ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc cá thể mang gen tăng số hạt trên bông phục vụ công tác chọn tạo giống lúa cao sản

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN

LÊ THỊ THÀNH

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CHỌN LỌC CÁ
THỂ MANG GEN TĂNG SỐ HẠT TRÊN BÔNG PHỤC
VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CAO SẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 2015


BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN

LÊ THỊ THÀNH

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CHỌN LỌC CÁ
THỂ MANG GEN TĂNG SỐ HẠT TRÊN BÔNG PHỤC
VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CAO SẢN

Chuyên ngành : Khoa học cây trồng
Mã số

: 60620110

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. TRẦN ĐĂNG KHÁNH

HÀ NỘI, 2015


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành bản luận văn này, tôi đã
nhận được sự giúp đỡ rất tận tình của cơ quan, của thầy hướng dẫn, các thầy cô và
Ban Đào tạo sau Đại học.
Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Đăng Khánh (Viện
Di truyền Nông nghiệp) đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để
tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Di truyền và ban lãnh đạo Trung
tâm Chuyển giao công nghệ và Khuyến nông đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt
đề tài nghiên cứu trong những năm qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ Bộ môn Sinh học phân tử (Viện Di
truyền Nông nghiệp) nơi tôi thực hiện nội dung phân tử và các thí nghiệm trong
luận văn.
Tôi xin cảm ơn đề tài :“ Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết với các
tính trạng cấu thành năng suất tạo giống lúa thuần siêu năng suất”, mã số:
KC.06.12/11-15 do Bộ Khoa học và Công nghệ là cơ quan chủ quản đề tài đã hỗ trợ
kinh phí để tôi thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các bạn trong lớp cao học khóa K22, đồng
nghiệp và gia đình đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn
thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày .... tháng .... năm 2015

Học viên

Lê Thị Thành

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Toàn bộ số liệu
và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo
vệ học vị khác.
Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày .... tháng .... năm 2015
Học viên

Lê Thị Thành

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iii


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ............................................................................................................... i
Lời cam đoan.......................................................................................................... iii
Mục lục .................................................................................................................. iv
Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ............................................................................... vi

Danh mục bảng ..................................................................................................... vii
Danh mục hình ..................................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1

Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................. 1

2

Mục tiêu và yêu cầu của đề tài .................................................................... 2

2.1

Mục tiêu của đề tài...................................................................................... 2

2.2

Yêu cầu của đề tài ....................................................................................... 2

3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. .................................................... 2

3.1

Ý nghĩa khoa học của đề tài ........................................................................ 2

3.2

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài......................................................................... 3

4

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. .............................................. 3

4.1

Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 3

4.2

Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ........ 4
1.1

Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu ........................................................... 4

1.1.1

Chỉ thị phân tử và những ứng dụng trong nghiên cứu di truyền ................... 4

1.1.2

Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử ................................................................... 8

1.2

Một số kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới .............................. 15

1.2.1

Tình hình nghiên cứu chọn giống nhờ phương pháp MAS và QTL/gen
tăng số hạt/bông trên thế giới .................................................................... 15

1.2.2

Tình hình nghiên cứu và một số thành tựu nghiên cứu về chọn giống
nhờ phương pháp MAS và QTL/gen tăng số hạt /bông trong nước............ 20

CHƯƠNG II VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 23

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iv


2.1

Vật liệu nghiên cứu ................................................................................... 23

2.3

Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng ........................................... 24

2.3.1

Kỹ thuật sử dụng trong phòng thí nghiệm ................................................. 24

2.3.2

Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm ngoài đồng ruộng ............................ 28

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................. 31
3.1

Xác định cá thể của tổ hợp Khang Dân 18 và KC25 mang QTL/gen
quy định tính trạng tăng số hạt trên bông .................................................. 31

3.1.1

Tách chiết và tinh sạch DNA tổng số. ....................................................... 31

3.1.2

Xác định cá thể F4 của tổ hợp lai Khang Dân 18/KC25 mang QTL/gen
quy định tính trạng tăng số hạt trên bông .................................................. 32

3.2

Đánh giá các cá thể của tổ hợp Khang Dân 18 và KC25 mang
QTL/gen quy định tính trạng tăng số hạt trên bông trên đồng ruộng ......... 34

3.2.1

Đặc điểm sinh trưởng ở giai đoạn mạ của các dòng lúa thí nghiệm .......... 34

3.2.2

Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các dòng, giống lúa thí

nghiệm ...................................................................................................... 36

3.2.3

Động thái sinh trưởng của các dòng, giống lúa thí nghiệm ........................ 39

3.2.4

Đặc điểm hình thái của các dòng giống lúa thí nghiệm ............................. 48

3.2.5

Sự xuất hiện sâu bệnh tự nhiên trên đồng ruộng. ....................................... 50

3.2.6

Một số tính trạng số lượng của các giống lúa thí nghiệm........................... 53

3.2.7

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất. ............................................ 56

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................... 61
1

Kết luận .................................................................................................... 61

2

Đề nghị ..................................................................................................... 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 63
DANH MỤC TÀI LIỆU ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................... 67
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 68

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Từ/ cụm từ

ADN

: Acid Deoxyribonucleoic

Đ/C

: Đối chứng

IRRI

: Viện nghiên cứu lúa quốc tế

NSLT

: Năng suất lý thuyết

TGST

: Thời gian sinh trưởng

NSTT

: Năng suất thực thu

QTL

: Tính trạng di truyền số lượng

MARKER

: Chỉ thị

STT

: Số thứ tự

KD18

: Khang dân 18

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi

DANH MỤC BẢNG
TT
bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 2.1

Thông tin các cặp mồi sử dụng ........................................................... 23

Bảng 2.2

Thành phần của phản ứng PCR ........................................................... 25

Bảng 3.1

Đặc điểm sinh trưởng của mạ trong vụ Xuân 2015 của các dòng,
giống lúa thí nghiệm ........................................................................... 35

Bảng 3.2

Thời gian các giai đoạn sinh trưởng của các dòng lúa thí nghiệm
Vụ Xuân 2015 .................................................................................... 37

Bảng 3.3

Tốc độ tăng trưởng chiều cao của các giống lúa thí nghiệm ................ 41

Bảng 3.4

Động thái tăng trưởng số nhánh của dòng giống trong vụ Xuân 2015 ....... 43

Bảng 3.5

Động thái ra lá của các giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2015 ................ 46

