PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngô (Zea mays.L) lương thực quan trọng người có tiềm năng suất cao trồng phổ biến nhiều nước Trên giới, ngô xếp thứ ba diện tích thứ suất, sản lượng lấy hạt sử dụng nhiều hình thức khác Hiện nay, 49% sản lượng ngơ sử dụng làm thức ăn gia cầm,12% làm thức ăn động vật, 25% làm lương thực thực phẩm cho người, 13% tinh bột ngành khác, 1% làm hạt giống Ước tính đến năm 2020 sản lượng ngô giới tăng từ 820,7 triệu lên 837 triệu so với năm 2010 Trong nông nghiệp Việt Nam, ngô màu quan trọng nhất, đứng vị trí thứ hai sau lúa, trồng nhiều nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng mùa vụ hình thức canh tác Kể từ thập niên 90 đến nay, cách mạng ngô lai làm thay đổi nghề trồng ngô nước ta, đưa nước Việt Nam đứng hàng ngũ nước trồng ngô tiên tiến khu vực Châu Á (Trần Hồng Uy,1997)[1] Những năm gần đây, sản xuất ngơ nước ta có phát triển mạnh mẽ diện tích, suất sản lượng Tỷ lệ tăng trưởng bình quân 20 năm qua diện tích 7,5%, suất 6,7% sản lượng 24,5% (TS.Bùi Mạnh Cường, 2007)[2] Đặc biệt việc khai thác tiềm năng suất thông qua ưu lai đưa nhanh giống ngô lai vào sản xuất quy mô rộng lớn đóng góp quan trọng làm tăng sản lượng lương thực nước Ngày với phát triển mạnh mẽ ngành công nghệ sinh học (CNSH) tạo thay đổi kì diệu nhiều lĩnh vực Trong nông nghiệp CNSH coi phương tiện giải vấn đề khó khăn mà cơng tác chọn tạo giống truyền thống khó thực có thực nhiều thời gian Trong công tác chọn tạo giống ngô lai, kỹ thuật tạo dòng phương pháp nuôi cấy bao phấn, sử dụng thị phân tử đánh giá tính đa dạng di truyền tập đoàn nguyên liệu sử dụng trợ giúp đắc lực cho phương pháp truyền thống, góp phần đẩy nhanh việc xây dựng tổ hợp lai ưu tú đáp nhu cầu ngày tăng số lượng chủng loại giống ngô lai vào sản xuất, giảm thiểu số công đoạn công tác chọn tạo Vì vậy, chúng tơi tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu tính đa dạng di truyền số dịng ngơ Việt Nam Viện nghiên cứu ngô Đan Phượng - Hà Nội” Mục tiêu đề tài - Tách chiết DNA tổ hợp lai ưu tú 20 dịng ngơ Việt Nam phịng thí nghiệm - Kiểm tra độ dịng ngô nghiên cứu mức độ phân tử - Dựa thị phân tử SSR xác định mức độ đa hình xây dựng sơ đồ phả hệ dịng - Dự đốn tổ hợp lai ưu tú 20 dịng ngơ Việt Nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn • Ý nghĩa khoa học Đề tài nghiên cứu thực chi tiết, vấn đề liên quan đến việc đánh giá độ di truyền dịng ngơ, phân tích đa dạng di truyền thị phân tử SSR với mong muốn cung cấp thêm số liệu, thông tin khả ứng dụng thị phân tử công tác chọn tạo giống lai điều kiện cụ thể Việt Nam • Ý nghĩa thực tiễn Rút ngắn thời gian đánh giá dòng, giảm bớt khối lượng công việc lai tạo đồng ruộng, kết hợp phương pháp đánh giá đồng ruộng nhanh chóng xác định, chọn lọc tổ hợp lai cho suất cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: 20 dịng ngơ Việt Nam - Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá độ di truyền, khoảng cách di truyền dịng, phân nhóm dự đoán ưu lai nhờ sử dụng thị SSR - Địa điểm nghiên cứu: Bộ môn Công nghệ Sinh học - Viện nghiên cứu Ngô - Đan Phượng - Hà Nội - Thời gian từ 23/02/2011 đến 22/05/2011 