghiên c u 40 2.3.1 Thí nghi m đánh giá ñ c ñi m nông sinh h c c a dòng gi ng lúa 40 2.3.2 Phương pháp ch th phân t 41 2.3.3 Phương pháp lây b nh nhân t o 42 2.3.4 Phương pháp lai 44 2.3.5 Ni c y bao ph n lai đư c chuy n gen 45 2.3.6 ðánh giá dịng đơn b i kép 47 2.3.7 Phương pháp x lý s li u 47 Chương K T QU NGHIÊN C U VÀ TH O LU N 3.1 48 ðánh giá ngu n v t li u kh i ñ u xác ñ nh ch th phân t liên k t gen kháng b nh b c 3.1.1 ðánh giá xác ñ nh v t li u cho gen kháng s d ng thí nghi m 3.1.2 48 ðánh giá, ch n l c xác ñ nh ngu n v t li u nh n gen s d ng nghiên c u 3.1.3 48 49 Xác ñ nh ch th phân t liên k t ch t v i gen kháng vi khu n b c xa5, Xa7, Xa21 ñ s d ng ch n gi ng lúa kháng b nh b c b ng ch th phân t Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 52 iv 3.2 Ch n l c lai b ng ch th phân t , xác ñ nh cá th lai mang gen kháng vi khu n b c ñưa vào ni c y bao ph n lúa t o dịng ñơn b i kép 3.2.1 Ch n l c cá th lai mang gen kháng xa5, Xa7 - Sơ ñ lai 3.2.2 Ch n l c cá th lai 56 56 th h BC1F1, BC2F1, BC3F1 (c a t h p lai MT508-1 dòng IRBB62) mang gen kháng Xa7, Xa21 – Sơ ñ lai 3.2.3 59 Nuôi c y bao ph n cá th lai mang gen kháng b nh b c t o dịng đơn b i kép 3.3 69 ðánh giá dịng đơn b i kép thu đư c, xác đ nh t p đồn v t li u mang gen kháng b nh b c lúa: xa5, Xa7, Xa21 ch n l c dòng lúa tri n v ng 3.3.1 74 ðánh giá dòng ñơn b i kép thu ñư c t nuôi c y bao ph n cá th lai mang gen kháng vi khu n b c xa5, Xa7 3.3.2 Ki m tra, đánh giá dịng đơn b i kép mang gen kháng vi khu n b c Xa7, Xa21 thu ñư c t t h p lai MT508-1/IRBB62 3.3.3 82 Th o lu n, ñánh giá k t qu ch n t o dòng v t li u dòng lúa tri n v ng theo sơ ñ lai t o 3.4 74 92 ðánh giá dòng tri n v ng mang gen kháng b nh b c 3.4.1 ðánh giá ñ c ñi m nơng - sinh h c c a dịng tri n v ng 3.4.2 97 ðánh giá tính ch ng ch u kh kháng v i m t s sâu b nh h i c a dòng tri n v ng 3.4.3 ðánh giá gi ng lúa tri n v ng DT45 DT47 97 99 vùng sinh thái khác 101 K T LU N VÀ ð NGH 105 K t lu n 105 ð ngh 105 Danh m c cơng trình cơng b có liên quan đ n lu n án 106 Tài li u tham kh o 107 Ph l c 122 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… v DANH M C CH Ch vi t t t VI T T T Ch vi t ñ y ñ ADN Axit dezoxyribonucleic AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism BC Lai tr l i (Backcross) bp Base pair (c p nucleotide) CAPs Cleaved Amplification Polymorphisms cM Centimorgan (ñơn v chi u dài b n ñ di truy n) CTPT Ch th phân t DH Dịng đơn b i kép (Double haploid ) DTV Dòng tri n v ng DVL Dịng v t li u FAO T ch c Nơng lương c a liên h p qu c IGC U ban Ngũ c c qu c t IRRI Vi n nghiên c u lúa qu c t (International rice research institute) Is Isolate (ch ng vi khu n) MAS ch n l c nh ch th phân t (-Assisted Selection) MS Murashige & Skoog NILs Nh ng dịng tương đ ng gen (Nearly isogenic lines) NST Nhi m s c th Nu Nucleotit N6 Chu's N6 PCR Polymerase Chain Reaction RAPD Randomly Amplified Polymorphic DNAs RFLP Restriction fragment length polymorphism SNPs Single nucleotide polymorphism SSR Nh ng trình