Bảng 3.6

Đặc điểm hình thái của các giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2015 ......... 49

Bảng 3.7

Tình hình xuất hiện sâu bệnh trên các giống lúa thí nghiệm trong
vụ Xuân 2015 ..................................................................................... 51

Bảng 3.8

Một số tính trạng số lượng của các giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2015...... 53

Bảng 3.9

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống
lúa trong vụ Xuân 2015 ...................................................................... 57

Bảng 3.10 Giới thiệu dòng lúa có triển vọng ........................................................ 60

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vii


DANH MỤC HÌNH
TT
hình

Tên hình

Trang

Hình 2.1

Sơ đồ chu trình của phản ứng PCR ..................................................... 26

Hình 3.1

Hình ảnh kiểm tra ADN tổng số tách chiết theo phương pháp
CTAB trên gel agarose 0,8%. .............................................................. 31

Hình 3.2

Hình ảnh điện di kiểm tra quần thể F4 với mồi RM21615 ................... 32

Hình 3.3

Hình ảnh điện di kiểm tra quần thể F4 với mồi RM500 ....................... 33

Hình 3.4

Đồ thị động thái tăng trưởng chiều cao cây của các dòng, giống
trong vụ Xuân 2015 ............................................................................ 40

Hình 3.5

Đồ thị động thái tăng trưởng số nhánh của dòng giống thí nghiệm
trong vụ Xuân 2015 ............................................................................ 44

Hình 3.6

Đồ thị tốc độ ra lá của các dòng, giống trong vụ Xuân 2015 ............... 47

Hình 3.7

Đồ thị chiều cao cây của các dòng giống lúa trong thí nghiệm ............ 54

Hình 3.8

Đồ thị một số tính trạng số lượng của các dòng, giống lúa trong
thí nghiệm........................................................................................... 55

Hình 3.9

Đồ thị số hạt/bông của các dòng, giống lúa trong thí nghiệm .............. 58

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page viii

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong ba loại cây lương thực chính trên toàn
thế giới (lúa mì, lúa nước và ngô), khoảng 40% dân số thế giới coi lúa gạo là nguồn
lương thực chính và 25% dân số sử dụng lúa gạo trên 1/2 khẩu phần lương thực
hàng ngày (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2009) [1].
Ở châu Á và khu vực Đông Nam Á (trong đó có Việt Nam) lúa gạo là cây
trồng truyền thống. Việt Nam là một trong năm nước có diện tích trồng lúa lớn nhất
thế giới và là một trong những nước xuất khẩu gạo đứng hàng đầu trên thế giới, đây
là nguồn thu ngoại tệ lớn nhất của nền nông nghiệp xuất khẩu. Theo số liệu thống kê
năm 2014, Việt Nam với diện tích khoảng 7,81 triệu hecta sản xuất được 44,98 triệu
tấn thóc, không những đảm bảo an ninh lương thực Quốc gia mà còn xuất khẩu
được 6,9 triệu tấn gạo (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2014) [2].
Ngày nay, công nghệ sinh học đã tạo ra một công cụ hỗ trợ to lớn và hiệu quả
cho công tác chọn tạo giống cây trồng. Sử dụng chỉ thị phân tử ADN cho phép phân
tích di truyền và những tính trạng nông học quan trọng. Chọn giống cây trồng nhờ
chỉ thị phân tử đã trở nên hữu hiệu, không chỉ đối với các tính trạng được điều khiển
bởi các gen chính mà đối với cả những tính trạng số lượng được điều khiển bởi các
gen phụ hay các QTL. Hiệu quả đã cải tiến năng suất cây trồng tăng gấp nhiều lần
so với chọn giống cổ điển nhờ thực hiện chọn lọc không cần trực tiếp trên tính trạng
mong muốn, mà thông qua chỉ thị phân tử liên kết với kiểu gen quy định tính trạng
đó. Mặt khác, phương pháp này cho phép thanh lọc kiểu hình với một khối lượng
quần thể lớn, thông qua chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử người ta có thể xác định được
kiểu hình ở ngay thế hệ phân ly đầu tiên ở F2, F3, góp phần tiết kiệm thời gian và
công sức cho quá trình nghiên cứu. Bằng con đường chọn giống nhờ chỉ thị phân tử
nhiều gen kháng sâu bệnh và gen quy định năng suất, chất lượng đã được quy tụ
thành công vào một số giống lúa.
Trong những năm gần đây, quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa diễn ra

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1


nhanh chóng, diện tích đất trồng lúa ngày càng bị thu hẹp và chịu những ảnh hưởng
tiêu cực từ biến đổi khí hậu, bên cạnh đó áp lực dân số ngày càng tăng đòi hỏi nguồn
cung lương thực ngày càng lớn. Việc phát triển nguồn giống cho năng suất cao, chất
lượng tốt là yếu tố quan trọng, cấp bách và có ý nghĩa cho an toàn lương thực, đảm
bảo sản lượng lúa. Trước thực tiễn đó, việc ứng dụng chỉ thị phân tử nhằm chuyển
các gen tăng năng suất vào giống lúa trồng đại trà là một vấn đề cấp thiết.
Xuất phát từ những vấn đề trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Ứng
dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc cá thể mang gen tăng số hạt trên bông phục vụ
công tác chọn tạo giống lúa cao sản”.

2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
2.1. Mục tiêu của đề tài
- Ứng dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để kiểm tra, xác
định các cá thể trong quần thể F4 mang QTL/gen tăng số hạt trên bông.
- Đánh giá, chọn lọc các cá thể mang QTL/gen tăng số hạt/bông với các đặc
điểm nông sinh học, thời gian sinh trưởng, phát triển, hình thái, năng suất phù hợp
với các đặc tính mong muốn để phát triển giống mới mang QTL/gen quy định số
hạt/bông.
2.2. Yêu cầu của đề tài
Chọn, tạo được 1- 2 dòng/giống lúa trồng tại Đồng bằng Sông Hồng mang
QTL/gen tăng số hạt trên bông.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Ứng dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử là phương pháp thiết thực, hiệu quả
trong việc chọn được dòng/giống mang locus gen quy định tính trạng di truyền số

lượng (QTL) hay gen quan tâm giúp khắc phục được những hạn chế của chọn giống
truyền thống đặc biệt là đối với các gen tăng số hạt trên bông, cho phép rút ngắn
quá trình chọn lọc, giảm chi phí trong chọn giống. Làm cơ sở cho chương trình
chọn tạo giống lúa có năng suất cao ở khu vực đồng bằng sông Hồng.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 2