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC Cây ngô (Zea mays.L) thuộc chi Zea, phân họ ngơ (Maydeae), họ phụ hịa thảo (Panicoideae), họ hịa thảo (Grmaineae), hòa thảo (Grmainale), lớp mầm (Cosmobionia) có nhiễm sắc thể 2n=20 Cây ngơ hàng năm với hệ thống rễ chùm phát triển, lồi giao phấn có hoa đơn tính gốc 1.1 Vai trị ngơ kinh tế Trong lịch tiến hóa khoảng nghìn loài trồng phổ biến trái đất nay, chưa có lồi trồng phát triển nhanh chóng có nhiều cơng dụng cho người ngô (Cao Điểm Đắc, 1988)[3] Trước hết ngô ngũ cốc ni sống gần 1/3 dân số tồn cầu Tồn giới sử dụng 21% sản lượng ngơ làm lương thực Ngơ lương thực người dân khu vực Đông Nam Phi, Tây Phi, Nam Á… Ngô thành phần quan trọng bậc thức ăn chăn nuôi Hầu 70% chất tinh thức ăn chăn nuôi tổng hợp từ ngô, 71% sản lượng ngô giới làm thức ăn chăn nuôi (Ngô Hữu Tình,2003)[8] Ngơ cịn loại hàng hóa xuất ngành nông nghiệp, giới hàm lượng ngô xuất nhập khoảng 70 triệu Bên cạnh ngơ cịn đem lại nhiều lợi nhuận cho người dân Theo thống kê ISAAA, Philippine, có 200 ngàn người nông dân hưởng lợi từ ngô CNSH năm 2008 Nghiên cứu tác động giống ngô đến kinh tế - xã hội cho thấy niên vụ 2003-2004, ngô CNSH làm thu nhập cho người dân thêm 7482 peso/ha (khoảng 135USD) mùa khơ, cịn mùa mưa thu nhập tăng thêm 7080 peso/ha (khoảng 125USD) Sử dụng số liệu năm 2008, nhà khoa học tính ngơ Bt cho thu nhập cao từ 5-14% mùa mưa từ 20-48% mùa khô (Clive James, 2008) 1.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất ngơ ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất ngô giới Nhờ có vai trị quan trọng kinh tế mà ngô ngày quan tâm phát triển Ngô ba lương thực lấy hạt quan trọng nơng tồn cầu trồng phổ biến nhiều nước giới đem lại suất sản lượng cao loại ngũ cốc Thực vậy, năm 2009 theo số liệu tổ chức Nông nghiệp lương thực LHQ (FAO) sản xuất ngơ: Diện tích tồn giới 159,53 triệu ha, Năng suất trung bình 5,18 tấn/ha, tổng sản lượng 817,1 triệu Năm 2009, phần lớn sản lượng ngô giới tập trung nước Mỹ, Trung Quốc, Braxin, Mehicô, Pháp Ấn Độ, chiếm 75% (FAOSTAT, 2009) Bảng 1.1: Tình hình sản xuất ngô số nước dẫn đầu giới năm từ 2004 - 2010 Chỉ tiêu Nước 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Thế giới 145,3 145,5 149,6 160,5 158,2 156,3 160,6 Diện tích Mỹ 29,8 30,4 28,6 35,0 31,8 32,2 32,9 (triệu ha) Trung Quốc 25,4 26,4 28,5 29,5 29,9 31,2 31,5 Braxin 11,6 12,9 14 14,7 14,1 12,9 12,8 Thế giới 4,9 4,8 4,8 4,9 50 5,2 5,1 Mỹ 10,1 9,3 9,4 9,5 9,7 10,3 9,7 Trung Quốc 5,1 5,3 5,3 5,2 5,6 5,1 5,3 Braxin 3,0 3,2 3,6 4,0 3,6 4,3 4,0 Sản lượng Thế giới 715,5 699,4 713,5 793,6 797,8 812,4 820,7 299,9 282,3 267,5 331,2 307,1 333,0 318,5 (triệu tấn) Mỹ Trung Quốc 130,3 139,4 151,6 152,3 165,9 158,0 168,0 Braxin 35,0 41,7 51,0 58,6 51,0 56,1 51,0 (Nguồn USDA (2010) [23]) Mỹ ln nước chiếm vị trí hàng đầu giới diện tích sản lượng ngơ, đồng thời nước có suất cao Hiện 100% diện tích trồng ngơ Mỹ ngơ lai, suất ngô tăng từ 1,5 tấn/ha năm 1930 lên đến 10,34 /ha vào năm 2009, với tổng sản lượng 332,01 triệu (FAO 2009) Và Mỹ phấn đấu đến năm 2030, suất ngô tăng gấp đơi nay, lên >18 tấn/ha Năm 2009 diện tích trồng ngô nước Đông Nam Á 8,212 triệu