Phân tích đa dạng di truyền tập đoàn giống lúa ưu tú (NSC69 NSC93) bằng chỉ thị phân tử SSR

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH – KTNN
-------------------------

NGUYỄN THANH HOA

PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI TRUYỀN
TẬP ĐOÀN GIỐNG LÚA ƢU TÚ (NSC69 - NSC93)
BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Di truyền học

Hà Nội - 2015


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Khuất Hữu Trung đã dành nhiều
thời gian,tâm huyết chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoàn
thành khóa luận.
Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến ThS. Kiều Thị Dung đã dành rất
nhiều thời gian, tâm huyết hướng dẫn kĩ thuật, cung cấp thông tin và tài liệu
bổ ích giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Tôi xin trân trọng gửi lời cám ơn đến các cán bộ Bộ môn kĩ thuật di
truyền – Viện Di truyền nông nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy giáo, cô giáo trường Đại học sư
phạm Hà Nội 2 đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kinh nghiệm quý
báu cho tôi trong suốt 4 năm học qua.
Lời cuối, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới những người thân trong gia
đình đã luôn ở bên tôi, chăm sóc, động viên tôi và toàn thể bạn bè đã giúp đỡ

tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp này.
Hà Nôi, ngày 7 tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Thanh Hoa


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan khóa luận này hoàn toàn được thực hiện bằng sự tìm
hiểu nghiên cứu khoa học của bản thân dưới sự hướng dẫn của TS. Khuất
Hữu Trung – Viện Di truyền nông nghiệp Việt Nam. Các nội dung nghiên cứu
và kết quả được trình bày trong luận văn này là trung thực, không sao chép
bất cứ tài liệu, công trình nghiên cứu của người khác. Tôi xin chịu trách
nhiệm về lời cam đoan của mình trước hội đồng và nhà trường.

Hà Nội, ngày 7 tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Thanh Hoa


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài ........................................................................................ 1
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 2
3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................. 3
NỘI DUNG ....................................................................................................... 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ............................... 4

1.1. Nguồn gốc, phân loại và giá trị kinh tế của cây lúa.............................. 4
1.1.1. Nguồn gốc, phân loại cây lúa............................................................. 4
1.1.2. Giá trị kinh tế của cây lúa ở Việt Nam ............................................. 11
1.2. Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới và trong nƣớc ..................... 11
1.2.1. Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới ........................................... 11
1.2.2. Tình hình sản xuất lúa gạo ở nước ta ............................................... 13
1.3. Chỉ thị phân tử trong nghiên cứu đa dạng di truyền ......................... 16
1.4. Tình hình nghiên cứu đa dạng di truyền lúa trên thế giới và ở Việt
Nam.............................................................................................................. 19
1.4.1. Trên thế giới .................................................................................... 19
1.4.2. Ở Việt Nam ...................................................................................... 21
CHƢƠNG 2: NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 24
2.1. Vật liệu nghiên cứu .............................................................................. 24


2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................... 27
2.2.1. Tách chiết DNA tổng số ................................................................... 27
2.2.2. Phản ứng PCR ................................................................................. 28
2.2.3. Chu trình PCR ................................................................................. 28
2.2.4. Điện di kiểm tra sản phẩm PCR ....................................................... 28
2.2.5. Phân tích và xử lý số liệu ................................................................ 29
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ....................... 31
3.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số .......................................................... 31
3.2. Kết quả sử dụng chỉ thị phân tử SSR trong phân tích đa dạng di
truyền ........................................................................................................... 32
3.2.1 . Hệ số PIC, số allele và tổng số băng DNA thể hiện trên từng cặp
mồi ............................................................................................................ 32
3.2.2. Tỷ lệ khuyết số liệu (M%) và tỷ lệ dị hợp tử (H%) của 25 giống lúa
nghiên cứu ................................................................................................. 33

3.2.3 Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của 25 giống
lúa nghiên cứu ........................................................................................... 36
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 43


DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH
Danh mục bảng
Bảng 1.1. Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa .......... 4
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng lúa ở nước ta qua các năm ........... 13
Bảng 1.3. Xuất khẩu gạo của Việt Nam sang châu Phi, Tây Á, Nam Á năm
2014. Đơn vị: USD........................................................................................... 14
Bảng 1.4. Giá gạo xuất khẩu của Việt Nam so với Thái Lan (USD/tấn) ………16
Bảng 2.1. Danh sách 25 giống lúa nghiên cứu .................................................. 24
Bảng 2.2. Thông tin về các cặp mồi trong nghiên cứu………………………... 25
Bảng 2.3. Chu trình chạy PCR – SSR............................................................... 28
Bảng 2.4. Thành phần gel polyacrylamide ........................................................ 29
Bảng 3.1. Số allele thể hiện và hệ số PIC của 30 cặp mồi SSR ......................... 33
Bảng 3.2. Tỷ lệ di hợp tử (H%) và tỷ lệ khuyết số liệu (M%) của các dòng lúa
nghiên cứu ........................................................................................ 35
Bảng 3.3. Hệ số tương đồng di truyền giữa 25 mẫu giống lúa nghiên cứu ........ 40


