Luận văn Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử để đưa gen Fea* làm tăng số hàng hạt vào các dòng bố, mẹ giống Ngô lai LVN 10 phục vụ công tác tạo giống Ngô lai năng suất cao

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử để đưa gen Fea* làm tăng số hàng hạt vào các dòng bố, mẹ giống Ngô lai LVN 10 phục vụ công tác tạo giống Ngô lai năng suất cao

1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Họ và tên: Phạm Thùy Chi NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ ĐỂ ĐƢA GEN fea* LÀM TĂNG SỐ HÀNG HẠT VÀO CÁC DÒNG BỐ, MẸ GIỐNG NGÔ LAI LVN 10 PHỤC VỤ CÔNG TÁC TẠO GIỐNG NGÔ LAI NĂNG SUẤT CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THỰC NGHIỆM Hà Nội – Năm 2021
2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Họ và tên: Phạm Thùy Chi NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ ĐỂ ĐƢA GEN fea* LÀM TĂNG SỐ HÀNG HẠT VÀO CÁC DÒNG BỐ, MẸ GIỐNG NGÔ LAI LVN 10 PHỤC VỤ CÔNG TÁC TẠO GIỐNG NGÔ LAI NĂNG SUẤT CAO Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8420114 LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC THỰC NGHIỆM NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Cán bộ hƣớng dẫn 1 Cán bộ hƣớng dẫn 2 PGS. Ts Khuất Hữu Trung Ts. Đỗ Tiến Phát Hà Nội - 2021
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Khuất Hữu Trung và TS. Đỗ Tiến Phát. Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận văn là trung thực. Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước đó. Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2021 Tác giả Phạm Thùy Chi
4. LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những thành viên đã giúp đỡ và hƣớng dẫn tôi hoàn thành luận văn: Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Khuất Hữu Trung – Phó viện trƣởng – Viện Di truyền Nông nghiệp đã hƣớng dẫn, tạo động lực và đƣa ra những lời khuyên quý báu cho tôi trong quá trình làm thí nghiệm và thực hiện đề tài. Tôi xin đƣợc cảm ơn TS Đỗ Tiến Phát – Phụ trách Phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Công nghệ sinh học, ngƣời đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin đƣợc cảm ơn các giảng viên của Viện Khoa học và Công nghệ nơi tôi theo học và tập thể cán bộ Bộ môn Kĩ thuật Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp luôn động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất - trang thiết bị để tôi có thể hoàn thành khóa học và thực hiện luận văn này. Đồng thời, tôi xin cảm ơn tập thể nhóm nghiên cứu Bộ môn Kĩ thuật Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp đã đồng ý cho tôi đƣợc tham gia vào đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử để đưa gen fea* làm tăng số hàng hạt vào các dòng bố mẹ của Việt Nam phục vụ tạo giống ngô lai năng suất cao”. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những ngƣời đã luôn bên cạnh, động viên, góp ý cho tôi trong suốt quá trình học tập. Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2021 Tác giả Phạm Thùy Chi
5. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BC 1,2,3... Backcross, lai trở lại lần thứ 1,2,3... BC5F1 Đời con lai F1 của dòng lai trở lại lần thứ 5 BC5F2 Đời con lai F2 của dòng lai trở lại lần thứ 5 BC6F1 Đời con lai F1 của dòng lai trở lại lần thứ 6 BL10 Dòng đƣợc chọn làm bố trong phép lai tạo LVN10 dCAP Derived Cleavage Amplified Polymorphism dNTPs Deoxynucleoside triphosphates DMSO Dimethyl sulfoxide (CH3)2SO. Allele đột biến lặn của gen FASCITED EAR2 có tác fea* dụng tăng hàng hạt ở ngô. Marker assisted backcross (lai trở lại có hỗ trợ của chỉ thị MABC phân tử) MAS Marker-assisted selection (chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử) ML10 Dòng đƣợc chọn làm mẹ trong phép lai tạo LVN10 PCR Polymerase chain reaction. Phản ứng nhân theo chuỗi
6. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bắp giống ngô LVN10 ở công ty giống cây trồng Thái Bình................................................................................................................. 9 Hình 1.2: So sánh ảnh hƣởng của đột biến fea* lên bắp ngô..........................11 Hình 1.3: Quá trình backcross qua các thế hệ và tỷ lệ phần trăm gen có trong các đời backcross............................................................................................. 16 Hình 2.1. Sơ đồ và kế hoạch lai tạo backcross................................................21 Hình 2.2. Chu kỳ nhiệt PCR với cặp mồi OSV1 và OSV2.............................25 Hình 3.1. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST1 giữa các dòng ML10, BL10, và W223 ........................................................................ 34 Hình 3.2. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST2 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .................................................................... .....34 Hình 3.3. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST3 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .......................................................................... 35 Hình 3.4. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST4 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .......................................................................... 35 Hình 3.5. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST5 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .......................................................................... 36 Hình 3.6. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST6 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .......................................................................... 36 Hình 3.7. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST7 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .......................................................................... 37 Hình 3.8. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST8 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .......................................................................... 37
