Xem mẫu
- NGHIÊN C U L P B N Đ GEN CH U H N LÚA VI T NAM
Lã Tu n Nghĩa, Tr n c Trung,
Chu Th Thanh Hà
Summary
Mapping of genes conferring to the drought resistance in Vietnamese rice
Drought resistance is one of the most important agronomic traits of rice. Genetic analysis of
drought resistance in rice is to help in improving the effect of marker assisted breeding. In this
study, we carried out to identifying genes conferring the resistance to drought in Vietnamese using
an F2 population derived from a cross between the two rice cultivars LC93-1 and Khang dan 18. 12
QTLs associated with the drought resistance were identified on chromosomes: 1, 3, 6, 8, 9 and 10.
These QTLs were named: qDroughtLDS-1-DT, qDroughtLDS-3-DT, qDroughtLDS-8-DT,
qDroughtLDS-9-DT, qDroughtLDS-10-DT relative to the Leaf Drying Score (LDS) and
qDroughtDLR-1-DT, qDroughtDLR-1-DT, qDroughtDLR-3-DT, qDroughtDLR-6-DT, qDroughtDLR-
8-DT, qDroughtDLR-9-DT và qDroughtDLR-10-DT relative to Day To Leaf Rolling (DLR). The
qDroughtLDS-9-DT and qDroughtDLR-9-DT had largest additive effects, the qDroughtLDS-1-DT,
qDroughtLDS-8-DT and qDroughtDLR-8-DT had favorable allele come from LC93-1 cultivar and
others come from Khang dan 18 cultivar.
Keywords: Gene maping; Drought resistance; QTLs.
chưa có công b nào v l p b n
I. TV N gen/QTL c a các gi ng lúa nói trên.
Ch u h n là m t c tính nông h c quý Trong nghiên c u này chúng tôi ã l a
c a b t c loài cây tr ng nào, nh có kh ch n gi ng lúa LC93-1 là gi ng có kh
năng ch u h n t t mà cây tr ng có th năng ch u h n t t, năng su t cao ang ph
ch ng ch u ư c v i i u ki n khô h n kéo
bi n r ng trong s n xu t l p b n
dài c a th i ti t. c tính ch u h n c a lúa
gen/QTL quy nh tính ch u h n c a gi ng,
ang ư c các nhà ch n t o gi ng t p trung
khai thác nh m t o ra các gi ng lúa có kh nh m góp ph n khai thác có hi u qu kh
năng ch u h n t t trong các i u ki n khô năng ph c v s n xu t.
h n. Mu n khai thác t t ư c tính ch u h n
thì c n ph i phân tích l p b n gen qui II. V T LI U VÀ PHƯƠNG PHÁP
nh chúng. NGHIÊN C U
nư c ta có r t nhi u gi ng lúa có
kh năng ch u h n t t (T mèo, L c Ngh 1. V t li u nghiên c u
An, N p nương, LC93-1, CH5, CH133, Các gi ng lúa LC 93-1 và Khang dân 18
CH3...), là v t li u quí khai thác ngu n dùng lai v i nhau t o ra qu n th F2.
gen ch u h n trong ch n t o gi ng. Tuy
v y, nh ng nghiên c u phân tích phân t 2. Phương pháp nghiên c u
m c ADN i v i ngu n gen ch u h n
c a lúa nư c ta còn r t khiêm t n và v n Qui trình c a nghiên c u g m các bư c
như sau: T o qu n th F2 t t h p lai gi a
- gi ng lúa b m là Khang dân 18 (gi ng lúa III. K T QU VÀ TH O LU N
có kh năng ch u h n kém) và gi ng LC93-1
(gi ng lúa có kh năng ch u h n t t). Sau 1. ánh giá kh năng ch u h n
ó thi t k thí nghi m ánh giá kh năng K t qu ánh giá kh năng ch u h n c a
ch u h n c a các cây F2, bên c nh ó s các gi ng lúa ã cho th y gi ng LC93-1
d ng ch th phân t SSR nh n d ng bi u hi n tính ch u h n khá t t, ch s LDS
ADN gi a hai gi ng lúa b m xác nh sau 7 ngày t o khô h n là 1,33 và ch s
ch th SSR cho a hình và s d ng ch th
DLR là 18 ngày; trong khi ó gi ng Khang
cho a hình gi a hai gi ng lúa b m
dân 18 cho th y ch u h n kém v i ch s
nh n d ng ADN các cây lúa F2. D li u
LDS là 6,33 và DLR là 10 ngày. i v i
nh n d ng ADN và ánh giá ch u h n c a
các cây F2 ư c k t h p phân tích liên nh ng cây lúa F2 có kh năng ch u h n
k t xác nh gen/QTL ch u h n. các c p khác nhau (Hình 1) và ch s
LDS t 0,33 n 7 và ch s DLR là 8,33
Trong qu n th F2 l y 150 h t ã
n 21,67. T n s các cây F2 v i kh năng
ư c tr ng ki m tra tính ch u h n và
ch u h n ư c ch ra Hình 2.