t l p l i ñơn gi n (Simple Sequence Repeats) STS Sequence Tagged Site TGMS B t d c ñ c ch c di truy n nhân ph n ng v i nhi t ñ Xoo Vi khu n gây b nh b c (Xanthomonas oryzae pv Oryzae) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… vi DANH M C B NG STT Tên hình Trang 2.1 Các dịng mang gen kháng c a Vi n nghiên c u Lúa qu c t IRRI 38 3.1 ð c m nơng - sinh h c c a dịng v t li u (V xuân - 2006) 50 3.2 ðánh giá dòng v t li u b ng lây nhi m nhân t o 51 3.3 Trình t m i cho đa hình s d ng thí nghi m 55 3.4 Ph n ng c a cá th lai F5/7 mang gen kháng v i ch ng b c (V xuân – 2008) 58 3.5 K t qu lai t o theo sơ ñ lai 59 3.6 K t qu ñánh giá ki u hình kháng, nhi m c a dịng BC1F1 (V mùa – 2008) 3.7 ðánh giá ñ c ñi m nơng - sinh h c c a cá th lai BC1F1 mang gen kháng (V mùa 2008) 3.8 62 K t qu đánh giá ki u hình kháng, nhi m c a cá th lai BC2F1 mang gen kháng b nh b c (t h p lai MT x IRBB62) - V xuân 2009 3.9 61 64 ðánh giá đ c m nơng - sinh h c c a cá th lai BC2F1 (t h p lai MT x IRBB62) mang gen kháng vi khu n b c Xa7, Xa21 (V xuân 2009) 3.10 65 K t qu ñánh giá ki u hình kháng, nhi m c a dịng BC3F1 (t h p lai MT x IRBB62) - V mùa 2009 67 3.11 K t qu ch n cá th lai mang gen kháng b nh b c theo sơ ñ lai 68 3.12 K t qu nuôi c y bao ph n cá th lai mang gen kháng vi khu n b c 69 3.13 S li u v xanh tái sinh thu ñư c 73 3.14 Ph n ng c a dịng đơn b i kép (MT5 MT7) mang gen kháng b nh v i ch ng b c - v mùa 2007 3.15 76 Ph n ng c a dịng đơn b i kép (MT5/7) mang gen kháng v i ch ng b c khác - V mùa 2008 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 79 vii 3.16 M t s ñ c m nơng - sinh h c c a dịng đơn b i kép mang gen kháng – Sơ ñ lai (v mùa 2008) 80 3.17 K t qu ch n t o ngu n v t li u mang gen kháng (Sơ ñ lai 1) 82 3.18 Ph n ng c a dịng đơn b i kép (MT1) mang gen kháng v i ch ng b c khác - V xuân 2009 3.19 84 M t s ñ c ñi m nơng - sinh h c c a dịng ñơn b i kép (MT1) - V xuân 2009 3.20 85 Ph n ng c a dịng đơn b i kép MT2 mang gen kháng v i ch ng b c khác - V mùa 2009 3.21 87 M t s đ c m nơng - sinh h c c a dịng đơn b i kép MT2 - V mùa 2009 3.22 88 Ph n ng c a dịng đơn b i kép MT3 mang gen kháng v i ch ng b c khác - V xuân 2010 3.23 90 M t s đ c m nơng - sinh h c c a dịng đơn b i kép (MT3) - V xuân 2010 91 3.24 K t qu ch n t o dòng v t li u mang gen kháng b nh b c theo sơ ñ 92 3.25 K t qu ch n t o dòng v t li u mang gen kháng b nh b c 93 3.26 K t qu ch n t o dòng tri n v ng kháng b nh b c 95 3.27 K t qu ch n t o dòng v t li u dòng tri n v ng mang gen kháng b nh b c 97 3.28 ð c ñi m nơng - sinh h c c a dịng tri n v ng v mùa 3.29 ðánh giá kh ch ng ch u c a dòng tri n v ng ñ ng ru ng - V mùa 2010 3.30 101 Năng su t c a thí nghi m kh o nghi m t i ñi m kh o nghi m khác (gi ng DT45) 3.32 100 K t qu ñánh giá m t s đ c m nơng - sinh h c c a dòng lúa DT45 DT47 t i Xã Hồng ðơng - Huy n Duy Tiên, Hà Nam 3.31 98 102 Năng su t c a thí nghi m kh o nghi m t i ñi m kh o nghi m khác (gi ng DT47) 3.33 102 Kh ch ng ch u c a gi ng lúa DT45 DT47 103 