Danh mục hình
Hình 3.1. Ảnh điện di DNA tổng số của 25 mẫu giống lúa nghiên cứu ............. 31
Hình 3.2. Kết quả điện di sản phẩm PCR của 25 mẫu giống lúa nghiên cứu
với đoạn mồi PTA248 (M: marker1kb) ............................................................ 36
Hình 3.3. Kết quả điện di sản phẩm SSR – PCR của 25 mẫu giống lúa nghiên
cứu với đoạn mồi RM212 (M: marker 20bp) .................................................... 37
Hình 3.4. Kết quả điện di sản phẩm SSR – PCR của 25 mẫu giống lúa nghiên

cứu với đoạn mồi RM7102 (M: marker 20bp) .................................................. 37
Hình 3.5. Kết quả điện di sản phẩm SSR – PCR của 25 mẫu giống lúa nghiên
cứu với đoạn mồi RM19429 (M: marker 20bp) ................................................ 38
Hình 3.6. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa 25 giống lúa nghiên
cứu ........................................................................................................ 39


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ARN:

Acid ribonucleic

CTAB:

Cetyl trimetyl amonium bromit

DNA:

Acid deoxyribonucleic

dNTP:

Dideoxyribo nucleozit triphosphat

EtBr:

Ethidium Bromide

IRRI:

International Research Rice Institute

PCR:

Polymerase chain reaction

PIC:

Polymorphic Information Content

QTL:

Quantitative trait loci

RAPD:

Random amplyfied polymorphic DNA

SDS:

Sodium dodecyl sunphate

SSR:

Simple sequence repeats

TE:

Tris EDTA

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Lúa gạo là cây lương thực lâu đời nhất được trồng ở nhiều nơi trên thế
giới. Diện tích gieo trồng của lúa gạo đứng thứ hai sau lúa mì, tổng sản lượng
lúa đứng thứ ba sau lúa mì và ngô. Lúa gạo là nguồn lương thực quan trọng
cho khoảng 2/3 dân số trên thế giới, vì thế lúa trở thành cây lương thực chính
và quan trọng được con người tiêu thụ và ưa chuộng nhiều nhất. Hiện nay,
diện tích trồng lúa chiếm trên 1/10 diện tích đất trồng trên thế giới và có 15
nước trên thế giới trồng lúa với diện tích lớn hơn 1 triệu ha, trong đó có tới 13
nước ở Châu Á. Riêng Trung Quốc và Ấn Độ chiếm khoảng 50% diện tích
trồng lúa và 56% sản lượng lúa toàn cầu. Bangladesh, Indonexia, Thái Lan
mỗi nước đều có diện tích trồng lúa lớn hơn tổng diện tích trồng lúa của tất cả
các nước Mĩ La tinh.
Ở nước ta, lúa là loại cây trồng quan trọng nhất, vừa là nguồn lương
thực chủ yếu, vừa là nông sản có kim ngạch xuất khẩu lớn nhất hiện nay.
Trong những năm gần đây, nước ta đã có những bước tiến vượt bậc về sản
xuất lúa gạo, mang lại nhiều lợi ích cho người sản xuất và cho xuất khẩu nhờ
vào việc sử dụng các giống lúa có năng suất cao cùng với việc thâm canh tăng
vụ. Năng suất và sản lượng lúa của nước ta không ngừng tăng lên, theo Tổng
cục thống kê: năm 1990 năng suất lúa đạt 31,8 tạ/ha với tổng sản lượng 19,2
triệu tấn; năm 2000: 42,4 tạ/ha, tổng sản lượng 32,5 triệu tấn. Sản lượng lúa cả
năm 2013 ước tính đạt 44,076 triệu tấn, tăng 1,677 triệu tấn so với năm 2012,
diện tích gieo trồng năm 2013 ước tính đạt 7 899,4 nghìn ha [7]. Tuy nhiên, do
thị hiếu tiêu dùng của con người đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng của lúa
gạo. Sự phát triển các giống lúa có năng suất, chất lượng, kháng được sâu
bệnh và điều kiên bất lợi là một trong những mục tiêu được chú trọng trong
1

các chương trình phát triển ngày nay. Chính vì vậy, việc thu thập và phân tích
nguồn gen của tập đoàn các dòng/giống lúa ưu tú để nhằm khai thác nguồn
gen ưu thế của các dòng lúa ưu tú giúp nâng cao năng suất và chất lượng đáp
ứng kịp với nhu cầu sản xuất và tiêu dùng. Xuất phát từ những lí do trên,
chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Phân tích đa dạng di truyền tập đoàn
giống lúa ưu tú (NSC69 – NSC93) bằng chỉ thị phân tử SSR”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu đa dạng di truyền giữa các dòng/giống lúa nghiên cứu, xác
định các allele đặc trưng, allele hiếm để nhận dạng chính xác các nguồn gen
phục vụ nghiên cứu chọn, lai tạo giống và định hướng phát triển giống lúa
năng suất và chất lượng cao. Sản phẩm của đề tài là cơ sở để tiến hành các
nghiên cứu về di truyền, chức năng gen, kết hợp với các chỉ tiêu về sinh lý,
sinh hóa, trao đổi chất, nhằm bảo tồn và chọn tạo các giống có năng suất cao,
chất lượng tốt, có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi
trường để sẵn sàng ứng phó với biến đổi khí hậu, góp phần nâng cao thu nhập
cho người nông dân.
3. Nội dung nghiên cứu
- Tách chiết và tinh sạch DNA các mẫu thu thập.
- Chạy phản ứng PCR – SSR với mồi SSR trên các nhiễm sắc thể khác
nhau.
- Điện di kiểm tra sản phẩm PCR.
- Xử lý kết quả thu được.