ha, suất bình quân đạt 31,3 tạ / với tổng sản lượng 25,67 triệu (USDA, 2010) [23] Kể từ ngô phát châu Mỹ du nhập vào khu vực khác giới, khoảng thời gian dài suất đạt khoảng 0,1-0,2 tấn/ha Nhưng đến nhờ ứng dụng rộng rãi nhiều tiến khoa học kĩ thuật di truyền chọn giống, biện pháp kỹ thuật canh tác tiên tiến, giới hoá… đặc biệt khai thác sử dụng ưu lai ngơ q trình chọn giống 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất ngô Việt Nam Trong nông nghiệp Việt Nam, ngô màu quan trọng, lương thực thứ hai sau lúa nước Ngô đưa vào Việt Nam cách khoảng 300 năm, lương thực đứng thứ hai truyền thống trồng lúa nước nên ngô chưa trọng, khơng phát huy tiềm (Ngơ Hữu Tình, 2009)[9] Ngày nay, sản xuất ngơ phổ biến rộng khắp nước từ vùng núi cao đến đồng bằng, trung du Năm 2009, diện tích ngơ nước 1086.8 nghìn ha, suất đạt 40,8 tạ/ha sản lượng ngơ 4431,8 nghìn Nhưng tháng đầu năm 2009, Việt Nam phải nhập 0,8 triệu ngô, nhu cầu dùng ngô làm thức ăn chăn nuôi tăng mạnh Hiện thị phần giống ngô lai Việt Nam chiếm khoảng 60%, chủ yếu giống lai đơn áp dụng vào sản xuất tất vùng sinh thái nước.Trong năm gần Viện Nghiên cứu Ngô liên kết với Viện thành viên VAAS công ty nước nâng cao hiệu nghiên cứu chuyển giao nhanh kết nghiên cứu phục vụ sản xuất, giống ngơ LVN4, LVN9, LVN14, LVN99… Bảng1.2 Tình hình sản xuất ngơ Việt Nam từ 2005 – 2009 Năm Diện tích Năng suất Sản lượng (1000 ha) Tạ/ (1000 tấn) 2005 2006 2007 2008 2009 1052,6 36,0 1033,1 37,3 1096,1 39,3 1140,2 40,1 1086,8 40,8 Nguồn: tổng cục thống kê 2009 [12] 3787,1 3854,6 4303,2 4573,1 4431,8 Tiến độ gieo trồng năm 2010 nhanh so với năm 2009, tính đến trung tuần tháng 2/2010 địa phương nước gieo trồng 2632,7 nghìn ngơ 106,1% kì năm trước Đến trung tuần tháng 9/2010 nước đã gieo trồng được 953,8 nghìn ngô tăng 1,4% so với cùng kì năm 2009 Và đến ngày 15/3/2011 cả nước ta đă gieo trồng được 353,7 nghìn bằng 95,8% cùng kì năm trước (Tổng cục thống kê 2010, 2011)[13] Chiến lược nghiên cứu phát triển ngô Việt Nam đến năm 2020 xác định: -Đẩy mạnh nghiên cứu ngơ góp phần đưa diện tích ngơ nước đến năm 2015, phấn đấu đạt 1,3 triệu ngô; suất đạt 50 tạ/ha; sản lượng đạt 6,5 triệu tấn, đến năm 2020 đạt 1.500.000 với suất bình quân 60 tạ/ha sản lượng 9,0 triệu tấn, nhầm đảm bảo cung cấp nguyên liệu cho chế biến thức ăn chăn nuôi nhu cầu khác nước, bước tham gia xuất Bảng 1.3 Dự kiến diện tích, suất sản lượng ngơ nước đến năm 2020 Năm Diện tích Năng suất Sản lượng ( ) ( tạ / ha) Triệu 2005 1043 300 36,0 3,7 2010 1200 000 42,0 5,4 2015 1300 000 50,0 6,5 2020 1500 000 60,0 7,8 Nguồn: Chiến lược pháp triển ngô đến năm 2020[14] -Cải thiện thu nhập đời sống cho người sản xuất ngô, nâng cao hiệu sử dụng đất, lao động vốn đầu tư -Đẩy mạnh nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai đảm bảo đủ sức cạnh tranh thị trường nước xuất -Đảm bảo cung cấp giống ngô lai Việt Nam chiếm 51-55% thị phần ngô lai nước nhằm chủ động hạt giống với giá bán phù hợp với khả đầu tư nông dân -Nghiên cứu giải pháp khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu sản xuất ngô, tăng thu nhập cho người trồng ngơ, bảo vệ mơi trường sinh thái, góp phần