thu m u tách chi t ADN. Các cây lúa
b , m và F2 ư c b trí thí nghi m Sau khi t o h n 7 ngày, s cây F2 có
ánh giá ch u h n vào v ông xuân năm cu n lá như sau: 7 cây có m c cu n lá t
2006 v i 3 l n nh c l i theo thang i m 0,33 n 1; 18 cây m c t 1 n 2; 27
c a IRRI t m c 0 n 9. Lá 4 tu n tu i cây m c t 2 n 3; 35 cây m c
c a cây lúa b , m và F2 ã ư c thu t 3 n 4; 30 cây m c t 4 n 5; 17
tách chi t ADN theo phương pháp s cây m c cu n lá t 5 n 6 và 14 cây
d ng CTAB c a Murray và Thompson m c cu n lá t 6 n 7 (Hình 2A). S
(1980). Nh n d ng ADN c a lúa ư c ti n cây F2 cu n lá hoàn toàn sau khi t o h n
hành theo phương pháp PCR s d ng m i như sau: 9 cây cu n lá hoàn toàn sau 8,33
SSR c a McCouch và ctv. (2002). n 10 ngày; 14 cây sau 10 n 12 ngày; 7
D li u v ki u gen và ki u hình ư c cây sau 12 n 14 ngày; 38 cây sau 14 n
s d ng xây d ng b n liên k t di 16 ngày; 28 cây sau 16 n 18 ngày; 19 cây
truy n gi a các ch th phân t s d ng sau 18 n 20 ngày và 13 cây sau 20 n
chương trình MAPMAKER/EXP ver 3.0. 21,67 ngày (Hình 2B). Như v y v i t n s
Chương trình MAPMAKER/QTL ver.1.1 c a các cây F2 c hai trư ng h p cu n
(Lincoln et al., 1993) ư c s d ng xác lá (Hình 2A) và th i gian lá cu n hoàn toàn
nh gen/QTL qui nh tính ch u h n lúa. (Hình 2B) sau khi t o khô h n, c hai th
Nh ng gen/QTL ã ư c xác nh nh ng trên u có d ng phân b hình chuông. Như
vùng có ch s LOD (log-likelihood) l n v y k t qu thí nghi m cho th y kh năng
hơn 3.0. QTLs ư c t tên d a trên
ch u h n v i c hai ch s cu n lá và th i
ngh c a McCouch và ctv. (1997).
gian cu n lá hoàn toàn là các tính tr ng
Ch tiêu nghiên c u: M c khô c a lá nh lư ng do a gen qui nh.
lúa hay cu n lá lúa (LDS, leaf-drying
score) và th i gian (ngày) lá lúa cu n hoàn
toàn (DLR, No. of days to leaf rolling)
trong i u ki n b khô h n.
- Sau 14 ngày gây khô h n Sau 21 ngày gây khô h n
Hình 1. Hình nh cây lúa F2 sau khi b gây khô h n.