2


4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đánh giá đa dạng di truyền của các nguồn gen lúa năng suất cao tạo cơ

sở cho việc chọn lọc các nguồn gen lúa chất lượng ưu tú phục vụ cho nghiên
cứu lai tạo giống và định hướng cho công tác thu thập bảo tồn đa dạng nguồn
gen lúa năng suất cao ở mức phân tử.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Phát hiện sai khác di truyền của các giống lúa năng suất cao có ý nghĩa
quan trọng trong việc xác định các allele hiếm, allele đặc trưng để nhận dạng
chính xác các nguồn gen ưu tú phục vụ nghiên cứu phục tráng và lai tạo giống
lúa năng suất cao.

3


NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Nguồn gốc, phân loại và giá trị kinh tế của cây lúa
1.1.1. Nguồn gốc, phân loại cây lúa
 Phân loại cây lúa
Trên Trái Đất này chỉ có người dân châu Á và châu Phi biết thuần
dưỡng lúa dại thành lúa trồng hiện nay, đó là lúa châu Á (Oryza sativa) và lúa
châu Phi (Oryza glaberrima) có hai nguồn gốc, phát triển cũng như phân phối
riêng biệt. Tùy theo khí hậu, cây lúa châu Á được chia ra thành 3 nhóm khác
nhau: lúa Indica ở vùng nhiệt đới, lúa Japonica (hay Sinica) ở vùng ôn đới và
Javanica (còn gọi Japonica nhiệt đới) ở Indonesia là trung gian giữa 2 thứ lúa
kia. Những đặc tính hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa được
nêu trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Đặc trƣng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm
giống lúa
Đặc

INDICA

tính
Thân

- Thân cao

Chồi

- Nở bụi mạnh

Lá

JAVANICA
- Thân cao trung
bình
- Nở bụi thấp

- Lá rộng, xanh - Lá rộng, cứng,
nhạt

xanh nhạt

4

JAPONICA
- Thân thấp
- Nở bụi trung bình
- Lá hẹp, xanh đậm

- Hạt thon dài, dẹp
- Hạt hầu như
không có đuôi

Hạt

- Trấu ít lông và
lông ngắn
- Hạt dễ rụng

Sinh học

- Hạt tròn, ngắn

- Hạt to, dầy
- Hạt không có đuôi
hoặc có đuôi dài
- Trấu có lông dài
- Ít rụng hạt

- Hạt không đuôi tới có
đuôi dài
- Trấu có lông dài và
dầy
- Ít rụng hạt

-Tính quang cảm - Tính quang cảm rất - Tính quang cảm rất
rất thay đổi

yếu

thay đổi
Nguồn: Chang, 1985 [9]

Cây lúa trồng thuộc họ Poaceae (họ Hòa Thảo), phụ họ Pryzoideae, tộc
Oryzae, dòng Oryza, loài Oryza sativa và Oryza glaberrima. Loài Oryza
sativa là lúa trồng ở châu Á và Oryza glaberrima lúa trồng ở châu Phi. Bên
cạnh đó còn có hơn 20 loài lúa dại sống rải rác trên thế giới như ở Đông Nam
Á, Nam Á, châu Úc, New Guinea, châu Phi, Trung và Nam Mỹ. Sự xếp loại
cho cây lúa trải qua một thời gian hơn 200 năm, với rất nhiều tranh luận giữa
các nhà nghiên cứu vì không có hệ thống xếp loại thống nhất. Do vậy, nhiều
loài lúa dại được xếp cùng tên hoặc lẫn lộn nhau, tùy theo các nhà nghiên cứu,
ngoại trừ hai loài lúa trồng (sativa và glaberrima) và 7 loài lúa dại
(australiensis,

eichingeri,

latifolia,

minuta,

schlechteri,

ridleyi

và

brachyantha) (Nayar, 1973). Chẳng hạn, loài spontanea và perennis được
xem như rất gần với lúa trồng sativa, nên có tên thay đổi rất thường: loài
oryza dưới dạng spontanea, hàng niên, xem như một loài độc lập O. fatua hay

O. sativa var. fatua hoặc O. rufipogon (Sampath, 1962). Loài đa niên O.
perennis được xem như O. rufipogon Griff và loài hàng niên như O. nivara
Sharma et Shastry.
Vào năm 1753, ông Lineaeus - người đầu tiên đã mô tả và xếp loài lúa
sativa trong dòng Oryza. Pilger (1915) tìm được và mô tả loài thứ hai,