xây dựng nông nghiệp bền vững 1.3 Cơ sở khoa học 1.3.1 Ưu lai (ƯTL) - lịch sử nghiên cứu, ứng dụng chọn tạo giống ngô ƯTL tượng di truyền, lai biểu sức sống, đặc tính hình thái, sinh lý, khả thích nghi, khả chống chịu suất hẳn bố mẹ (Nguyễn Lộc, 1997) [5] Người quan sát thấy tượng ƯTL ngô Charles Darwin, ông nhận thấy giao phối phát triển cao tự phối 20% tác phẩm “ Tác động giao phối tự phối giới thực vật” xuất năm 1876 Năm 1878 nhà nghiên cứu người Mỹ tên Beal áp dụng thực tế ƯTL việc tạo giống ngô lai giống Ông thu cặp lai hẳn giống bố mẹ suất từ 10-15% Năm 1904 Shull lần tiến hành tự thụ cưỡng ngơ để thu dịng chuẩn tạo giống lai từ dịng chuẩn Năm 1913 Shull đưa vào tài liệu khoa học thuật ngữ “Hetetosis” để ƯTL (Hetetosis từ rút gọn Stimulus of heetrozygosis) Từ năm 1918 Jones đề xuất sử dụng lai kéo sản xuất để giảm giá thành hạt giống việc áp dụng ƯTL vào trồng trọt, chăn nuôi phát triển nhanh chóng ƯTL chế dị hợp tử biểu tổ hợp lai tính trạng nhà di truyền chọn giống chia làm dạng biểu chính: - Ưu lai hình thái - Ưu lai suất - Ưu lai tính thích ứng - Ưu lai tính chín sớm - Ưu lai sinh lý, sinh hóa Đối với ngơ, ƯTL suất có vai trị quan trọng nhất, thể qua tăng yếu tố cấu thành suất chiều dài bắp, số hàng hạt, số hạt/hàng, tỉ lệ hạt/cây… Theo Richey (1927) ƯTL suất ngơ với giống lai đơn đạt từ 193% đến 263% so với trung bình bố mẹ (Trích dẫn theo Mai Xuân Triệu, 1998) Trong năm gần đây, phương pháp đánh giá đa dạng di truyền dòng dựa vào thị phân tử để phân nhóm cách biệt di truyền giảm bớt khối lượng công việc lai tạo đồng ruộng, rút ngắn thời gian đánh giá Phương pháp không phụ thuộc vào môi trường mùa vụ, tiết kiệm nhiều thời gian công sức cho nhà tạo giống 1.3.2 Đa dạng di truyền dự đoán ưu lai theo phương pháp truyền thống 1.3.2.1 Đa dạng di truyền ngô: Sự đa dạng di truyền ngô thể tất tính trạng cây, cờ bắp Các nghiên cứu cho thấy: Ngơ có mức độ sai khác di truyền lớn quần thể quần thể chéo Các nghiên cứu mức độ phân tử cho thấy mức độ đa dạng ngô cao 3-10 lần so với loài thân thảo khác (Buckler cs, 2001) [17] Các nhà chọn giống dựa vào đa dạng tự nhiên để lựa chọn giống /lồi tốt, từ cải tiến nhằm nâng cao tiêu số lượng chất lượng chất lượng giống, ngô, suất cao gấp 55 lần so với suất giống ngô tổ tiên (Buckler cs,2001)[17] 1.3.2.2 Đa dạng di truyền dự đoán ưu lai theo phương pháp truyền thống Các nghiên cứu tượng ƯTL cho thấy khác biệt di truyền bố mẹ có ảnh hưởng lớn tới biểu ƯTL tổ hợp lai đơn, Shull G,H (1948) kết luận: ƯTL sinh lý thể biểu qua phát triển nhanh, qua chiều cao ƯTL có mối tương quan thuận với độ khơng giống giao tử mà từ lai hình thành Sự khác giao tử nhiều biểu ƯTL lai lớn (trích theo Ngơ Hữu Tình cs, 1997) [7] Cây ngơ lồi giao phấn điển hình, quần thể đa dạng dị hợp tử kiểu gen, thơng tin đa dạng di truyền nguồn gen cần thiết vơ hữu ích cơng tác đánh giá dịng, phân nhóm ƯTL dự đốn tổ hợp lai ưu tú có khả cho suất cao Đa dạng di truyền có tầm quan trọng to lớn chọn tạo giống ngô, đặc biệt cho chương trình tạo giống ngơ lai Chính vậy, ngơ 10 Dựa sơ đồ phả hệ hình 3.4 cho thấy, hệ số tương đồng di truyền 0,35 20 dịng nghiên cứu phân thành