3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ứng dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử góp phần rút ngắn thời gian trong
quá trình chọn giống và ứng dụng nhanh vào thực tiễn sản xuất.
- Sản phẩm của đề tài: Một số dòng mang QTL/gen tăng số hạt trên bông
được chọn lọc sẽ là vật liệu khởi đầu rất tốt phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa
thuần năng suất cao.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.
4.1. Đối tượng nghiên cứu
- Quần thể F4 mang QTL/gen quy định tính trạng số hạt/bông.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Kiểm tra các cá thể/dòng của quần thể F4 mang QTL/gen quy định trạng số
hạt/bông nhờ ứng dụng phương pháp MAS.
- Tiến hành đánh giá các đặc điểm nông sinh học (sinh trưởng, phát triển)
của các cá thể mang QTL/gen tăng số hạt/bông trên đồng ruộng để phục vụ công tác
chọn tạo giống mới.
Đề tài thực hiện từ tháng 6/2014 đến tháng 6/2015.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu
1.1.1. Chỉ thị phân tử và những ứng dụng trong nghiên cứu di truyền
1.1.1.1. Khái niệm chỉ thị phân tử
Trong một vài thập kỷ vừa qua, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển vượt
bậc của công nghệ sinh học, đặc biệt là quá trình phát triển nhanh chóng trong lĩnh
vực di truyền học phân tử đã cho ra đời nhiều kỹ thuật phân tích biến dị di truyền
đạt kết quả cao. Chỉ thị di truyền gồm có ba loại chỉ thị hình thái, chỉ thị hoá sinh,
chỉ thị phân tử. Trong đó, chỉ thị phân tử được xem là công cụ rất hiệu quả để đánh
giá đa dạng sinh học phục vụ công tác chọn giống cây trồng (Nguyễn Quang Thạch
và CS, 2005)[10]. Vậy chỉ thị phân tử là gì? Chỉ thị phân tử (chỉ thị DNA) có thể
được định nghĩa như một đoạn DNA đặc hiệu, biểu hiện khác biệt ở mức độ phân tử
trong hệ gen (genome). Chúng có thể có hoặc không tương quan tới biểu hiện kiểu
hình của một tính trạng cụ thể.
Chỉ thị phân tử là những chỉ thị có bản chất là đa hình ADN. Nó có thể là
những dòng phân tử ADN có sẵn hay dưới dạng thông tin về trình tự được lưu giữ
và chuyển tải trong những tệp dữ liệu được lưu trữ trong máy tính hay trên mạng
internet (ví dụ như trình tự các mồi SSR, STS, RAPD, AFLP...). Hay nói cách khác
chỉ thị phân tử có thể hiểu đơn giản chúng như những “cột mốc” nằm trên trình tự
ADN trong hệ gen. Sự hiện diện của các cột mốc và khoảng cách tương đối giữa
chúng phản ánh mức độ biến dị giữa các cá thể, giống, loài trong một quần thể. Sinh
vật có khả năng nhân bản DNA của chúng với độ chính xác cao nhưng có nhiều cơ
chế xảy ra có thể làm thay đổi cấu trúc DNA, đơn giản như sự thay đổi bắt cặp hoặc
phức tạp hơn như sự đảo đoạn, chuyển đoạn hoặc mất đoạn… Do đó chỉ thị phân tử
được xem là công cụ cực kì hiệu quả trong việc đánh giá tính đa dạng sinh học phục
vụ cho công tác nghiên cứu di truyền và chọn giống cây trồng.

Chỉ thị phân tử cho phép xác định được các đặc điểm trực tiếp của kiểu gen

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


thông qua việc xác định trình tự nhất định của gen hoặc các trình tự liên kết chặt với
các gen mang tính trạng mong muốn. Bằng việc sử dụng các chỉ tiêu phân tích trực
tiếp kiểu gen trên, con người đã đi thẳng vào bản chất di truyền của các tính trạng,
khắc phục được ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, theo dõi và phát hiện các gen
mong muốn, sự biến đổi của chúng qua các thế hệ ngay cả khi chưa có sự biểu hiện
ra kiểu hình. Vì vậy, chỉ thị phân tử được coi là chỉ tiêu phản ánh chân thật bản chất
di truyền (Nguyễn Quang Thạch và cộng sự, 2005)[10]. Các chỉ thị phân tử DNA
bao gồm:
- Chỉ thị phân tử không dựa trên cơ sở lai DNA hay chỉ thị RFLP
- Chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản DNA bằng kỹ thuật PCR như AFLP, RAPD,
STS, SSR...
Trong đó chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản DNA được sử dụng rộng rãi trong
nghiên cứu di truyền học, sinh thái học, phân loại và di truyền học tiến hoá, chọn
giống... do đặc điểm đơn giản và dễ sử dụng bởi PCR, sau đó thực hiện trên gel điện
di biến tính để xác định kích thước alen và mức độ thông tin cao được cung cấp bởi
một số lượng alen lớn trên locus.
1.1.1.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu di truyền
* Nghiên cứu đa dạng di truyền
Một trong những ứng dụng của chỉ thị phân tử trong chọn giống là phân tích
tính đa dạng di truyền. Dựa vào chỉ thị phân tử có thể xác định tính đa dạng di
truyền giữa các giống, các loài, giữa các cá thể trong cùng loài... Những chỉ thị phân
tử phản ánh những thay đổi có thể di truyền trong trình tự chuỗi ADN ở cả những
vùng mã hóa và không mã hóa. Bởi vậy nó cung cấp những công cụ hữu hiệu cho

việc nghiên cứu đa dạng di truyền giúp cho việc khám phá sự biến đổi loài và mối
quan hệ chủng loại phát sinh giữa các quần thể và giữa các loài.
Không chỉ có vậy, nghiên cứu đa dạng di truyền còn giúp đánh giá nguồn tài
nguyên di truyền của các tập đoàn giống cây trồng, vật nuôi, giúp cho việc sử dụng
nguồn tài nguyên di truyền hiệu quả hơn. Đặc biệt, nghiên cứu đa dạng di truyền có
thể giúp tiên đoán khả năng cho ưu thế lai giữa các cặp bố mẹ. Cặp bố mẹ nào có
khoảng cách di truyền xa hơn thường sẽ cho ưu thế lai lớn hơn.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