5


schlechteri từ mẫu thu thập được bởi Schlechter vào năm 1907 ở miền bắc
Tân Guinea. Bà Prodoehl (1922) đã viết bản thảo chi tiết cho giống lúa này và
17 loài được mô tả khá chi tiết. Sau đó, dòng Oryza được đặc biệt quan tâm
đến với rất nhiều chi tiết bởi một số nhà nghiên cứu như: Chatterjee (1948),
Sharma và Shastry (1965, 1971), Sharma (1973) và Nayar (1973). Trong đó,
ông Morinaga (1943, 1954) là người đầu tiên đã sử dụng kĩ thuật phân tích
genome để định danh các loài lúa dại. Công trình nghiên cứu dựa trên cơ sở
khoa học này (sự tiếp hợp của các nhiễm sắc thể giống nhau) đã giúp phân
tích các loài lúa chính xác hơn.
 Nguồn gốc cây lúa
Trên thế giới có hai loại lúa trồng: lúa châu Á và lúa châu Phi. Cây lúa
châu Á hiện chiếm ưu thế trong khâu sản xuất, tiêu thụ và thị trường thế giới
vì năng suất cao gấp 2 – 3 lần lúa châu Phi. Nguồn gốc và phân phối của cây
lúa châu Á khó có thể xác định rõ ràng vì cây lúa được con người thuần
dưỡng và canh tác từ thời tiền sử.
Nguồn gốc của cây lúa trồng là đề tài tranh luận sôi nổi từ lâu, xuất
phát từ hai nước: Trung Quốc và Ấn Độ. Mãi đến thập niên 1950, các nghiên
cứu mới có cơ sở vững chắc hơn khi kĩ thuật di truyền tế bào được áp dụng.
Địa điểm nguồn gốc xuất phát cây lúa trồng đầu tiên phải có đủ 4 tiêu chuẩn
sau:
(i)

Tổ tiên trực tiếp của cây lúa hay lúa dại phải hiện diện hoặc đã xuất
hiện ở nơi đó.

(ii)

Di chỉ khảo cổ xác nhận cây lúa đã được trồng ở nơi đó.

(iii)

Sự hiện diện loài nguyên thủy của cây lúa trồng.

(iv)

Biến đổi di truyền giữa lúa trồng và lúa dại phải khác biệt ở nơi đó.

6


Có nhiều giả thuyết về nguồn gốc của cây lúa trồng hiện nay, nhưng
một cách tổng thể, 4 giả thuyết sau đây được các nhà khảo cứu đề cập đến
nhiều nhất: nguồn gốc Trung Quốc, Ấn Độ, Đông Nam Á và đa trung tâm.
a. Giả thuyết nguồn gốc Trung Quốc
Vào năm 1882, de Candolle đã dựa vào tài liệu của Bretschneider và
Stanislav Julien đề cập về một nghi lễ tôn giáo đặt ra bởi hoàng đế Thần Nông
(2800 – 2700 trước Công Nguyên – CN) và cho rằng cây lúa trồng xuất hiện ở
Trung Quốc sớm hơn Ấn Độ. Trong nghi lễ này, hoàng đế và các quan cao
cấp đã gieo 5 loại hạt: lúa, khoai ngọt, lúa mì và hai loại hạt kê. Do đó, ông de
Candolle và nhiều người khác cho rằng các loại hạt giống trên xuất xứ từ
Trung Quốc.

Ông Ting (1949) đề nghị rằng cây lúa xuất phát từ Trung Quốc, vì loại
thảo mộc này đã được nói đến lần đầu tiên trong văn học dưới thời Thần
Nông (3000 trước CN) và trong thời đại hoàng đế Nghiêu, Thuấn (2600 –
2200 trước CN). Ting cho biết hạt lúa và lá lúa được tìm thấy trong cuộc khai
quật Yan-shao 2600 trước CN và cũng tìm thấy bộ xương có khắc đặc tính
cây lúa. Ông cũng báo cáo đã tìm được mày lúa và hạt lúa ở địa điểm khai
quật cách Uckan 150km trong vùng thung lũng sông Hoàng Hà. Ông cho rằng
hạt lúa có liên hệ với “O. sativa f. spontanea ssp. Keng Ting”. Hạt lúa có
chiều dài 6,97mm và chiều rộng 3,47mm với mày có lông, hạt có đuôi. Các di
vật khác cũng được báo cáo ở thiên niên kỷ thứ III và IV trước CN. Mẫu lúa
trồng cổ nhất thuộc loại Indica được tìm thấy ở cuộc khai quật tại Ho-mu-tu,
phía đông Trung Quốc vào niên đại 5008  117 trước CN hay cách nay
khoảng 7.000 năm.
b. Giả thuyết nguồn gốc Ấn Độ
Ông Watt (1892) viết rất nhiều sách về lúa, đã tìm thấy vài loài lúa dại
ở India như rufipogon (đa niên) và Porterssia coarctata. Lúa gạo cũng được