nhóm: - Nhóm I: gồm dịng, dịng chia làm nhóm phụ hệ số tương đồng 0,46 + Nhóm phụ 1: gồm dịng C1, C329, C369 + Nhóm phụ 2: gồm dịng C208, C245, C222, C236 - Nhóm II: gồm dịng, chia làm nhóm phụ hệ số tương đồng 0,46 + Nhóm phụ 1: có dịng C43 + Nhóm phụ 2: có dịng C45, C84 - Nhóm III: gồm có dịng, hệ số tương đồng 0,46 dịng chia làm nhóm phụ + Nhóm phụ 1: gồm dịng: C24, C40 + Nhóm phụ 2: gồm dịng C115, C128 + Nhóm phụ 3: gồm dịng C133, C143 ` + Nhóm phụ 4: gồm dịng C200 + Nhóm phụ 5: có dịng C477 C738 - Nhóm IV: gồm có dịng C275 Nhiều kết luận khoa học ưu lai khẳng định ưu lai chịu chhi phối mạnh mẽ khác biệt di truyền hai dạng bố mẹ Vì việc phân chia nhóm dịng dựa khoảng cách di truyền xác định nhờ thị phân tử sở quan trọng vấn đề sử dụng, khai thác dòng nguyên liệu định hướng cho công tác lai tạo Xác xuất thành cơng với tổ hợp có ưu lai cao từ việc lai dòng khác nhóm cao so với việc lai dịng nhóm 38 3.3 Kết phân tích đa hình di truyền nhóm 20 dịng ngơ nghiên cứu: 3.3.1 Kết phân tích đa hình nhóm Nhìn vào phả hệ, từ bảng số liệu hệ số tương đồng khoảng cách di truyền, chúng tơi chia 20 dịng ngơ nghiên cứu thành nhóm tương ứng hệ số di truyền 0,35 Trong đó, có nhóm có dịng, ba nhóm cịn lại có từ dịng ngơ trở lên Từ đó, chúng tơi tiến hành phân tích đa hình dịng nhóm Kết trình bày bảng 3.7a, 3.7b 3.7c 39 Bảng 3.7a: Hệ số tương đồng(GS) khoảng cách di truyền(GD) dịng nhóm I Dịng C1 C208 C329 GS C1 C208 C329 C369 C222 C236 C245 GS TB GD TB GD GS GD GS GD 0,370 0,542 0,464 0,444 0,444 0,345 0.630 0.458 0,536 0,556 0,556 0,655 0,520 0,414 0,538 0,481 0,600 0,480 0,586 0,462 0,519 0,400 0,615 0,444 0,481 0,538 C369 GS 0,385 0,556 0,519 0,462 GD 0,517 0,483 0,375 0,625 0,375 0,625 0,474 0,526 40 C222 C236 GS GD GS GD 0,556 0,448 0,444 0,552 0,448 0,552 C245 Bảng 3.7b: Hệ số tương đồng(GS) khoảng cách di truyền(GD) dịng nhóm II Dịng C43 C45 GS C43 C45 C84 GS TB GD GD 0,444 0,303 0,556 0,697 C84 GS GD 0,667 0,471 0,529 0,333 Kết tổng hợp bảng 3.7a cho ta thấy hệ số tương đồng trung bình nhóm I 0,474; khoảng cách di truyền trung bình đạt 0,526 Cặp dịng C329 - C369 có hệ số di truyền lớn 0,615 khoảng cách di truyền nhỏ 0,385; cặp dịng C1 – C245 có hệ số di truyền nhỏ 0,345 khoảng cách di truyền lớn 0,655; 19 cặp cịn lai có GS dao động từ 0,370- 0,600 GD biến thiên khoảng 0,400- 0,630 41 Bảng 3.7c: Hệ số tương đồng(GS) khoảng cách di truyền(GD) dịng nhóm III Dòng C24 C40 GS GD C40 0,571 GS GD GS GD 0,517 0,483 0,394 C128 GS 0,586 0,344 0,656 0,483 C133 0,367 0,633 GD C143 0,433 C200 GS GD 0,600 0,433 0,567 0,481 0,567 0,406 0,594 0,594 0,355 0,419 0,581 0,353 0,647 0,438 0,563 C477 0,333 0,613 0,364 0,636 0,500 C738 0,323 0,625 0,243 0,757 0,394 GS GD 0,645 0,500 0,613 0,387 0,500 0,273 0,727 0,606 0,229 0,771 GS GD 0,613 0,406 0,594 0,273 0,727 0,419 0,581 0,500 0,355 0,645 0,324 0,500 0,676 0,394 0,606 C477 0,500 0,387 C200 0,519 0,406 C143 0,517 0,400 C133 0,606 0,414 C128 0,429 C115 C115 GS GD 0,607 0,393 C24 GS TB 0,362 GD TB 0,638 42 C738 Ở bảng 3.7b, 3.7c cho thấy GS trung bình hai nhóm II III 0,471 0,362; giá trị GD trung bình hai nhóm tương ứng với 0,529 0,638 Để thấy đa