Một số chỉ số cần thiết
Tương đồng di truyền giữa 2 mẫu: I =

q12
Q1Q 2

Khoảng cách di truyền giữa 2 mẫu: D = – ln(I)
Trong đó:

q12 - số các alen đồng nhất ở cả 2 mẫu
Q1 và Q2 - tổng số các alen của mẫu 1 và mẫu 2

Tương đồng di truyền: biến thiên từ 0 đến 1. Các mẫu có độ tương đồng càng
gần trị số 1 thì chúng có mức độ tương đồng di truyền càng lớn hơn. Khoảng cách
di truyền: Biến thiên từ 0 đến ∞ (vô cực). Các mẫu có khoảng cách di truyền gần tới
trị số 0 thì chúng càng gần nhau. Các mẫu có khoảng cách di truyền càng lớn thì
chúng càng xa nhau (về phương diện di truyền). Dựa vào tương đồng di truyền hoặc

khoảng cách di truyền, người ta thiết lập sơ đồ cây. Sơ đồ cây phản ánh trực quan
các nhóm mẫu gần nhau hay xa nhau.
Một số chương trình phân tích đa dạng di truyền
NTSYS: Rất phổ biến. Sử dụng các thông số “1” hay “+” (có mặt), và “0”
hay “-“ (vắng mặt). Có thể dùng chương trình NTSYS cho các chỉ thị phân tử
RAPD, AFLP hay các chỉ thị “trội’ khác.
PopGene: Tương đối phổ biến. Sử dụng các thông số “1” (có mặt), và “0”
(vắng mặt) trong trường hợp chỉ thị di truyền là “trội”, hoặc các thông số AA, BB,
CC, AB, AC, BC... trong trường hợp chỉ thị di truyền là “đồng trội”. Ngoài ra,
PopGene còn được sử dụng trong trường hợp cần đánh giá những mẫu vật của nhiều
quần thể hoặc nhóm các quần thể.
* Lập bản đồ phân tử
Một trong những ứng dụng quan trọng của chỉ thị phân tử là lập bản đồ di
truyền. Bản đồ di truyền hiện đại được thiết lập dựa trên cơ sở các loại chỉ thị
phân tử ADN (các chỉ thị RFLP, STS, SSR, RAPD, AFLP...). Trong quá trình
giảm phân, các gen trên cùng nhiễm sắc thể (NST) thường được phân ly cùng
nhau như một nhóm liên kết gen. Tuy nhiên, sự liên kết này không hoàn toàn do
kết quả của quá trình trao đổi chéo giữa các NST tương đồng. Kết quả của hiện
tượng này là sự tái tổ hợp giữa các gen trong một cặp NST. Tần số trao đổi chéo

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 6


giữa hai gen nào đó phản ánh khoảng cách tương đối giữa chúng. Như vậy bản đồ
di truyền của NST biểu thị vị trí tương đối của các gen. Sự liên kết của những gen
nằm trên cùng một NST được trình bày thành một bản đồ liên kết hay bản đồ NST
thể hiện trình tự tuyến tính của các gen dọc theo NST với khoảng cách giữa các
gen liền kề tỉ lệ thuận với tần số tái tổ hợp giữa chúng. Đơn vị khoảng cách trong

bản đồ liên kết được coi là đơn vị bản đồ, nó được xác định bằng phần trăm (%)
tần số tái tổ hợp, trong đó 1 centiMorgan (cM) tương đương với 1% tái tổ hợp.
Bản đồ di truyền hiện đại được lập trên cơ sở sự liên kết giữa các chỉ thị phân tử
với các gen kiểm soát các tính trạng nghiên cứu. Sự có mặt của gen quan tâm
trong các cá thể được biểu hiện ở kiểu hình. Các chỉ thị ADN đồng phân ly với các
gen là những chỉ thị liên kết gen. Khoảng cách giữa các chỉ thị và gen được thể
hiện bằng tần số tái tổ hợp giữa chúng.
* Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-assisted selection)
Từ lâu, các nhà chọn giống đã quan tâm đến các chỉ thị hình thái liên kết với
một số tính trạng nông học quan trọng và sử dụng chúng như một phương tiện hữu
ích trong quy trình chọn tạo giống mới. Ở đây, thay vì phải đánh giá kiểu hình của
cả một quần thể nhằm phát hiện những cá thể chứa gen mong muốn, người ta chỉ
cần đi tìm những cá thể riêng biệt mang các chỉ thị hình thái liên kết với các gen đó.
Tuy nhiên các chỉ thị hình thái vốn có số lượng không nhiều, còn những chỉ thị
“may mắn” (liên kết với gen quan tâm) lại càng hiếm gặp, vì thế giá trị thực tiễn của
chỉ thị hình thái trong chọn giống gặp nhiều hạn chế. Với sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ chỉ thị phân tử, các nhà chọn giống bắt đầu quan tâm nhiều hơn tới vấn
đề chọn giống nhờ chỉ thị phân tử MAS (Marker-assisted selection) với ý đồ sử
dụng các chỉ thị phân tử liên kết với các gen mong muốn trong chọn tạo giống mới.
1.1.1.3. Ưu thế chỉ thị phân tử so với chỉ thị hình thái
Tanksley (2009) [28] khi lập bản đồ đa gen đã nêu ra những ưu thế của chỉ
thị phân tử so với chỉ thị hình thái như sau:
a. Kiểu gen của các locus chỉ thị phân tử có thể được xác định tại bất kỳ giai
đoạn nào và ở bất cứ mức độ nào: tế bào, mô hay toàn bộ cơ thể, trong khi kiểu hình
của phần lớn các chỉ thị hình thái chỉ có thể phân biệt được trong những giai đoạn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7