7


sử dụng trong nhiều nghi lễ ở xứ này. Vậy nên, ông kết luận rằng cây lúa
trồng có thể xuất phát từ bán đảo Ấn Độ và lan rộng đến các nơi khác.
Ramiah và Ghose (1961) ủng hộ lý thuyết của Watt. Cây lúa đến Trung Quốc
vào khoảng 3000 trước CN từ Nam Á và Đông Nam Á.
Ở Ấn Độ, di vật lâu đời của lúa được tìm thấy ở vỏ trấu trộn với đất sét
(vật dụng kiến trúc) tại Lothal (Quận Ahmedabad, Gujarat) có niên đại 2300
trước CN. Mười một mẫu lúa trên 2.000 năm đã được tìm thấy ở nhiều nơi và
được báo cáo ở Ấn Độ.
c. Giả thuyết nguồn gốc vùng núi Đông Nam Á
Trong vùng Đông Nam Á gồm cả Việt Nam, còn rất ít công cuộc khai

quật trên diện tích rộng lớn để nghiên cứu so với các hoạt động khảo cổ qui
mô tại hai quốc gia lớn là Trung Quốc và Ấn Độ. Cho nên, các giả thuyết và
công cuộc khảo cổ học của vùng này chưa có nhiều tiếng vang để tạo sức
thuyết phục trước các nhà khảo cổ học khác trên thế giới. Ngoài ra, trong
thiên niên kỷ từ VI đến X các vùng đồng bằng trũng thấp ở ven biển Thái
Bình Dương và Ấn Độ Dương bị biển tiến xâm nhập có lúc lên đến 5m trên
mực nước biển hiện nay nên làm ngập lụt, cuốn trôi nhiều di vật trong thời
gian 4.000 năm đó.
Trong thế kỷ XX, nhiều nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết về nguồn gốc
cây lúa trồng ở vùng Đông Nam Á, bên cạnh giả thuyết về Trung Quốc và Ấn
Độ.
Ông Moringa (1972) nêu giả thuyết rằng cây lúa có thể bắt nguồn từ
vùng núi non và thung lũng Đông Nam Á hơn là từ Ấn Độ, vì nhiều nền văn
hóa cổ xưa xuất phát từ vùng núi non này. Sau khi lai giống giữa những giống
lúa ở chân núi Hymalaya như Nepal, Bhutan và Shikkimu với các giống lúa ở
6 vùng sinh thái như: japonica ở vùng ôn đới; aus (hè – thu), boro (đông –
xuân), aman (mùa) ở vịnh Bengal; tjereh và bulu (javanica) ở Indonesia, ông

8


suy đoán rằng lúa trồng xuất phát từ miền đông nam chân núi Hymalaya và
phát tán đến 6 vùng sinh thái trên. Lúa aus, boro, aman và tjereh thuộc nhóm
lúa Indica.
Ông Chang (1976), sau khi quan sát 34.000 giống lúa thế giới ở ngân
hàng gen của IRRI, nhận thấy rằng có biến đổi rộng lớn trong các đặc tính và
sinh thái của các giống lúa thu thập ở vùng núi non Đông Nam Á, gồm có:
Nepal, Shikkim, Ấn Độ, Bangladesh, bắc Myanmar, bắc Thái Lan, bắc Lào và
tây nam Trung Quốc.
Ông Nakagahra (1976) căn cứ trên nghiên cứu về sự phân bố của 12

loại lúa isozymes từ các vùng khác nhau ở châu Á, nhận thấy có biến đổi lớn
của các giống lúa từ Ấn Độ đến Lào và cho rằng nguồn gốc cây lúa trồng ở
vùng núi non Đông Nam Á như Myanmar, Thái Lan và Vân Nam của Trung
Quốc.
d. Giả thuyết đa trung tâm
Thông thường công tác nghiên cứu về địa danh và thời gian của nguồn
gốc cây lúa căn cứ trên các di chỉ khảo cổ, lịch sử, ngôn ngữ học và chứng cứ
thực vật học. Tuy nhiên, nếu chỉ căn cứ vào một vài sự kiện mà kết luận thì
không thể chính xác và khoa học, do các nguyên nhân sau đây:
(i)

Căn cứ vào nghi lễ gieo lúa xa xưa ở Trung Quốc để kết luận về
nguồn gốc của cây lúa bắt nguồn từ nước này thì không được chuẩn
xác, vì các hạt giống này có thể xuất xứ từ các nơi khác hơn Trung
Quốc. Ví dụ: cây lúa mì được biết xuất phát từ Trung Đông.

(ii)

Di tích khảo cổ được sử dụng nhiều nhất trong quá khứ cho các
nghiên cứu về nguồn gốc thảo mộc. Tuy nhiên, các vùng có khí hậu
ấm áp và ẩm ướt như Đông Nam Á với khí hậu gió mùa rất khó giữ
được các mẫu di vật khảo cổ lâu dài, so với các vùng có khí hậu ôn
đới hoặc lạnh và khô hơn như châu thổ sông Hoàng Hà, Trung

9


Quốc. Nếu chỉ căn cứ vào niên đại của các di vật khảo cổ tìm được,
khả năng ước đoán về nguồn gốc có thể sai lầm lớn. Chẳng hạn,
trong năm 2003, Đại Hàn khám phá nhiều hạt gạo cháy ở tỉnh

Chungbuk có niên đại phóng xạ khoảng 15.000 năm (IRC, 2003),
nhưng nước này không thể là trung tâm nguồn gốc của cây lúa trồng
châu Á.
(iii)

Ngoài ra, các tranh luận nêu trên thường căn cứ trên số lượng mẫu
lúa nghiên cứu còn rất giới hạn.

(iv)

Sự khác biệt tên lúa dại của loài O. sativa có thể gây ra các suy đoán
nhầm lẫn.
Các mẫu lúa dại thật sự không còn nữa vì do sự lai giống thiên

(v)

nhiên giữa các loại lúa trồng và các loại lúa dại hàng niên.
(vi)

Không áp dụng các biện pháp tổng hợp trong công việc nghiên cứu.