dạng di truyền rõ ta có bảng 3.8 Bảng 3.8: Hệ số tương đồng khoảng cách di truyền trung bình cặp dịng nhóm Nhóm I II III IV Số cặp lai 21 36 GS trung bình 0,474 0,471 0,362 GD trung bình 0,526 0,529 0,638 Kết bảng 3.8 cho thấy lấy dịng C275(nhóm IV) làm thử, dịng nhóm III có khoảng cách di truyền lớn 0,638; hai nhóm I, II có giá trị khoảng cách di truyền 0,526 0,529 Do kết luận dịng ngơ nhóm III có đa dạng di truyền lớn nhất, kết hợp lai dịng nhóm 3.3.2 Kết phân tích đa hình khác nhóm Các nghiên cứu tượng ưu lai cho thấy khác biệt di truyền bố mẹ có ảnh hưởng mạnh đến biểu ƯTL tổ hợp lai đơn Chính khác biệt tạo nên trạng thái dị hợp tử tổ hợp lai, khác biệt bố mẹ lớn tính trạng dị hợp cao cho ƯTL cao tổ hợp lai (Ngơ Hữu Tình cs,1997) [7] Các nhà khoa học đưa kết luận ƯTL dịng khác nhóm cao ƯTL dịng nhóm Kết phân tích đa hình di truyền khác nhóm tổng hợp bảng 3.9 43 Bảng 3.9: Khoảng cách di truyền nhóm Nhóm I II III IV I II 0,613 III 0,599 0,666 IV 0,69 0,7 0,806 Từ bảng 3.9 ta thấy khoảng cánh di truyền nhóm III nhóm IV lớn GD = 0,806 khoảng cách di truyền thấp nhóm I với III 0,599 Kết thu thơng qua phân tích đa hình nguồn khác nguồn dự đốn nhóm ƯTL Khi lai dịng nhóm III IV có khả cho ƯTL cao khoảng cách di truyền hai nhóm lớn nhất(0,806) Tiếp đến phép lai nhóm II nhóm IV có khả cho ƯTL cao khoảng cách di truyền trung bình hai nhóm cao 0,7 Nếu dịng mà có giá trị khoảng cách di truyền cao khả cho ưu lai cao ngược lại, khả tạo ưu lai giảm dần khoảng cách di truyền nhóm ngắn 44 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 Kết luận Từ kết phân tích đa dạng di truyền phịng thí nghiệm thị phân tử SSR cố kết luận sau: - Các sản phẩm tách chiết DNA có đọ tinh nằm khoảng 1,8- 2,0, đảm bảo tiêu chuẩn để tiến hành thí nghiệm - Xác định tỷ lệ dị hợp tử, tỷ lệ khuyết số liệu 20 dịng ngơ nghiên cứu với 20 mồi sử dụng Các dịng có tỷ lệ dị hợp tử H%< 15% nên sử dụng làm vật liệu khởi đầu cho chọn tạo giống ngô lai - Xác định hệ số PIC chứng tỏ 20 dòng nghiên cứu có đa dạng di truyền nhiên mức không cao - Xác định sơ đồ phả hệ 20 dịng ngơ nghiên cứu phân làm nhóm ƯTL hệ số tương đồng di truyền GS 0,35 - Phân tích đa hình nhóm khác nhóm rút kết luận lai dịng nhóm III với dịng nhóm IV có khả cho ưu lai cao 4.2 Đề nghị Do thời gian có hạn nên chúng tơi có số đề nghị sau: - Tiếp tục hóa số dịng ngơ thu thập - Tiếp tục nghiên cứu, đánh giá mức độ tin cậy phương pháp sử dụng thị phân tử SSR nguồn vật liệu khác với số lượng dòng tham gia đủ lớn - Trên sở kết nghiên cứu thu được, tiến hành thiết kế sơ đồ lai dịng có khả cho ưu lai cao - Sử dụng vật liệu tạo vốn gen theo nhóm cách biệt di truyền, sử dụng vốn gen có đặc điểm quý lai tạo giống ngô lai 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Bùi Mạnh Cường, Trần Hồng Uy cộng (2000), “Nghiên cứu đa dạng di truyền số dịng ngơ đường phương pháp RADP markers”, Tạp chí Di truyền học ứng dụng (1), Bùi Mạnh Cường (2007), Công nghệ sinh học chọn tạo giống ngô, NXB Nông nghiệp Cao Điểm Đắc (1988), Cây ngô, NXB Nông nghiệp, Hà Nội Mai Xuân Triệu (1998), Đánh giá khả kết hợp số dịng có gốc địa lý khác nhau, phục vụ chương trình tạo giống