nhất định và thường ở mức độ toàn bộ cơ thể.
b. Số lượng các chỉ thị phân tử là cực kỳ lớn, trong khi số lượng các chỉ thị
hình thái rất hạn chế.
c. Các alen khác nhau của chỉ thị phân tử thường không liên kết với các hiệu
ứng có hại, trong khi việc đánh giá các chỉ thị hình thái thường hay đi kèm với
những hiệu ứng kiểu hình không mong muốn.
d. Các alen của các chỉ thị phân tử phần lớn là đồng trội, vì thế cho phép
phân biệt mọi kiểu gen ở bất kỳ thế hệ phân ly nào, còn các alen của các chỉ thị hình
thái thường tương tác theo kiểu trội-lặn, do đó bị hạn chế sử dụng trong nhiều tổ
hợp lai.
e. Đối với chỉ thị hình thái, các hiệu ứng lấn át thường làm sai lệch việc đánh
giá các cá thể phân ly ở trong cùng một quần thể phân ly, còn đối với chỉ thị phân
tử, hiệu ứng lấn át hoặc cộng tính rất hiếm gặp (Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang,
2004) [4].
1.1.2. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử
1.1.2.1. Khái niệm chọn giống nhờ chỉ thị phân tử
Trong khi các ứng dụng kỹ thuật di truyền vào chọn giống đã dành được
nhiều sự quan tâm trên thế giới, một kỹ thuật chọn giống khác hiện đại được gọi là
chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-assisted selection) có thể nói MAS đã trải
qua một cuộc cách mạng thầm lặng trong những năm gần đây.
Bert Collard, (2006) [24] đưa ra khái niệm chọn lọc giống lúa dựa trên chỉ thị
phân tử (MAS) là sử dụng chỉ thị ADN liên kết chặt với locus mục tiêu để thay cho
chọn lọc đánh giá kiểu hình với giả định chỉ thị ADN có thể dự đoán kiểu hình một
cách đáng tin cậy. Hay nói cách khác, chọn giống nhờ chỉ thị phân tử là việc sử
dụng chỉ thị di truyền để kiểm soát khu vực chứa bộ gen mã hoá cụ thể đặc điểm
của cây trồng. Sử dụng chỉ thị phân tử liên kết chặt với locus mục tiêu để xác định
tính trạng mong muốn thay cho kiểm tra hay đánh giá kiểu hình. Để việc chọn giống
có hiệu quả, phải xác định được chỉ thị phân tử đa hình giữa giống bố mẹ và các cá
thể trong quần thể phân tích. Mức độ xác định chỉ thị phân tử đa hình phụ thuộc vào

hệ thống chỉ thị được sử dụng. Với chỉ thị phân tử, cho phép các nhà chọn giống xác

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 8


định được chính xác các gen/locus gen quy định những tính trạng mong muốn. Các
gen/locus gen này cũng sẽ được chuyển vào các giống mới trong quá trình chọn tạo
giống bằng chỉ thị phân tử.
Thông thường, trong quy trình chọn tạo giống truyền thống, người ta đưa
nguồn gen mới có tính trạng mong muốn vào 1 giống khác bằng phương pháp hồi
giao liên tục qua 5 - 6 thế hệ, hoặc chọn lọc cá thể trong quần thể phân ly từ thế hệ
F2 đến các thế hệ tiếp theo. Với các gen kháng mỗi gen chính thường chỉ kháng
được với 1 chủng gây bệnh hoặc nòi gây hại nào đó. Do vậy nếu quy tụ được vài
gen kháng vào một dòng hoặc giống lúa thì sẽ tạo ra được một dòng lúa kháng được
với nhiều chủng gây bệnh hoặc nhiều nòi gây hại. Muốn tạo ra giống lúa kháng bền
vững đối với dịch hại, người ta phải đưa được vài gen kháng hiệu quả cao vào
"genom đích". Bằng phương pháp chọn giống truyền thống, việc đưa gen lặn vào tổ
hợp lai, hoặc du nhập cùng một lúc vài gen mong muốn vào "genom đích" (quy tụ
nhiều gen vào một dòng ưu việt) thường gặp rất nhiều khó khăn hoặc đôi khi không
thể thực hiện được (Mohan và cs., 1997) [25].
Trong chọn giống truyền thống, các cá thể cây trồng thể hiện các tính trạng
mới mong muốn, chẳng hạn như độ ngọt hơn của quả dâu tây, củ to hơn của khoai
tây, được chọn lọc từ các tổ hợp lai dâu tây và khoai tây. Trong khi đó, các tính
trạng đơn giản chẳng hạn như kích cỡ hay độ ngọt có thể dễ dàng tính toán được,
các tính trạng phức tạp hơn chẳng hạn như tính kháng sâu bệnh, hay tính trạng chịu
hạn gây khó khăn lớn đối với các nhà chọn giống khó có thể quan sát khi lựa chọn
các cá thể biểu hiện tính trạng đó trong một quần thể cây trồng.
Như vậy, chọn giống nhờ chỉ thị phân tử là một kỹ thuật ứng dụng chỉ thị phân

tử, không thay thế phương pháp chọn giống truyền thống, nhưng là một phương tiện
hữu hiệu, trợ giúp đắc lực cho chọn giống truyền thống nhằm khắc phục những trở
ngại mà công tác chọn giống truyền thống rất khó giải quyết.
Gần đây thuật ngữ chọn giống thông minh “Smart breeding” hàm ý chọn lọc
với chỉ thị và kỹ thuật công nghệ tiên tiến. Chọn giống bằng phương pháp MAS
mang lại hiệu quả và đáng tin cậy hơn so với chọn lọc kiểu hình. MAS cũng được
gọi là chọn giống nhờ chỉ thị (Marker assisted breeding/MAB), cho dù MAS không

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9


chắc chắn là đáp án cho tất cả cá lĩnh vực chọn giống, tuy nhiên MAS vẫn là một
bước tiếp cận hỗ trợ đầy hứa hẹn cho phương pháp chọn giống truyền thống ( Lã
Tuấn Nghĩa, 2011) [9].
1.1.2.2. Phương pháp MAS và sự sàng lọc trong các thế hệ chọn giống
Từ lâu các nhà chọn giống đã quan tâm đến các chỉ thị hình thái liên kết với
một số tính trạng nông học quan trọng và sử dụng chúng như một phương tiện hữu
ích trong quy trình chọn tạo giống mới. Ở đây, thay vì phải đánh giá kiểu hình của
cả một quần thể nhằm phát hiện những cá thể chứa gen mong muốn, người ta chỉ
cần đi tìm những cá thể riêng biệt mang các chỉ thị hình thái liên kết với các gen đó.
Sự phát triển của công nghệ chỉ thị phân tử đã giải phóng các nhà chọn giống
khỏi một khối lượng lớn công việc khi phải chọn lọc, phát hiện một lượng ít ỏi
những cá thể quan tâm trong số vô vàn các cá thể khác nhờ việc xác định sự có mặt
hay vắng mặt của những chỉ thị phân tử liên kết với những alen đặc hiệu mà không
cần đánh giá kiểu hình. Phương pháp này còn có thể giúp ta chọn lọc những cá thể
mang những tổ hợp gen cần thiết và loại bỏ các nhiễu do các tương tác trong cùng
alen hay giữa các alen gây ra những tương tác này thường không thể phát hiện được
bằng các phân tích kiểu hình. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong trường hợp

