Chọn tạo giống lúa tính trạng hàm lượng amylose thấp bằng chỉ thị phân tử SSR trên quần thể lai hồi giao tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
Mã ngành: 9 42 02 01

HỒ VĂN ĐƯỢC

CHỌN TẠO GIỐNG LÚA TÍNH TRẠNG
HÀM LƯỢNG AMYLOSE THẤP BẰNG
CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR TRÊN QUẦN THỂ
LAI HỒI GIAO

Cần Thơ, 2018


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Người hướng dẫn chính: GS.TS. Nguyễn Thị Lang

Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp
trường
Họp tại: …………………………….. Trường Đại học Cần Thơ).
Vào lúc ….. giờ ….. ngày ….. tháng ….. năm …..

Phản biện 1: ……………………………………
Phản biện 2: ……………………………………
Phản biện 3 :……………………………………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ.
Thư viện Quốc gia Việt Nam.


DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1. Hồ Văn Được, Nguyễn Thị Lang, Đặng Thị Diễm Kiều, Nguyễn
Thị Thảo Nguyên, Bùi Chí Bửu, 2016. Phân tích hàm lượng
amylose và tính trạng nông học của cây lúa trên quần thể lai
hồi giao OM5930/OM7347//OM5930. Tạp chí Khoa học
Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam. 6 (67): 25-30.
2. Hồ Văn Được, Nguyễn Thị Lang, Trần Thị Thanh Xà, Nguyễn
Thị Thảo Nguyên, Bùi Chí Bửu, 2016. Nghiên cứu đa dạng
hàm lượng amylose và một số tính trạng chính của tập đoàn
lúa cao sản và lúa mùa. Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông
nghiệp Việt Nam. 10 (71): 22 - 26.
3. Hồ Văn Được, Nguyễn Thị Lang, Bùi Phước Tâm, Phạm Thị Bé
Tư, 2017. Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn giống lúa có hàm
lượng amylose thấp trên quần thể lai hồi giao
OM6976/Jasmine85//OM6976. Tạp chí Khoa học Công Nghệ
Nông nghiệp Việt Nam, 7 (80): 3 - 9.

1


Chương I. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực
quan trọng trên thế giới cung cấp nguồn năng lượng chính cho một
nửa dân số trên thế giới. Trong đó, ở châu Á, hơn 90% sản lượng lúa

được sản xuất và tiêu thụ. Trước đây, đa số nông dân Việt Nam có
thói quen sản xuất giống lúa ngắn ngày, năng suất cao và dễ canh tác
vì chống chịu sâu bệnh tốt. Tuy nhiên, các giống này thường có phẩm
chất thấp, cứng cơm và không có mùi thơm. Do đó, mặc dù có nhiều
đột phá về mặt sản lượng nhưng chất lượng cũng như giá thành sản
phẩm chưa cao và thị trường tiêu thụ còn hạn chế. Ngày nay, với sự
phát triển của xã hội, nhu cầu ăn ngon thay thế dần nhu cầu ăn no, các
sản phẩm gạo mềm dẻo, thơm ngày càng được ưa chuộng. Chính vì
vậy, việc nghiên cứu, lai tạo và phát triển các giống lúa mới ngon dẻo
lại thích nghi đa dạng và cho năng suất cao đang là nhu cầu cấp bách
của sản xuất lúa gạo trong vùng.
Chất lượng gạo là một khái niệm chung bao hàm rất nhiều các
đặc tính khác nhau từ các đặc tính vật lý đến sinh hóa và sinh lý. Tinh
bột và protein là hai thành phần chính trong nội nhũ của hạt, vì vậy nó
là chìa khóa của chất lượng hạt. Tinh bột chứa hỗn hợp amylose và
amylopectin (Juliano, 2003; Fitzgerald et al., 2009a; Chen et al.,
2012). Nhiều nghiên cứu cho rằng tính chất mềm dẻo của cơm phụ
thuộc chủ yếu vào hàm lượng amylose (AC), nó là kết quả của kiểu
gen và một vài thay đổi của môi trường (Fitzgerald et al., 2009a).
Hàm lượng này được sử dụng như một chỉ số quan trọng để đánh giá
chất lượng cơm (Asghar et al., 2012). Về mặt di truyền, nhiều nghiên
cứu cho rằng tính trạng hàm lượng amylose cao và thấp đều do một
gen duy nhất điều khiển. Gen waxy là gen điều khiển tính trạng hàm
lượng amylose trong hạt gạo định vị trên nhiễm sắc thể số 6. Gen trội
A qui định hàm lượng amylose cao và gen đồng hợp lặn aa qui định
hàm lượng amylose thấp.
Việc phát triển các giống lúa ưu tú mới có năng suất và chất
lượng cao là thách thức đối với phương pháp chọn giống truyền thống.
Vì vậy cần có những đột phá mới cho công tác chọn tạo giống bằng
phương pháp hiện đại. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống

(MAS) cho lai hồi giao (MABC) là phương pháp chuyển một gen mục
tiêu từ giống cho gen (donor) sang giống nhận gen (recipient) trong
khi vẫn giữ lại các đặc tính quan trọng của giống nhận thông qua lai
2


hồi giao. Việc sử dụng các chỉ thị phân tử cho phép giải mã di truyền
của con lai ở mỗi thế hệ, rút ngắn thời gian chọn tạo, do đó tăng hiệu
quả chọn lọc gen trên một đơn vị thời gian (Hospital, 2003). MABC
đã được sử dụng trong nhiều nghiên cứu tạo chọn giống lúa chất
lượng cao trước đây (Hasan et al, 2015; Hồ Văn Được và ctv., 2016a,
2017; Nguyen Thị Lang and Bui Chi Buu, 2004).
Xuất phát từ những vấn đề đặt ra, nghiên cứu được thực hiện
nhằm khai thác phương pháp MABC trong lai tạo giống lúa có hàm
lượng amylose thấp (≤20%), năng suất cao phù hợp với nhu cầu về
giống lúa cũng như điều kiện canh tác của ĐBSCL hiện nay.
2. Mục tiêu
2.1. Mục tiêu chung: Nghiên cứu, chọn tạo các dòng/giống lúa
có phẩm chất tốt liên quan đến chỉ tiêu hàm lượng amylose thấp dựa
trên sự kết hợp giữa phương pháp lai hồi giao và chọn giống bằng chỉ
thị phân tử.
2.2. Mục tiêu cụ thể:
Khai thác gen liên quan đến chỉ tiêu hàm lượng amylose thấp
thông qua đa dạng nguồn vật liệu ban đầu từ bộ lúa mùa địa phương và
bộ lúa cao sản ngắn ngày.
Ứng dụng MABC trong chọn lọc các quần thể lai hồi giao thông
qua đánh giá kiểu hình và phân tích kiểu gen dựa trên việc xác định
gen waxy trên nhiễm sắc thể số 6 và các gen liên quan năng suất và
thành phần năng suất được đánh dấu trên cá thể cây mẹ.
Đánh giá đa dạng di truyền trên quần thể con lai và chọn lọc các

cá thể mang gen mục tiêu mong muốn thông qua xây dựng bản đồ
GGT trên các quần thể NILs.
Chọn lọc các dòng lúa triển vọng có tính trạng hàm lượng
amylose thấp (≤20%) và năng suất cao (từ 7 - 8 tấn/ha vụ Đông
xuân và 4 – 5 tấn/ha vụ Hè thu) nhằm phục vụ cho công tác chọn
tạo giống lúa mới.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Các giống lúa mùa địa phương thu thập ở các tỉnh đồng bằng
Sông Cửu Long và các giống cao sản từ Ngân hàng gen của Bộ môn
Di truyền- Chọn giống, Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long.
4. Thời gian và địa điểm thí nghiệm
Các thí nghiệm được thực hiện tại Viện Lúa ĐBSCL. Thời gian
thực hiện từ tháng 10/2013 đến tháng 06/2017.
5. Những đóng góp mới của luận án
3