ngơ lai, Luận án Tiến sĩ Khoa học Nông nghiệp, Viện Hàn lâm Nông nghiệp Oxphia, Bungary Nguyễn Lộc (1997), Nguyên lý tiến hóa thực vật hạt kín, NXB Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Đoài, Nguyễn Huỳnh Minh Quyên, Nguyễn Văn Trường, Bùi Mạnh Cường, Trịnh Đình Đạt (2004), “Sử dụng thị phân tử SSR để nghiên cứu đa dạng di truyền dự đoán ưu lai số dịng ngơ”, Báo cáo khoa học hội Nghị toàn quốc: Nghiên cứu Khoa học sống Ngơ Hữu Tình (1997), Cây ngơ, NXB Nơng nghiệp Ngơ Hữu Tình (2003), Cây ngơ, NXB Nghệ An Ngơ Hữu Tình (2009), Chọn lọc lai tạo giống ngô, NXB Nông nghiệp 10.Ngô Thị Minh Tâm, Bùi Mạnh Cường (2007), “ Sử dụng thị SSR phân tích đa dạng di truyền để dự đoán ưu lai khả kết hợp số dịng ngơ ”, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn, 46 Kỳ 1, tháng 5/2007 11.Phan Xuân Hào, Bùi Mạnh Cường, Nguyễn Văn Trường, Đồn Thị Bích Thảo (2004), “Phân tích đa dạng di truyền tập đồn dịng ngơ thị SSR” Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thôn (1) 12.Tổng cục thống kê (2009), Niên giám thống kê, NXB Thống kê Hà Nội 13.Tổng cục thống kê (2010), Niên giám thống kê, NXB Thống kê Hà Nội 14.Viện Nghiên cứu Ngô (2009), Chiến lược phát triển ngô đến năm 2020 TIẾNG ANH 15 AMBIONET – CIMMYT (Maria Luz C,G,, S,R, Ellen) (2004) Laboratory han dbook, protocob for Maize Genotyping using SSR Makers and Data Analysis, AMBIONET Servicie Laboratory - -CIMMYT, Metro Malina, philippines, 16 Becker J,, P, Vos, M, Heun (1995), “Combined mapping of AFLP and RFLP maker in barley”, Mol, Gen, Genet, 269: 65 - 73 17.Bucker E,S,, et al (2001), “Molercular diversity structure DNA domestication of grasses”, Genet, Res 18.Hallauer A,R,, et al (1988), “Corn breeding”, Corn DNA corn in improvement, American society of Agronomy, USA, 19.Lanza L, L, B,, C, L, J, Souza, L, M, M, Ottoboni, M, L, C, Vieira, A, P, Souza (1997), “Genetic distance of inbred lines and prediction of maize single cross performance using RAPD marker”, Theor, Appl, Genet 94: 1023 - 1030 20.Messmer M, M,, et al(1992), “Relationships among Early European Maize Inbred: I, Genetic diversity among Flint DNA Dent lines revealed by RFLPS”, Crop Sic , 32 21.Saghai Maroof M,A,, et al (1984), “Ribosomal DNA spacer legth polymorphism in barley, Mendelian inheritance, chromosomal location DAN population dynamics”, proc, Natl Acad, Sic, USA 81, 47 22.Senior M,L,, M,M, Murohy, C,W, Stuber (1998) “Utility of SSRs for determinning genetic similarities and relationships in maize using an agarose gel system”, Crop Sci, 38: 1088 - 1098 23.USDA (2010) – http://fas,usda,gov/psdonline/psdquery,aspx 48 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 1.1 Vai trị ngơ kinh tế 1.