S cây F2 S cây F2
A: Đ cu n c a lá sau 7 ngày t o khô h n B: Th i gian (ngày) lá cu n hoàn toàn
sau khi t o khô h n
Hình 2. Kh năng ch u h n v ch s cu n lá c a các cây lúa F2
2. Xây d ng b n liên k t
Các nhi m s c th : S 1 có s lư ng
183 ch th phân t SSR phân b trên 12 ch th là 12, v i kho ng cách là 100cM;
nhi m s c th c a lúa ã ư c s d ng s 2 có s lư ng ch th là 7, v i kho ng
phân tích a hình gi a 2 gi ng lúa LC93-1 cách là 58,3cM; s 3 có s lư ng ch th là
và Khang dân 18 (Hình 2). 97 ch th ã cho 10, v i kho ng cách là 127,4cM; s 4 có
a hình gi a 2 gi ng lúa nói trên, chi m t l s lư ng ch th là 9, v i kho ng cách là
kho ng 53%. 97 ch th phân t cho a hình 109,4cM; s 5 có s lư ng ch th là 7, v i
gi a hai gi ng lúa ã ư c s d ng nh n kho ng cách là 90,3cM; s 6 có s lư ng
d ng ADN F2 (Hình 3) xây d ng b n ch th là 10, v i kho ng cách là 111,1cM;
liên k t c a các ch th phân t . s 7 có s lư ng ch th là 7, v i kho ng
Bn liên k t các ch th phân t SSR cách là 80,3cM; s 8 có s lư ng ch th là
phân b trên 12 nhi m s c th v i t ng kho ng 6, v i kho ng cách là 68,4cM; s 9 có s
cách là 993,2cM, kho ng cách trung bình gi a lư ng ch th là 9, v i kho ng cách là
các ch th là 10,24cM, kho ng cách xa nh t 67,7cM; s 10 có s lư ng ch th là 8, v i
gi a hai ch th là 29cM và g n nh t là 2,4cM kho ng cách là 65,9cM; s 11 có s lư ng
(Hình 4). Tr t t s p x p c a các ch th phân ch th là 7, v i kho ng cách là 76,5cM và
t SSR trên m i nhi m s c th nghiên c u s 12 có s lư ng ch th là 5, v i kho ng
này cũng tương x ng v i tr t t s p x p c a cách là 37,9cM. Liên k t và tr t t s p
các ch th SSR trên b n liên k t lúa ã x p c a các ch th phân t SSR ư c th
ư c McCouch và ctv. (2002) và Chương hi n chi ti t trong b n liên k t (Hình 4).
trình Genom lúa (RGP) công b .
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Hình 3. h n d ng AD c a gi ng lúa Hình 4. h n d ng AD c a nh ng cây lúa
D chiêm và CR203 b ng các c p m i SSR b m và F2 v i m i SSR cho a hình gi a
khác nhau. Các c t 1, 3, 5, 7, 9, 11 là hai gi ng lúa b m . C t 1 là gi ng lúa
gi ng Khang dân; các c t 2, 4, 6, 8, 10 và LC93-1, c t 2 là gi ng lúa Khang dân, các
12 là gi ng LC93-1. c t còn l i t 1 n 13 là nh ng cây lúa F2.