cần đưa gen lặn hoặc thậm chí đưa cùng lúc nhiều gen khác nhau vào một genome
đích. Nguồn gen mới nhập được phát hiện gián tiếp thông qua các chỉ thị phân tử
liên kết chặt với những gen đó.
Như vậy, chỉ thị phân tử làm tăng thêm hiệu quả sàng lọc trong các chương
trình chọn giống nhờ cung cấp thêm:
- Khả năng chọn lọc ngay từ giai đoạn cây con đang nẩy mầm trong khi
nhiều dấu hiệu chỉ có thể sàng lọc khi chúng được biểu hiện ở những giai đoạn
muộn hơn trong quá trình sống nếu chỉ sử dụng phương pháp chọn giống cổ điển (ví
dụ: chất lượng quả và hạt, tính bất dục đực, khả năng phản ứng chu kỳ quang).
- Khả năng sàng lọc những dấu hiệu mà việc đánh giá các đặc tính này
thường khó khăn, đắt tiền, tốn thời gian (ví dụ: như hình thái rễ, tính kháng nhiễm
đối với các dịch hại hoặc đối với những nòi, những bệnh đặc hiệu, hay tính kháng
những điều kiện gây sốc sinh học như hạn, mặn, thiếu muối, các chất độc).

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 10


- Khả năng phân biệt trạng thái đồng hợp tử hay dị hợp tử của nhiều locus
trong cùng một thế hệ mà không cần kiểm tra thế hệ sau.
- Khả năng chọn lọc đồng thời vài đặc tính trong cùng một thời gian, do vậy
mà có thể đưa vào cùng lúc vài gen có giá trị về mặt nông học, ví dụ đưa vào cùng
một lúc nhiều gen kháng dịch hại khác nhau. Trong trường hợp này, các phương
pháp sàng lọc kiểu hình các cá thể thông qua sự lây nhiễm (đồng thời hoặc thậm chí
lần lượt từng thể gây bệnh hay từng côn trùng gây hại) rất khó đạt được kết quả, nếu
không muốn nói là không thể được (Mohan và ctv, 1997) [25]. Nhưng nếu ta áp
dụng công nghệ chỉ thị phân tử, ta có thể kiểm tra sự có mặt hay vắng mặt của từng
alen kháng (hay nhiễm) khác nhau ở từng cá thể riêng biệt.
1.2.3. Ưu điểm và ứng dụng của phương pháp MAS trong chọn giống

Sinh học phân tử là một công cụ mới trong nghiên cứu di truyền và chọn giống
cây trồng. Hiệu quả của phương pháp này trong chọn giống là rất lớn như: nhanh
chóng, mức chi phí hợp lý, chính xác, nâng cao được năng suất sản lượng.
Chỉ thị di truyền và bản đồ di tuyền cho phép nhà chọn giống thấy rõ mối quan
hệ: “Tính trạng - Gen (QTLs) - Môi trường”. Do vậy ứng dụng quan trọng nhất của
MAS là sử dụng những chỉ thị phân tử cho ba mục đích sau:
- Tìm kiếm phát hiện những biến dị di truyền, các gen quan tâm trong số các
cá thể, giữa các giống, loài.
- Phân lập nhanh các cá thể cần quan tâm trong quần thể dựa trên thành phần
của gen hay các chỉ thị liên kết với các alen quan tâm đối với các locus mong muốn.
- Chuyển một vùng gen, đối với những tính trạng quan tâm được quy
định bởi đơn gen hay một gen chịu trách nhiệm phần lớn biểu hiện kiểu hình
của tính trạng.
Trong chọn giống lúa, MAS ngày càng được sử dụng rộng rãi để rút ngắn các
quá trình phục hồi các dòng bố mẹ trong các chương trình lai trở lại. MAS sẽ giúp
lai chuyển được những gen quan tâm vào các giống có cấu trúc hệ gen khác nhau
một cách nhanh chóng do MAS cho phép tối ưu hoá số cây cần chọn, số lần lai trở
lại, hoặc loại bỏ các cá thể không liên quan đến những gen quan tâm, các chỉ thị
phân tử có thể được áp dụng chọn giống nhằm phân biệt giữa các cá thể trong một

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


quần thể phân ly và xác định giống. Khi so sánh với chọn giống truyền thống, vai
trò trợ giúp của chỉ thị phân tử có thể cải thiện hiệu quả chọn giống ở các điểm:
- Phân biệt kiểu gen đồng hợp tử và dị hợp tử: Để phân biệt các kiểu gen trong
phương pháp chọn giống truyền thống là dựa trên chọn lọc kiểu hình. Chọn lọc kiểu
hình ít hiệu quả hơn trong việc phân biệt kiểu gen đồng hợp tử và dị hợp tử. Khả năng