Đề tài đã đánh giá và khai thác hiệu quả nguồn vật liệu bố mẹ
mà các nghiên cứu trước đây ở Việt Nam còn nhiều hạn chế.
Bên cạnh mục tiêu chọn tạo giống có hàm lượng amylose thấp,
đề tài còn chú ý đến năng suất cao và thời gian sinh trưởng phù hợp.
Điều này là điều kiện quyết định để các sản phẩm giống lúa có thể
ứng dụng và phát triển rộng khi đề tài kết thúc.
Kết hợp giữa lai tạo truyền thống, sinh học phân tử và tin sinh
học trong nghiên cứu.
6. Bố cục của luận án
Luận án dài 166 trang, gồm phần giới thiệu, tổng quan tài liệu,
phương pháp nghiên cứu, kết quả thảo luận và phần kết luận và đề
nghị và phần phụ lục. Luận án có 12 bảng, 33 hình và 156 tài liệu
tham khảo.

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu thí nghiệm
Giống lúa: 88 giống lúa mùa thu thập từ các tỉnh ĐBSCL và 71
giống lúa cao sản được thu thập từ ngân hàng gen của Bộ môn Di
truyền-Chọn giống, Viện Lúa ĐBSCL.
2.2. Phương pháp thí nghiệm
2.2.1. Nội dung 1: Đánh giá vật liệu bố mẹ sử dụng trong
nghiên cứu chọn tạo giống lúa phẩm chất cao có hàm lượng
amylose thấp.
2.2.1.1. Đánh giá hàm lượng amylose
Phân tích hàm lượng amylose trên lúa gạo được thực hiện bằng
phương pháp sinh hóa của Seko (2003).

Hình 2.1. Phản ứng màu của các giống lúa phân tích hàm lượng
amylose.

4


Bảng 2.1. Tiêu chuẩn đánh giá hàm lượng amylose trên hạt (IRRI,
1996).
Hàm lượng amylose
(%)
Rất thấp

0-2
2-20
20-25
> 25

Tiêu chuẩn

Thấp
Trung bình
Cao

Phân loại
Nếp
Gạo dẻo
Gạo mềm cơm
Gạo cứng cơm

2.2.1.2. Đánh giá các đặc tính nông học, các thành phần năng
suất và năng suất
Đánh giá các đặc tính nông học, các thành phần năng suất và
năng suất theo QCVN01-55:2011/BNNPTNT.
2.2.1.3. Phân nhóm đa dạng di truyền kiểu hình
Phân tích kết quả phân nhóm bằng phần mềm NTSYSpc theo
(Rohlf, F.J. (1992).
2.2.1.4. Đa dạng nguồn gen trên các giống lúa bố mẹ
❖ Ly trích ADN từ cây lúa:
Phương pháp ly trích ADN thực hiện theo quy trình của IRRI
(1996).
❖ Khuếch đại gen mục tiêu thông qua phương pháp
PCR-SSR:
Sản phẩm PCR được khuếch đại thông qua microsatellite (SSR)
theo phương pháp của IRRI (1996) và Nguyễn Thị Lang (2002).
2.2.2. Nội dung 2: Đánh giá hiệu quả di truyền của các tổ
hợp lai
2.2.2.1. Lai tạo lúa trong nhà lưới

- Chọn bố mẹ: Đối với cây mẹ, bông phải trổ khỏi bẹ từ 5060%. Đối với cây bố, bông lúa trổ vươn ra khỏi bẹ và các hoa lúa nở
để lộ các nhị đực vàng ra bên ngoài vỏ trấu.
- Khử đực trên cây mẹ: thời gian khử đực thường vào lúc chiều
mát (khoảng 15 đến 17 giờ). Bông lúa được tách nhẹ nhàng ra khỏi bẹ
đòng, sau đó được xử lý bằng cách dùng kéo cắt bỏ các hoa đã nở ở
chóp bông (nhị đực đã phơi ra) và những hoa còn non ở cuối bông.
Các bông lúa đã khử đực được bao bọc lại bằng giấy bóng mờ, không
thấm nước, cố định và ghi thông tin lên bao giấy (Hình 2.2).
5


Hình 2.2. Thao tác khử đực trên cây mẹ (Hồ văn Được, Viện Lúa
ĐBSCL, 2013).
Cách phủ phấn: thời gian phủ phấn lúc có nắng tốt (thường
khoảng 9-10 giờ).
Chăm sóc bông lai: kiểm tra hạt lai sau 3 - 4 ngày phủ phấn.