3. Phân tích xác nh QTL 7 QTL ã ư c phát hi n liên quan n s
K t qu phân tích ã xác nh ư c 12 ngày cây lúa F2 cu n lá hoàn toàn sau khi b
QTL liên quan n cu n lá và th i gian t o khô h n (B ng 2). Các QTL ư c t tên
lá cu n hoàn toàn (B ng 1 & 2, Hình 4). 5 là: qDroughtDLR-1-DT, qDroughtDLR-1-DT,
QTL có ch s LOD l n hơn 3 liên quan qDroughtDLR-3-DT, qDroughtDLR-6-DT,
n cu n c a lá (B ng 1). Các thông s : qDroughtDLR-8-DT, qDroughtDLR-9-DT
Giá tr LOD, ph n trăm tác ng lên ki u và qDroughtDLR-10-DT cùng v i ch s liên
hình, v trí nhi m s c th và ch th SSR quan ư c ch ra b ng 2. Trong s 7 QTL,
biên (liên k t g n) c a các QTL ư c th có 2 QTL n m trên nhi m s c th s 1, các
hi n trong B ng 1. Các QTL ư c t tên: QTL còn l i n m trên nhi m săc th s 3, 6,
qDroughtLDS-1-DT, qDroughtLDS-3-DT, 8, 9 và 10. Ch có qDroughtDLR-8-DT có
qDroughtLDS-8-DT, qDroughtLDS-9-DT, giá tr AE là dương, như v y allen tăng
qDroughtLDS-10-DT. Các QTL có ch s thêm kh năng ch u h n n t gi ng
LOD t 3,36 n 4,35 và óng góp c a LC93-1, các QTL còn l i u có giá tr âm
QTL lên kh năng ch u h n (ki u hình) t và allen n t gi ng lúa Khang dân; như
10,1% n 12,7%. Trong s các QTL ã
v y m c dù có kh năng ch u h n kém hơn
ư c phát hi n, qDroughtLDS-9-DT có ch
gi ng LC93-1 nhưng trong qu n th F2 có
s LOD là 4,14 và có ph n trăm óng góp
s tương tác allen thì các allen n t
t i ki u hình chi m 12,9%, các ch s này
l n hơn các QTL khác, như v y nó có th gi ng Khang dân ã làm tăng kh năng
ư c xem là QTL chính qui nh tính ch u ch u h n. qDroughtDLR-10-DT ư c phát
h n. Trong s 5 QTL: qDroughtLDS-1-DT hi n trên nhi m s c th s 9 có các ch s
và qDroughtLDS-8-DT có allen làm tăng g m: AE, LOD và Var. exp. l n nh t
kh năng ch u h n n t gi ng lúa LC93-1 tương ng là: - 0,058; 6,13 và 17,4; ây là
và các QTL còn l i có allen n t gi ng QTL chính liên quan n th i gian ch u
lúa Khang dân 18 (B ng 1). h n (DLR).
- B ng 1. Các QTL ư c phát hi n liên quan n cu n lá (LDS)
a b
QTL Ch th SSR biên Nhi m s c th AE LOD Var. exp. (%)
qDroughtLDS-1-DT RM01201 - RM08148 1 0,008 3,36 10,1
qDroughtLDS-3-DT RM03441 - RM05140 3 - 0,017 3,41 11,9
qDroughtLDS-8-DT RM04955 - RM07013 8 0,030 3,59 11,0
qDroughtLDS-9-DT RM01896 - RM05657 9 - 0,154 4,14 12,9
qDroughtLDS-10-DT RM05352 - RM03123 10 - 0,087 4,35 12,7
a
Hi u qu di truy n tăng thêm do s tương tác gi a 2 allen c a LC93-1 và Khang dân.
b
óng góp c a QTL lên kh năng ch u h n.
B ng 2. Các QTL ư c phát hi n liên quan ngày cu n lá hoàn toàn (DLR)
a b
QTL Ch th SSR biên Nhi m s c th AE LOD Var. exp. (%)
qDroughtDLR-1-DT RM01201 - RM08148 1 - 0,005 3,53 10,7
qDroughtDLR-1-DT RM03642 - RM03304 1 - 0,004 3,41 10,3
qDroughtDLR-3-DT RM03441 - RM05140 3 - 0,015 4,25 15,5
qDroughtDLR-6-DT RM06782 - RM06926 6 - 0,045 4,01 12,5
qDroughtDLR-8-DT RM01789 - RM04955 8 0,009 3,45 10,4
qDroughtDLR-9-DT RM04692 - RM06460 9 - 0,058 6,13 17,4
qDroughtDLR-10-DT RM05352 - RM03123 10 - 0,032 5,08 15,7
a
Hi u qu di truy n tăng thêm do s tương tác gi a 2 allen c a LC93-1 và Khang dân.
b
óng góp c a QTL lên kh năng ch u h n.