Do đó, ông Chang (1985), chuyên gia di truyền lúa của IRRI, xem xét
lại tất cả tin liệu và các dữ kiện từ khoa học, khảo cổ, sinh học tiến hóa, hệ
thống sinh học và lịch sử nông nghiệp để đưa ra kết luận rằng: lúa trồng ở
châu Á có thể bắt nguồn từ nhiều địa điểm một cách độc lập và đồng bộ vì
những nơi này hiện có nhiều loài lúa dại và lúa trồng cùng sống trong một
môi trường. Những địa điểm này khởi đầu từ đồng bằng sông Ganges đến
miền bắc Myanmar, miền đông bắc Thái Lan, bắc Lào, bắc Việt Nam, miền
nam và tây nam Trung Quốc và những vùng lân cận khác.
Tại Việt Nam, lúa dại rất phong phú và hiện diện rải rác khắp lãnh thổ

từ miền Bắc đến miền Trung và miền Nam. Lúa dại đa niên O. rufipogon và
lúa dại hàng niên O. Nivara là những loài nguyên thủy, tổ tiên của các giống
lúa trồng ngày nay Indica và Japonica, đã hiện diện lâu đời ở nước ta. Đó là
một trong những yếu tố quan trọng xác nhận cây lúa có nguồn gốc ở Việt
Nam.

10


1.1.2. Giá trị kinh tế của cây lúa ở Việt Nam
Lúa là cây lương thực quan trọng thứ 2 trên thế giới sau cây ngô (Bùi
Mạnh Cường, 2007), được gieo trồng ở 112 nước, cung cấp lương thực cho
hơn 65% dân số thế giới. Ở nước ta, lúa gạo được sử dụng trong hầu hết các
bữa ăn của người dân.
Trong 30 năm trở lại đây sản xuất lúa gạo đã có bước tăng trưởng mạnh
(70%). Năm 2011, nước ta đã xuất khẩu 7,35 triệu tấn gạo mang về 3,5 tỉ
USD cho nền kinh tế quốc dân và đứng thứ 2 thế giới (sau Thái Lan). Cây lúa
đã góp phần giúp giải quyết tình trạng thiếu đói và hiện nay là bảo đảm an
ninh lương thực trong nước.
Ngoài ra, những phụ phẩm của cây lúa như rơm rạ, trấu, cám…đã được
ứng dụng trong chăn nuôi và trồng trọt, làm phân bón, chất đốt giúp làm giảm
các chi phí trong sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường.
1.2. Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới và trong nƣớc
1.2.1. Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới
Lúa gạo được xem là cây lương thực quan trọng cho khoảng 50% dân
số thế giới, hiện nay khi dân số thế giới tiếp tục tăng đồng nghĩa với việc diện
tích dùng cho trồng lúa ngày càng bị thu hẹp lại. Chính vì vậy vấn đề an ninh
lương thực ngày càng trở nên quan trọng với bất kì quốc gia nào trên thế giới.
Cây lúa được gieo trồng trong khoảng 30 vĩ độ Bắc và 40 vĩ độ Nam
gồm khoảng 150 quốc gia trồng lúa với diện tích gieo trồng khoảng 150 triệu

ha, được trồng ở nhiều châu lục như: châu Á, châu Phi, Nam Mỹ…Cây lúa có
tầm quan trọng to lớn trong nền kinh tế của nhiều quốc gia trên thế giới nên
việc đẩy mạnh sản xuất lúa được thúc đẩy mạnh mẽ cùng với sự phát triển của
khoa học kĩ thuật. Vì vậy, năng suất lúa của thế giới trong thời gian qua đã
tăng lên nhanh chóng: từ 24,5 tạ/ha năm 1976 lên 38,27 tạ/ha năm 1997 và

11


tăng lên 40,04 tạ/ha năm 2005, đến năm 2010 là 43,73 tạ/ha còn về sản lượng
lúa thì liên tục tăng với nhịp độ khá nhanh, sản lượng lúa năm 2004 so với
năm 2002 tăng 28,64 triệu tấn.
Theo dự đoán của các chuyên gia dân số thế giới đến năm 2030 thì dân
số thế giới sẽ đạt 8,47 tỉ người, với tốc độ tăng dân số nhanh như vậy thì vấn
đề an ninh lương thực luôn là một vấn đề nóng và cấp bách hàng đầu.
Châu Á là vùng có số dân cư đông và cũng là vùng có diện tích trồng
lúa cao nhất 134 triệu ha, sản lượng đạt 477,267 triệu tấn, năng suất bình quân
đạt 36 tạ/ha (chiếm 90% lượng gạo thế giới).
Châu Âu tuy có diện tích trồng lúa nước thấp nhất nhưng năng suất
bình quân lại cao hơn các châu lục khác. Ở đầu thập niên 90 sản lượng thóc
đã tăng 78 – 80% có nước tăng gấp đôi, nhờ có việc lai tạo được nhiều giống
lúa mới có năng suất cao và kĩ thuật canh tác hiện đại. Tuy vậy nhưng ở một
số nước vẫn còn tình trạng thiếu lương thực.
Châu Phi được biết đến là một châu lục có khí hậu khắc nghiệt, có
nhiều thiên tai do vậy mà sản lượng lương thực thường bị giảm sút dẫn đến
nạn đói xảy ra thường xuyên, sản lượng lương thực bình quân đầu người của
châu lục này rất thấp.
Với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật thì một số nước có nền nông
nghiệp lạc hậu, thiếu đói triền miên nay đã vươn lên trở thành nước xuất khẩu
gạo lớn trên thế giới. Nhưng việc sản xuất lúa chưa hẳn đã đồng đều giữa các