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất ngơ ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất ngô giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất ngơ Việt Nam .6 1.3 Cơ sở khoa học 1.3.1 Ưu lai (ƯTL) - lịch sử nghiên cứu, ứng dụng chọn tạo giống ngô 1.3.2 Đa dạng di truyền dự đoán ưu lai theo phương pháp truyền thống 10 1.3.2.1 Đa dạng di truyền ngô: 10 1.3.2.2 Đa dạng di truyền dự đoán ưu lai theo phương pháp truyền thống 10 1.3.3 Ứng dụng thị phân tử nghiên cứu đa dạng di truyền ưu lai 11 1.3.4 Tình hình nghiên cứu đa dạng di truyền dự đoán ưu lai ngô Việt Nam .14 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Vật liệu nội dung nghiên cứu .16 49 2.1.1 Vật liệu nghiên cứu .16 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 18 2.2 Phương pháp nghiên cứu 19 2.2.1 Phương pháp phân tích đa dạng di truyền phịng thí nghiệm 19 2.2.2 Phương pháp xử lý số liệu .22 CHƯƠNG 3: 24 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .24 3.1 Kết tách chiết DNA tổng số .24 3.2 Kết sử dụng thị phân tử SSR phân tích đa dạng di truyền 26 3.2.1 Kết đánh giá độ di truyền dịng ngơ nghiên cứu 26 3.2.2 Kết đánh giá hệ số PIC, số alen tổng số băng DNA thể mồi 29 3.2.3 Kết phân tích mối quan hệ di truyền dịng .33 3.3 Kết phân tích đa hình di truyền nhóm 20 dịng ngô nghiên cứu: 39 3.3.1 Kết phân tích đa hình nhóm 39 3.3.2 Kết phân tích đa hình khác nhóm 43 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .45 4.1 Kết luận 45 4.2 Đề nghị 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO .46 50 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tình hình sản xuất ngô số nước dẫn đầu giới năm từ 2004 - 2010 Bảng1.2 Tình hình sản xuất ngơ Việt Nam từ 2005 – 2009 Bảng 1.3 Dự kiến diện tích, suất sản lượng ngơ nước đến năm 2020 Bảng 2.2: Danh sách 20 cặp mồi SSR sử dụng nghiên cứu 18 Bảng 2.3: Thành phần phản ứng PCR 20 Bảng 2.4: Chu trình nhiệt phản ứng PCR .21 Bảng 3.2: Tỷ lệ dị hợp tử (H%) tỷ lệ khuyết số liệu(M%) dịng ngơ nghiên cứu .26 Bảng 3.3: Tỷ lệ khuyết số liệu (M% mồi) 20 mồi nghiên cứu 28 Bảng 3.4: Hệ số PIC, số băng DNA số alen xuất 20 mồi 30 Bảng 3.5: Hệ số tương đồng di truyền 20 dịng ngơ nghiên cứu .35 Bảng 3.6: Khoảng cách di truyền cặp dòng sở 20 mồi SSR 36 Bảng 3.7a: Hệ số tương đồng(GS) khoảng cách di truyền(GD) dịng nhóm I 40 Bảng 3.7b: Hệ số tương đồng(GS) khoảng cách di truyền(GD) dịng nhóm II 41 Bảng 3.7c: Hệ số tương đồng(GS) khoảng cách di truyền(GD) dịng nhóm III 42 Bảng 3.8: Hệ số tương đồng khoảng cách di truyền trung bình cặp dịng nhóm 43 Bảng 3.9: Khoảng cách di truyền nhóm 44 51 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 3.1:kết điện di kiểm tra sản phẩm DNA tổng số 25 Hình 3.2: Kết điện di sản phẩm PCR với mồi phi374118 31 Hình 3.3: Kết điện di sản phẩm PCR với mồi phi32 32 Hình 3.4: Kết điện di sản phẩm PCR với mồi phi109275 32 Hình 3.5: Kết điện di sản phẩm PCR với mồi phi227562 .33 Hình 3.4: Sơ đồ phả hệ 20 dịng ngơ nghiên cứu 37 52 ... dịng ngơ Việt Nam Viện nghiên cứu ngô - Đan Phượng - Hà Nội 18 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp phân tích đa dạng di truyền phịng thí nghiệm Tách DNA tổng số Mỗi dòng lấy 10 đại di? ??n,... cho nhà tạo giống 1.3.2 Đa dạng di truyền dự đoán ưu lai theo phương pháp truyền thống 1.3.2.1 Đa dạng di truyền ngô: Sự đa dạng di truyền ngô thể tất tính trạng cây, bơng cờ bắp Các nghiên cứu. .. cứu mức độ phân tử - Dùng thị phân tử SSR đánh giá khoảng cách di truyền, xây dựng sơ đồ phả hệ 20 dịng ngơ Việt Nam Viện nghiên cứu ngô - Đan Phượng - Hà Nội - Xác định mức độ đa hình, phân nhóm