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… viii DANH M C HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 B nh b c lúa 3.1 Bi u đ th hi n tính kháng c a dòng lúa mang gen kháng vi khu n b c 48 3.2 Ph n ng c a dòng v t li u lây nhi m nhân t o 52 3.3 ða hình c a ch th RM6320 liên k t v i gen kháng vi khu n b c xa5, gi a dòng cho nh n gen kháng 3.4 Khơng đa hình c a ch th RG556 liên k t v i gen kháng vi khu n b c xa5, gi a dòng cho nh n gen kháng 3.5 54 ða hình c a ch th liên k t v i gen kháng vi khu n b c Xa21, gi a dòng cho nh n gen kháng 3.8 54 Khơng đa hình c a ch th liên k t v i gen kháng vi khu n b c Xa7, gi a dòng cho nh n gen kháng 3.7 53 ða hình c a ch th liên k t v i gen kháng vi khu n b c Xa7, gi a dòng cho nh n gen kháng 3.6 53 54 Khơng đa hình c a ch th liên k t v i gen kháng vi khu n b c Xa21, gi a dòng cho nh n gen kháng 54 3.9 Xác ñ nh cá th lai F5/7 mang gen kháng xa5 Xa7 57 3.10 Xác ñ nh cá th lai BC1F1 mang gen kháng Xa7 Xa21 60 3.11 Xác ñ nh cá th lai BC2F1 mang gen kháng Xa7 Xa21 63 3.12 Xác ñ nh cá th lai BC3F1 mang gen kháng Xa7 Xa21 66 3.13 Callus hình thành sinh môi trư ng N6 (t h p lai F1.5) xanh tái môi trư ng MS (t h p lai F1.7) 70 3.14 Cây b ch t ng thu đư c thí nghi m 71 3.15 Các d ng xanh tái sinh thu ñư c nuôi c y bao ph n lúa 72 3.16 Xác đ nh dịng đơn b i kép mang gen kháng xa5 b ng ch th phân t 74 3.17 Xác đ nh dịng đơn b i kép mang gen kháng Xa7 b ng ch th phân t 75 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… ix Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 150 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 151 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 152 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 153 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 154 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 155 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 156 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 157 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 158 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 159 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 160 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 161 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 162 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 163 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n án ti n sĩ khoa h c nông nghi p ……………………… 164 ... phân t ) gen kháng vi khu n b c 89 gi ng lúa ñ a phương K t qu cho th y có 18 gi ng mang gen Xa4, có gi ng mang gen xa5, có gi ng mang gen Xa7, khơng có gi ng lúa mang gen Xa21 (Nguy n Văn Vi t c... dòng lúa mang gen kháng b nh b c c a Vi n nghiên c u Lúa qu c t IRRI 5.2 Ph m vi nghiên c u: Nghiên c u ch n t o ngu n v t li u mang gen kháng b nh b c ph c v cho công tác ch n t o gi ng lúa t... n hành th c hi n ñ tài: ? ?Phát tri n ngu n v t li u mang gen kháng vi khu n b c (Xanthomonas oryzae pv Oyzae) ph c v công tác ch n t o gi ng lúa cho t nh phía B c Vi t Nam? ?? M c tiêu c a ñ tài -