7. Hình 3.9. Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST9 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .......................................................................... 38 Hình 3.10 Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST9 giữa các dòng ML10, BL10, và W22 .......................................................................... 38 Hình 3.11: Ảnh sản phẩm PCR các cá thể BC5F1 của tổ hợp lai ML10/W22 sử dụng cặp mồi OVS1-OVS2 ........................................................................... 39 Hình 3.12: Ảnh sản phẩm PCR các cá thể BC5F1 của tổ hợp lai BL10/W22 sử dụng cặp mồi OVS1-OVS2 ........................................................................... 40 Hình 3.13. Kết quả kiểm tra nền di truyền nhóm cá thể BC5F1 của 31 chỉ thị trên 10 nhiễm sắc thể ..................................................................................... 44 Hình 3.14. Kết quả kiểm tra nền di truyền của các cá thể BC5F1 thuộc nhóm 3 với các chỉ thị umc1160 và umc1166 ....................................................... 45 Hình 3.15. Kết quả kiểm tra nền di truyền nhóm các cá thể BC5F1 của 26 chỉ thị trên 10 nhiễm sắc thể ............................................................................... 48 Hình 3.16. Kết quả kiểm tra nền di truyền của các cá thể BC5F1 thuộc nhóm 1 và nhóm 3 với các chỉ thị umc1160 và phi070 .......................................... 48 Hình 3.17: Ảnh sản phẩm PCR các cá thể BC5F2 của tổ hợp lai ML10/W22 sử dụng cặp mồi OVS1-OVS2 ........................................................................... 50 Hình 3.18: Ảnh sản phẩm PCR các cá thể BC5F2 của tổ hợp lai BL10/W22 sử dụng cặp mồi OVS1-OVS2 ........................................................................... 51 Hình 3.19: Hình thái các dòng ngô trên đồng ruộng Thái Bình vụ Xuân 2020 ở giai đoạn tung phấn .................................................................................... 54 Hình 3.20: Hình thái các dòng ngô trên đồng ruộng Thái Bình vụ Xuân 2020 ở giai đoạn tung phấn .................................................................................... 55
8. Hình 3.21: Biểu đồ mối tƣơng quan năng suất cá thể của các dòng cải tiến BC5F3 và dòng gốc ....................................................................................... 58 Hình 3.22: Ảnh bắp sau thu hoạch của các dòng ngô thu tại Thái Bình vụ Xuân 2020 ..................................................................................................... 59 Hình 3.23: Ảnh bắp sau thu hoạch của các dòng ngô thu tại Thái Bình vụ Xuân 2020 ..................................................................................................... 60
9. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Các thông tin chi tiết chỉ thị cho đa hình trên 10 nhiễm sắc thể giữa dòng ML10 và W22 ................................................................................ 31 Bảng 3.2. Các thông tin chi tiết chỉ thị cho đa hình trên 10 nhiễm sắc thể giữa dòng BL10 và W22 ....................................................................................33 Bảng 3.3: Kết quả kiểm tra kiểu gen của các dòng BC5F1 vụ Xuân 2019.................................................................................................................40 Bảng 3.4: Tỉ lệ nền di truyền của các cá thể BC5F1 so với dòng nhận gen ML10...............................................................................................................43 Bảng 3.5. Tỉ lệ nền di truyền của các cá thể BC5F1 so với dòng nhận gen BL10................................................................................................................47 Bảng 3.6: Một số đặc điểm hình thái nông học của các dòng cải tiến BC5F3 và dòng bố mẹ gốc...............................................................................................53 Bảng 3.7: Năng suất cá thể của các dòng cải tiến BC5F3 và dòng gốc............57
10. MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................... 3 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 4 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................... 4 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................. 5 1.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM ................................................................................ 5 1.1.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam ............... 5 1.1.1.1. Sản xuất ngô trên thế giới .............................................. 5 1.1.1.2. Sản xuất ngô tại Việt Nam ............................................. 6 1.1.2. Phƣơng pháp chọn tạo giống ngô ......................................... 7 1.1.2.1. Phƣơng pháp chọn tạo giống ngô trên thế giới .............. 7 1.1.2.2. Nghiên cứu chọn tạo giống trong nƣớc ......................... 7 1.2. GIỚI THIỆU VỀ GIỐNG NGÔ LVN10 .................................................. 8 1.3. KHÁI QUÁT VỀ GEN FEA* ................................................................... 9 1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới về QTLs quy định tính trạng năng suất ngô và gen liên quan đến số hàng hạt trên bắp ngô .................. 9 1.3.2. Gen FEA2 và allele fea* ..................................................... 10 1.4. SỬ DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG PHÉP LAI TRỞ LẠI ............ 11 1.4.1. Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cây trồng .................................................................................................. 11 1.4.2. Phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp với lai hồi giao (Marker Assited Backcrossing - MABC) ................................. 15 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 19 2.1. VẬT LIỆU .............................................................................................. 19 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................. 19 2.1.2. Các loại hóa chất ................................................................. 19