Hình 2.3. Sự thụ phấn và tạo hạt lai (Hồ văn Được, Viện Lúa
ĐBSCL, 2013).
2.2.2.2 Đánh giá hiệu quả chọn lọc tính trạng mục tiêu dựa
trên các quần thể lai F2
Đánh giá sự di truyền và hiệu quả chọn lọc của các cặp bố mẹ ở
thế hệ F2 nhằm chọn lọc các tổ hợp lai phù hợp để chuyển các gen
mục tiêu từ cây bố vào hệ gen của cây mẹ. Các chỉ số di truyền bao
gồm:
Phương sai kiểu gen: σ2g = [(TrMS - EMS) / r]
Phương sai kiểu hình: σ2p = [σ2g + EMS]
Hệ số di truyền: h2BS = [σ2g / σ2p]
Hiệu quả chọn lọc: GA = i . h2BS . (σ2p)-1
Trong đó: σ2g: phương sai kiểu gen; σ2p: phương sai kiểu hình;

TrMS: trung bình bình phương của nghiệm thức; EMS: trung bình
bình phương của sai số; r: số lần lặp lại của thí nghiệm; h 2BS: hệ số di
truyền theo nghĩa rộng; GA: hiệu quả chọn lọc; i: giá trị chuẩn của
cường độ chọn lọc (i(10%)=1,76).

6


Quần thể F2 nào có giá trị hệ số di truyền càng cao và hiệu quả
chọn lọc càng cao thì quần thể đó cho hiệu quả lai tạo và di truyền
kiểu gen càng tốt.
2.2.3 Nội dung 3: Chọn tạo quần thể lai hồi giao có hàm
lượng amylose thấp thông qua MAS
Lai tạo và chọn lọc các quần thể lai hồi giao nhờ các chỉ thị
phân tử (BC1F1- BCnF1).

7


Giống mẹ
(giống nhận gen RP)

Giống bố
(giống cho gen - DP)

- Năng suất trung bình đến khá

- Năng
- suất cao, ổn định
- Hàm lượng amylose cao

- Chỉ thị Wx (210bp-220bp)
- Cây F1 dị hợp tử gen waxy

- Hàm lượng amylose thấp

RP

X

F1

MAS
- Chỉ thị Wx
- Cây BC1F1 dị hợp tử gen waxy
- Đồng hợp tử gen đánh dấu trên cây mẹ

BC1F1

X

RP

MAS
- Chỉ thị Wx
- Cây BC1F1 dị hợp tử gen waxy
- Đồng hợp tử gen đánh dấu trên cây mẹ

BC2F1

X

RP

MAS
- Chỉ thị Wx

BC3F1

- Cây BC1F1 dị hợp tử gen waxy
- Đồng hợp tử gen đánh dấu trên cây mẹ

…
- Chỉ thị Wx
- Cây BC1F1 dị hợp tử gen waxy
- Đồng hợp tử tất cả các gen đánh dấu trên cây mẹ

BCnF1

- Chỉ thị phân tử cho đa hình trên 12 nhiễm sắc thể
- Lập bản đồ GGT đánh giá sự tái tổ hợp gen trên quần thể
con lai.

BCnF2

- Đánh giá kiểu hình và kiểu gen

BCnF3

- Chọn lọc và nhân rộng

Hình 2.5. Sơ đồ quy tụ gen waxy trên quần thể lai hồi giao thông qua
MAS.