xác định sự khác nhau là cần thiết tại một số bước trong các chương trình chọn giống.
- Phân biệt thế hệ đầu: Trong chọn giống truyền thống, các nhà chọn giống
thường xuyên tạo số lượng cá thể lớn để xác định hiệu quả và chọn lọc các kiểu gen
mong muốn. Điều này sẽ kéo dài chương trình chọn giống. MAS cho phép nhà chọn
giống loại bỏ các kiểu gen không mong muốn trong chương trình chọn giống bằng
việc sàng lọc các cá thể ngay ở giai đoạn cây con.
- Thuận tiện sàng lọc: Đối với tính trạng khó đánh giá kiểu hình, chọn lọc đối
với một chỉ thị alen cây bố mẹ cho gen tại vị trí locus gần với gen quan tâm có thể
làm tăng hiệu quả và độ chính xác của chọn lọc. Mục tiêu của chọn giống tương tự
như lai tạo tính kháng bệnh thối rễ thì tốn công sức để có được kết quả bởi vì cây
trồng phải cần được đào ra khỏi mặt đất để đánh giá. Các chỉ thị liên kết với các
tính trạng như vậy có thể sẽ tạo dễ dàng cho các nhà chọn giống để tiến hành nhanh
chóng trong chương trình chọn giống và chí phí sàng lọc.
- Giảm không gian sàng lọc: Bởi vì ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên
kiểu hình đặc biệt đối với các tính trạng phức hợp, chọn giống truyền thống yêu cầu
chọn lọc được thực hiện trên các nhóm cá thể phân ly được trồng trong nhóm. Giai
đoạn đầu của MAS có thể được thực hiện ngay ở giai đoạn cây non trong một
không gian hẹp ví dụ như trong phạm vi nhà kính.
- Giảm thời gian chọn lọc: thử nghiệm ngay ở giai đoạn đầu và dễ dàng sàng
lọc để lựa chọn có thể rút ngắn chương trình chọn giống.
Nhược điểm:
Cho đến nay, ứng dụng MAS đã đạt được nhiều thành công khác nhau trong
chọn giống cây trồng, tuy nhiên để ứng dụng MAS trở nên phổ biến thì vẫn có một
số tồn tại. Hạn chế lớn nhất là rào cản tồn tại của MAS là cải tiến tính trạng đa gen.
Lý do chính tồn tại của rào cản này là xác định vị trí chính xác QTL trên bản đồ. Vì

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 12

QTL thiếu các ảnh hưởng kiểu hình riêng biệt và không thể lập bản đồ QTL như thể
chúng là locus định lượng hoặc locus di truyền Menden riêng biệt. Mặc dù các công
cụ tính toán thống kê phức tạp được sử dụng, khả năng luôn tồn tại là vị trí hợp lý
tối đa theo quy định có thể không là vị trí chính xác của QTL. Một trong những
thách thức chính trong chọn giống các tính trạng định lượng là bị ảnh hưởng lớn từ
điều kiện môi trường biểu hiện lên tính trạng đó, do vậy có tính di truyền thấp. Các
nghiên cứu cũng chứng minh rằng MAS là hiệu quả nhất khi các giá trị chọn giống
dự đoán bởi chỉ số giá trị QTL kiểu gen, như từ kiểu gen chỉ thị liên kết và ước
lượng hiệu ứng QTL và các giá trị kiểu hình.
1.1.2.4. Yêu cầu cơ bản của chỉ thị phân tử để ứng dụng phương pháp MAS trong
chọn giống cây trồng
Sự thành công của hệ thống chọn giống nhờ MAS phụ thuộc vào các yếu tố
chính:
- Thể hiện tính đa hình cao: Chỉ thị được chọn cần phải phân biệt hiệu quả
giữa những biến dị di truyền hiện có trong quần thể lai tạo. Kiểm tra tính phù hợp
cần phải được thực hiện trong quần thể hợp lý.
- Đơn giản và dễ sử dụng: Khả năng đánh giá một số lượng lớn cá thể trong
một thời gian và thành hiệu quả. Phương pháp cần đơn giản, nhanh chóng sử dụng,
khả năng tự động hoá cao, dễ chấm điểm và phân tích với kết quả có khả năng tái
lặp là cần thiết.
- Bản đồ di truyền với một số lượng hợp lý các chỉ thị đa hình tại các vùng
tương đồng để định vị chính xác QTLs hay gen quan tâm.
- Mối liên kết chặt giữa chỉ thị và các gen hay QTLs.
- Sự tái tổ hợp thích hợp giữa các chỉ thị và phần còn lại của bộ gen.
- Hiệu quả chi phí: Các phương pháp xác định phải có hiệu quả chi phí hợp lý.
Hệ thống chỉ thị có thể sử dụng protein thô hoặc một lượng nhỏ DNA là thuận lợi
trong việc cắt giảm thời gian chuẩn bị trước khi thực hiện.
Khi đề cập đến ứng dụng chỉ thị PCR trong chọn giống, Kangle Zheng
(1995) [18] cũng cho rằng mức chính xác của MAS phụ thuộc vào mối liên kết chặt

giữa gen quan tâm và chỉ thị phân tử. Mặc dù chỉ thị và gen có mối liên hệ về di

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13


truyền, nhưng mối liên hệ này có thể bị phá vỡ do có sự tái tổ hợp giữa chúng.
Khoảng cách di truyền phản ánh tỷ lệ tái tổ hợp giữa gen quan tâm và chỉ thị. Vì
thế, để có độ tin cậy cao, làm giảm sự tái tổ hợp giữa gen quan tâm và chỉ thị là điều
cần thiết. Điều này có thể thực hiện khi áp dụng MAS với những chỉ thị cách gen
quan tâm không quá 5cM và với những nhóm marker nằm về cả hai phía của gen.
Theo lý thuyết, với những chỉ thị cách gen trong khoảng 5cM, độ chính xác thu
được khi sử dụng MAS là 99,75% hoặc có thể cao hơn.
1.1.2.5. Các bước chọn giống nhờ chỉ thị phân tử
Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử đề cập đến một phương pháp chọn giống,
trong đó việc xác định chỉ thị DNA và chọn lọc được lồng ghép vào chuơng trình
chọn giống truyền thống. Thực hiện lai đơn là một ví dụ, các bước thực hiện:
- Chọn lọc bố mẹ (dòng cho gen và nhận gen) và thực hiện lai tạo, ít nhất một
hoặc cả hai có alen chỉ thị DNA cho tính trạng mong muốn.
- Phát triển quần thể F1 và xác định sự có mặt của các alen chỉ thị để loại bỏ
các cây lai không đủ điều kiện.
- Phát triển quần thể F2 phân ly, sàng lọc các cá thể bằng các chỉ thị và thu
các cá thể mang alen chỉ thị mong muốn.
- Trồng cây F2:3 và sàng lọc các cá thể bằng chỉ thị. Số lượng lớn cá thể F3 trong
phạm vi một hàng có thể được sử dụng cho việc sàng lọc chỉ thị nhằm xác định hơn
nữa trong trường hợp cần thiết nếu thấy cây F2 trước là đồng hợp tử với chỉ thị. Chọn
lọc và thu các cá thể với alen chỉ thị và các tính trạng mong muốn khác.
- Trong thế hệ tiếp theo (F4 và F5) thực hiện sàng lọc chỉ thị và chọn lọc
tương tự như ở thế hệ F2:3, nhưng cần chú ý với những cá thể có đặc tính nổi trội

của các dòng đồng hợp tử.
- Trong thế hệ F4:5 hoặc F 5:6, dựa trên dữ liệu chỉ thị các dòng tốt nhất
theo đánh giá kiểu hình của tính trạng mục tiêu và cũng như kiểu hình của các
tính trạng khác.
- Đánh giá năng suất cây trồng toàn diện để lựa chọn ra các dòng năng suất,
chất lượng và tính chống chịu cũng như các đặc tính quan tâm khác.
Trong đó, một số bước đơn giản thực hiện MAS với chỉ thị DNA như sau:

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 14


- Tách DNA từ mô tế bào của mỗi cá thể trong quần thể lai
- Sàng lọc các mẫu DNA sử dụng PCR cho các chỉ thị liên kết với QTL
quan tâm
- Phân tích các sản phẩm PCR, sử dụng kỹ thuật phù hợp để phân biệt và xác
định sản phẩm chẳng hạn như điện di trên gel agarose
- Xác định các cá thể có các alen chỉ thị mong muốn liên kết với QTL mục
tiêu
- Kết hợp kết quả của chỉ thị với một số tiêu chí chọn lọc khác, chọn lọc các
con lai của quần thể tin cậy bởi sàng lọc alen chỉ thị và các cá thể trội trong các
quần thể của chương trình lai tạo.

1.2. Một số kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới
1.2.1. Tình hình nghiên cứu chọn giống nhờ phương pháp MAS và QTL/gen
tăng số hạt/bông trên thế giới
Từ hơn hai thập kỷ trước người ta đã dự đoán rằng công nghệ chỉ thị phân tử
sẽ định hình lại các chương trình chọn giống và thúc đẩy nhanh trong chọn lọc các
tính trạng kinh tế của cây trồng. Khoảng 14 năm trước đây, Concibido và cs (1996)

[14] đã mô tả ứng dụng MAS chọn tạo giống đậu tương kháng u nang tuyến trùng
(Heterodera glycines). Tuy nhiên, trong khi đó MAS được sử dụng hiệu quả hơn
trong chọn tạo các tính trạng đơn gen, nhưng lại không hiệu quả trong chọn tạo tính
trạng đa gen, đặc biệt trong trường hợp nhiều alen với các hiệu ứng nhỏ liên quan
đến một kiểu hình cụ thể. MAS đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các
chương trình chọn giống để chuyển gen và quy tụ gen, đặc biệt các gen kháng sâu
bệnh của các loại cây trồng chính, mà còn đối với cả các nhóm cây trồng thứ yếu.
Các nhà khoa học ở Trường ĐHTH Cornel (Mỹ) là những người đầu tiên
định vị hàng loạt các chỉ thị phân tử RFLP trên bản đồ di truyền ở lúa. Trong
chương trình genome lúa do Nhật chủ trì, các nhà khoa học đã phát hiện và tách
dòng hơn 3000 đoạn ADN bổ trợ. Đến nay đã có khoảng chục nghìn chỉ thị phân tử
SSR (vi vệ tinh) ở lúa đã được phát hiện và thiết kế, trong đó có nhiều chỉ thị liên
kết với gen có ý nghĩa kinh tế quan trọng (Linh và cs, 2006) [22].
Cho đến nay, hàng nghìn QTL/gen liên kết với hầu hết các tính trạng ở lúa đã
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 15


được xác định. Trong đó nhiều QTLs/gen quy định tính trạng có ý nghĩa kinh tế
quan trọng đã được xác định lập bản đồ và ứng trong cải tiến giống. Hiện nay có
khoảng 40 QTLs/gen kháng bệnh bạc lá, 90 QTL/gen kháng đạo ôn, trên 30 gen
kháng rầy nâu và một số QTL kháng đạo đã được phát hiện (Zhang G, 1997), (Kang
và cs, 2015; Liu và cs, 2014) [32], [19], [23].
Phân tích, lập bản đồ di truyền phân tử đã được thiết lập rất phổ biến bằng
việc sử dụng quần thể phân ly F2 hay dòng cập phối (RIL) từ tổ hợp lai xa về di
truyền như giữa hai loài phụ Indica và Japonica, thế hệ tái tổ hợp thu được nhiều đa
hình hơn là trong cùng loài phụ (Fancia và cs., 2005) [15].
Một số tiến bộ về ứng dụng MAS đã được thực hiện tại Viện nghiên cứu Lúa
Quốc tế (IRRI), các nhà khoa học đã chuyển các QTL/gen kháng vào các nền di

truyền của giống lúa ưu tú (Li và cs, 2004) [21]. Số lượng QTL liên quan đến tính
chịu hạn ở lúa mạch đã được lập bản đồ, bao gồm một số tính trạng sinh lý, sinh hóa
chẳng hạn như khả năng điều chỉnh thẩm thấu, hàm lượng protein, khí khổng dẫn,
hay carbonhydrate bão hòa trong nước... nhưng ứng dụng MAS vẫn còn là những
thách thức (Li và cs, 2004) [21].
Trong số các ức chế phi sinh học như hạn hán và nhiễm mặn là một trong
những ức chế chính gây thiệt hại kinh tế lớn. Một tiến bộ đạt được nhờ ứng dụng
MAS đã phát triển một số giống cây trồng chịu hạn và chịu mặn sử dụng phương
pháp lai truyền thống kết hợp với ứng dụng chỉ thị phân tử. Nhiều QTL kiểm soát
tính kháng hạn và chịu mặn đã được phân lập. Zhang và cs (2005) [32] cho thấy
ảnh hưởng của sự thay đổi trong các màng acid béo trên khả năng chịu hạn và chịu
mặn. Tuy nhiên, mức độ áo dụng của những phát hiện này đối với các chương trình
chọn giống vẫn còn bị hạn chế.
Tiến sỹ Makill của IRRI đã thành công trong việc phát triển một số giống lúa
chịu hạn ngập sử dụng locus Sub I (Septiningsih và cs, 2009) [26]. Hai giống cải
tiến mang gen Sub I đã được phóng thích gần đây. MAS được ứng dụng nhằm giảm
số lần lai hồi giao (BC) và giảm bớt các liên kết kéo theo. Giống cải tiến “SwarnaSub I” được trồng ở Ấn Độ và Bangladesh, giống IR64-Sub I được trồng ở những
vùng thường bị ảnh hưởng ngập lụt ở Philipin và Indonesia. Tiến sỹ Varshney

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 16