Phân tích xác nh QTL v i các ch qDroughtDLR-1-DT; qDroughtLDS-3-DT
s : cu n lá và th i gian lá cu n hoàn và qDroughtDLR-3-DT; qDroughtLDS-10-DT
toàn ã xác nh ư c 12 QTL trên các và qDroughtDLR-10-DT có cùng các ch
nhi m s c th s : 1, 3, 6, 8, 9 và 10. Ch th biên là: RM01201 - RM08148;
có nhi m s c th s 6 có m t QTL v RM03441 - RM05140; RM05352 - RM03123,
th i gian lá cu n hoàn toàn, các nhi m như v y các c p QTL này có th cùng v trí tác
s c th : 3, 8, 9 và 10 m i nhi m s c th ng lên kh năng ch u h n v th i gian cu n
có hai QTL m t liên quan n cu n lá lá hoàn toàn và cu n lá. Hai QTL n m trên
và m t liên quan n ngày lá cu n hoàn nhi m s c th s 9 là: qDroughtLDS-9-DT (
toàn. Nhi m s c th s 1 có 3 QTL. Các cu n lá) và qDroughtDLR-9-DT (th i gian
c p QTL v cu n lá và th i gian lá cu n lá) có các ch s LOD và Var. exp. l n
cu n hoàn toàn: qDroughtLDS-1-DT và nh t và là hai QTL chính.
- C1 C2 C3 C4 C5 C6
RM 3252 RM 2770 RM 4180 RM 5412 RM 1248 RM 8116
RM 6077 RM 5953
RM 5302 RM 2421 RM 7561
RM 5796
RM 3174 RM 3703 RM 5688
RM 1201 RM 5862 RM 3441 RM 6517 RM 5981
RM 6314
RM 8148
RM 8133 RM 6853 RM 5541
RM 8095 RM 5140 RM 7396
RM 6844
RM 6929 RM 2523
RM 6229
RM 8003 RM 2634 RM 5221
RM 6676
RM 1313 RM 2439 RM 3187
RM 3969
RM 3642 RM 5864
RM 6057 RM 6328
RM 3304
RM 5642
RM 2593 RM 66782
RM 6387
RM 6926
RM 6053 RM 1153 RM 1150
RM 3876
RM 6781
C7 C8 C9 C10 C11 C12
RM 5 2 1 1 RM 6 3 6 9 RM 5 7 9 9 RM 3 3 1 1 RM 7 5 5 7 RM 1 8 8 0
RM 6 1 2 4 RM 1 1 2 4 RM 6 2 8 8
RM 7 0 1 2
RM 1 7 8 9
RM 5 5 2 6 RM 3 2 2 9 RM 7 4 8 4 RM 7 1 1 9
RM 3 9 1 8
RM 4 9 5 5
RM 1 8 9 6 RM 6 1 5 0
RM 3 1 3 7 RM 2 5 2 9
RM 7 0 1 3 RM 5 6 5 7 RM 2 3 7 1
RM 3 4 4 9 RM 5 1 9 5
RM 1 1 8 9 RM 5 3 5 2
RM 6 7 6 7 RM 8 0 4 2 RM 2 0 2 0
RM 4 6 9 2
RM 2 9 6 6
RM 6 4 6 0
RM 5 4 0 3 RM 3 1 2 3 RM 4 8 6 2
RM 6 3 8 2
RM 2 1 4 4 RM 5 7 6 8
RM 1 3 0 6 RM 5 9 6 1
: Ký hi u QTL liên quan đ n đ cu n lá (LDS).
: Ký hi u QTL liên quan đ n th i gian lá cu n hoàn toàn (DLR).
:10cM
Hình 5. B n liên k t gi a các ch th SSR và 12 QTL ã ư c phát hi n
liên quan n kh năng ch u h n.
- T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
IV. K T LU N VÀ KI N NGHN
1. K t lu n
Qua phân tích kh năng ch u h n v i hai ch s cu n lá và th i gian lá cu n hoàn
toàn, phân tích ki u gen c a các gi ng lúa LC93-1, Khang dân và th h F2 c a chúng ã
xây d ng ư c b n liên k t các ch th SSR và xác nh ư c các QTL liên quan n
kh năng ch u h n như sau:
1. Xây d ng ư c b n liên k t g m 97 ch th phân t SSR phân b trên 12 nhi m
s c th lúa v i t ng chi u dài là 993,2cM và kho ng cách trung bình gi a các ch th là
10,24cM.