châu lục và giữa các quốc gia, nhiều nước do nền khoa học chưa phát triển
hay điều kiện tự nhiên không thuận lợi làm cho năng suất và sản lượng lúa
chưa được cao, chưa đáp ứng được nhu cầu trong nước mà phải nhập khẩu
gạo từ các nước khác.

12


1.2.2. Tình hình sản xuất lúa gạo ở nước ta
Trước năm 1975, diện tích trồng lúa cả nước ta dao động trong khoảng
4,42 – 4,92 triệu ha, năng suất có tăng nhưng chậm, chỉ khoảng 700 kg/ha chỉ
trong vòng 20 năm sản lượng lúa cả hai miền trên dưới 10 triệu tấn. Sau năm
1975, diện tích trồng lúa tăng khá nhanh và ổn định nhưng năng suất bình
quân giảm sút khá nghiêm trọng do đất đai mới khai hoang chưa qua cải tạo,
thêm vào đó là thiên tai và sâu bệnh, cơ chế quản lí nông nghiệp theo hướng
không phù hợp. (Bảng 1.2).
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lƣợng lúa ở nƣớc ta qua các
năm
Năm

Diện tích (triệu ha)

1955

4,42

1960

4,60

1965

4,83

1970

4,72

1975

4,94

1980

5,54

1985

5,70

1990

5,96

1995

6,77

2000

7,67

2005

7,33

2010

7,51

2013

7,89
Nguồn: tổng cục thống kê VN

13


Bước sang năm 1980, năng suất lúa tăng dần do đã khắc phục được
những nguyên nhân trên như: thay đổi cơ chế quản lý nông nghiệp bằng chủ
trương khoán sản phẩm trong sản xuất, cải thiện hệ thống kênh mương…Sau
những nỗ lực khắc phục khó khăn nước ta đã đạt được những thành tựu to
lớn. Từ một nước phải nhập khẩu gạo hàng năm thì nay chúng ta đã tự túc
được lương thực và đang dần dần tái hoà nhập vào thị trường lương thực thế
giới, chiếm lĩnh ngay vị trí quan trọng là nước xuất khẩu gạo đứng thứ 3 rồi
hàng thứ 2 trên thế giới sau Thái Lan.
Từ năm 1997 cho đến nay, hằng năm nước ta xuất khẩu trung bình trên
dưới 4 triệu tấn gạo, đem về một nguồn thu nhập ngoại tệ đáng kể. Hiện nay,
Việt Nam đứng hàng thứ 6 về diện tích gieo trồng và đứng thứ 5 về sản lượng
lúa. Hạt gạo Việt chẳng những đảm bảo được yêu cầu về an ninh lương thực

trong nước mà còn góp phần quan trọng trong thị trường lúa gạo thế giới.
Trong những năm qua, gạo xuất khẩu của nước ta tăng trưởng về số
lượng và chất lượng cũng như mở rộng thị trường. Đến nay, ngoài các thị
trường truyền thống như Iraq, Iran (Trung Đông), thị trường châu Á
(Indonesia, Philippine), Việt Nam đã mở rộng và phát triển thêm một số thị
trường tiềm năng ở các nước châu Phi, Mỹ La tinh, v.v…(Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Xuất khẩu gạo của Việt Nam sang châu Phi, Tây Á, Nam
Á năm 2014. Đơn vị: USD
Thị trƣờng

2014

2013

(+/-%)

Châu Phi

425.704.677

775.839.817

-45

Ghana

177.860.875

182.801.079

-3

Bờ Biển Ngà

104.916.670

228.456.297

-54

Mozambique

20.039.314

29.789.300

-33

Nam Phi

17.327.655

14.393.322

+20

14


Algeria

15.810.543

39.933.942

-60

Senegal

15.244.278

17.463.168

-13

Benin

13.210.524

15.612.476

-15

Tanzania

9.558.434

16.107.609

-41

Cameroon

9.198.889

60.860.700

-85

Công-gô

8.766.325

5.967.750

+47

Angola

7.142.763

48.720.312

-85

Gabon

6.696.179

16.609.896

-60

Tây Á

38.847.409

36.007.726

+8

UAE

17.023.462

12.102.878

+41

Ả-rập Xê-út

7.960.938

7.426.895

+7

I-xra-en

4.868.292

5.878.689

-17

Ca-ta

3.455.259

1.481.569

+133

Jordan

3.010.524

2.628.741

+15

Nam Á

949.154

64.260

+1.377

Pakistan

810.935

16.500

+4.815

Sri Lanka

138.219

47.760

+189

Về giá cả của gạo Việt Nam cũng đã dần được nâng lên tương đương
với gạo của Thái Lan, vào cùng một thời điểm và cấp loại gạo. Điều này cho
thấy, chất lượng gạo và quan hệ thị trường của gạo Việt nam đã có sức cạnh
tranh ngang với gạo Thái Lan trên thị trường thế giới (Bảng 1.4).
Tại Việt Nam, 9 tháng đầu năm 2014 so với cùng kỳ năm 2013, giá
chào bán gạo xuất khẩu loại 5% tấm phổ biến ở mức 370 – 465 USD/tấn, tăng
25 – 45 USD/tấn; giá chào bán gạo xuất khẩu loại 25% tấm phổ biến ở mức
360 – 410 USD/tấn, tăng 15 – 35 USD/tấn. Cụ thể: ĐVT: USD/tấn.