2. ã xác nh ư c 12 QTL liên quan n ch u h n, trong ó:
5 QTL liên quan n cu n lá, g m: qDroughtLDS-1-DT, qDroughtLDS-3-DT,
qDroughtLDS-8-DT, qDroughtLDS-9-DT, qDroughtLDS-10-DT. Các QTL này n m trên
nhi m s c th s : 1, 3, 8, 9, 10 và có ch th phân t SSR biên là RM01201 - RM08148,
RM03441 - RM05140, RM04955 - RM07013, RM01896 - RM05657, RM05352 -
RM03123.
7 QTL liên quan n th i gian cu n là hoàn toàn sau khi b khô h n g m: qDroughtDLR-
1-DT, qDroughtDLR-1-DT, qDroughtDLR-3-DT, qDroughtDLR-6-DT, qDroughtDLR-8-DT,
qDroughtDLR-9-DT và qDroughtDLR-10-DT. Các QTL này n m trên nhi m s c th s 1, 3,
6, 8, 9, 10. và có các ch th SSR biên là RM01201 - RM08148, RM03642 - RM03304,
RM03441 - RM05140, RM06782 - RM06926, RM01789 - RM04955, RM04692 -
RM06460, RM05352 - RM03123.
2. Ki n ngh
Ti p t c nghiên c u t p trung vào nhi m s c th s 9 i v i các QTL:
qDroughtLDS-9-DT và qDroughtDLR-9-DT, ti n t i nghiên c u “fine mapping” sàng
l c QTL và xác nh ch th liên k t ch t v i QTL ph c v cho công tác phân l p
gen/QTL và ch n t o gi ng ch ng ch u h n nh ch th phân t .
TÀI LI U THAM KH O
1 Adam H. Price1 5, Jill E. Cairns1, Peter Horton2, Hamlyn G. Jones3 and Howard
Griffiths., 2002. Linking drought-resistance mechanisms to drought avoidance in
upland rice using a QTL approach: progress and new opportunities to integrate
stomatal and mesophyll responses. Journal of Experimental Botany, Vol. 53, No. 371,
pp. 989-1004.
2 Ali ML, Pathan MS, Zhang J, Bai G, Sarkarung S, guyen HT., 2000. Mapping QTL
for root traits in a recombinant inbred population from two indica ecotypes in rice.
Theoretical and Applied Genetics 101, 756-766.
3 Bing Yue, Weiya Xue, Lizhong Xiong, Xinqiao Yu, Lijun Luo, Kehui Cui, Deming Jin,
Yongzhong Xing and Qifa Zhang., 2006. Genetic Basis of Drought Resistance at
Reproductive Stage in Rice: Separation of Drought Tolerance From Drought
Avoidance. Genetics, Vol. 172, 1213-1228.
4 Champoux MC, Wang G, Sarkarung S, Mackill DJ, O'Toole JC, Huang , McCouch
SR., 1995. Locating genes associated with root morphology and drought avoidance in
rice via linkage to molecular markers. Theoretical and Applied Genetics 90, 969-981.
7
- T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
5 Courtois B, McLaren G, Sinha PK, Prasad K, Yadav R, Shen L., 2000. Mapping
QTLs associated with drought avoidance in upland rice. Molecular Breeding 6, 55-66.
6 Lander ES, Green P, Abrahamson J, Barlow A, Daly MJ, Lincoln SE, ewburg L.,
1987. Mapmaker: an interactive computer package for constructing primary genetic
linkage maps of experimental and natural populations. Genomics 1, 174-181.
7 McCouch S.R; Teytelman L, Xu Y, Lobos K.B, Clare K, Walton M, Fu B, Maghirang
R, Li Z, Xing Y, Zhang Q, Kono I, Yano M, Fjellstrom R, DeClerck G, Schneider D,
Cartinhour S, Ware D, Stein L, 2002. Development and Mapping of 2240 New SSR
Markers for Rice (Oryza sativa L.). DNA Research 9:199 - 207
8 Murray M.G, Thompson WF, 1980. Rapid isolation of high molecular weight plant
DNA. Nucleic Acids Res 8: 4321-4325.
gư i ph n bi n: Lê Huy Hàm
8
nguon tai.lieu . vn