15


Bảng 1.4. Giá gạo xuất khẩu của Việt Nam so với Thái Lan
(USD/tấn)
Tháng

Gạo 5% tấm

Gạo 25% tấm

Thái Lan

Việt Nam

Thái Lan

Việt Nam

Tháng 1/2014

420 – 440

415 – 430

380 – 400

385 – 395

Tháng 2/2014

420 – 440

385 – 405

380 – 400

375 – 380

Tháng 3/2014

413 – 430

370 – 400

365 – 390

360 – 375

Tháng 4/2014

390 – 400

380 – 395

355 – 365

360 – 375

Tháng 5/2014

380 – 395

385 – 410

355 – 365

370 – 375

Tháng 6/2014

370 – 400

395 – 410

350 – 360

360 – 370

Tháng 7/2014

375 – 435

405 – 465

350 – 360

365 – 410

Tháng 8/2014

430 – 445

420 – 460

360 – 400

390 – 410

Tháng 9/2014

430 – 435

445 – 450

400 – 405

400 – 410

370 – 445

370 – 465

350 – 400

360 – 410

420 – 575

355 – 420

410 – 560

325 – 395

9 tháng đầu

năm 2014
9 tháng đầu
năm 2013
9T/2014 so
với 9T/2013

Giảm 50 – 130 Tăng 25 – 45 Giảm 60 – 160 Tăng 15 – 35
Nguồn Cục quản lý giá, Bộ tài chính

1.3. Chỉ thị phân tử trong nghiên cứu đa dạng di truyền
Phản ứng chuỗi polymerase (Polymerase Chain Reaction, PCR)
Phản ứng chuỗi polymerase do Mullis PK phát minh năm 1985 và ông
đã được trao giải thưởng Nobel về hoá học năm 1993 cho phát minh này. Đây
là phương pháp in vitro để nhân bội nhanh một đoạn DNA nào đó mà chỉ cần
một lượng mẫu ban đầu rất nhỏ. PCR dựa trên sự xúc tác của enzyme để nhân

16


bội một đoạn DNA nhờ hai đoạn mồi oligonucleotit tương hợp với hai đầu 3'
ở cả hai mạch của đoạn DNA đích (Lê Duy Thành, 2001). Hiện nay có rất
nhiều chỉ thị DNA dựa trên PCR đang được áp dụng trong nghiên cứu đa
dạng di truyền nhưng phổ biến nhất là chỉ thị SSR.
Chỉ thị SSR (Simple Sequence Repeat):
Trong các nghiên cứu về đa dạng di truyền, chỉ thị SSR là một trong
những chỉ thị được dùng phổ biến nhất bởi kỹ thuật đơn giản và cho độ chính
xác cao.
SSR hay còn gọi là vi vệ tinh, là những đoạn trình tự DNA đơn giản lặp
lại nối tiếp và chỉ gồm 1 – 6bp (Litt and Luty, 1998). Tuy nhiên, tuỳ từng loài
mà số lượng các nucleotide trong mỗi đơn vị lặp lại có thể thay đổi từ một đến

hàng chục và số lượng đơn vị lặp lại có thể biến động từ hai đến hàng chục
lần hoặc nhiều hơn. Thông thường có các kiểu lặp lại:
+ Lặp lại hoàn toàn: các đơn vị lặp lại sắp xếp nối tiếp nhau.
+Lặp lại không hoàn toàn: xen kẽ vào các đơn vị lặp lại là một hoặc một số
nucleotide khác.
+ Lặp lại phức tạp: xen kẽ giữa các đơn vị lặp lại khác nhau.
Thông thường các SSR có mặt chủ yếu ở các vùng dị nhiễm sắc của
nhiễm sắc thể như vùng tâm động hoặc các đầu mút, chúng giữ vai trò quan
trọng trong việc điều hoà phiên mã đối với các gen hoạt động ở vùng nguyên
nhiễm sắc, góp phần làm tăng tính ổn định cơ học của nhiễm sắc thể trong quá
trình phân bào và có thể chứa đựng những thông tin di truyền liên quan đến sự
xác định giới tính ở cả động vật và thực vật.
Bản chất đa hình của SSR có thể được sinh ra do sự nhân bội từ DNA
tổng số của hệ gen nhờ sử dụng hai đoạn mồi bổ trợ với trình tự gần kề hai
đầu của vùng lặp lại. Sự khác nhau về độ dài ở locus SSR được phát hiện bởi
sự nhân đoạn DNA nhờ phản ứng PCR. Kích thước của sản phẩm PCR được

17