8


Bước 1: Chọn lọc bố mẹ phù hợp. Đánh giá đa hình kiểu gen
giữa giống bố (giống cho gen, donor, DP) và giống mẹ (giống
nhận gen, recipient, RP) đối với gen waxy và các gen được đánh dấu
trên cá thể mẹ (gen tái tổ hợp).
Bước 2: Lai tạo quần thể lai hồi giao. Các cá thể F1 được lựa
chọn cho lai hồi giao là các cá thể mang gen waxy dị hợp tử. Cây F1
được lai lại với giống mẹ (RP) tạo quần thể BC1F1. Các cá thể BC1F1
được chọn lọc thông qua MAS (dị hợp tử trên gen waxy và đồng hợp
tử trên các gen tái tổ hợp) được cho lai với cây mẹ (RP) để tạo quần
thể BC2F1.
Bước 3: Chọn lọc dòng thuần các quần thể lai hồi giao. Các
dòng hồi giao mang gen waxy dị hợp tử và mang gần như toàn bộ nền
di truyền của cây mẹ (các gen tái tổ hợp đồng hợp như cây mẹ đạt
khoảng 90%) được cho tự thụ để đạt được quần thể BCnF2. Đối với gen
mục tiêu (waxy), ở thế hệ này, các cá thể thể hiện gần như toàn bộ các
alen và việc chọn lọc gen đích là hiệu quả nhất. Các thế hệ của quần thể
được cho tự thụ và chọn lọc liên tục cho đến dòng thuần.
2.3.4 Nội dung 4: Chọn lọc các quần thể hồi giao BCnF2 thông
qua lập bản đồ GGT
2.3.4.1 Kiểm tra kiểu gen của quần thể con lai trên 12 nhiễm
sắc thể dựa trên các chỉ thị phân tử đa hình giữa cây bố và mẹ
Phương pháp ly trích ADN, PCR, kiểm tra sản phẩm PCR được
thực hiện tương tự như phần 2.3.1.4.

2.3.4.2 Lập bản đồ GGT đánh giá sự di truyền của quần thể
con lai, qua đó chọn lọc các cá thể mang gen mục tiêu mong muốn.
Phương pháp GGT do Young and Tanksley đề xuất (1989).
Phương pháp lập bản đồ GGT thông qua các bước như sau:
(1) Lập file dữ liệu trên Excel: mã hóa gen của quần thể với A,
B là kiểu gen đồng hợp tử của cây bố mẹ; H là kiểu gen dị hợp tử; U
là kiểu gen chưa được xác định.
(2) Nhập dữ liệu vào cửa sổ GGT: chuyển đổi dữ liệu Excel sang
dữ liệu GGT.
(3)Xử lý số liệu trong GGT,
(4) Đăng xuất kết quả.
2.2.5 Nội dung 5: Đánh giá và chọn lọc cá thể có hàm lượng
amylose và năng suất cao trên các quần thể lai hồi giao BCnF3
2.2.5.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm
9


Các cá thể của quần thể BCnF3 được trồng trên ruộng thí
nghiệm. Chọn dòng triển vọng được bố trí theo kiểu tuần tự, không
lặp lại, cấy 1 tép với khoảng cách 20 x 15 cm.
2.2.5.2 Đánh giá kiểu hình và kiểu gen liên quan hàm lượng
amylose trên quần thể con lai
Phân tích hàm lượng amylose (%): Phương pháp thực hiện
tương tự như phần 2.2.1.1.
Phân tích độ trở hồ (cấp): Phân tích độ trở hồ được thực hiện
theo phương pháp của IRRI (1996).
Bảng 2.2. Thang điểm đánh giá nhiệt trở hồ theo tiêu chuẩn của IRRI
(1996).
Thang Độ lan rộng
Độ trong suốt

Phân
điểm
lọai
1
Hạt gạo còn nguyên
Hạt gạo trắng bột
Cao
2
Hạt gạo phòng lên
Hạt gạo trắng bột,
Cao
viền vừa tươm bột
3
Hạt gạo phồng lên, viền Hạt gạo trắng bột,
Cao
còn nguyên hay rõ nét
viền nhòe như bong
gòn
4
Hạt gạo phồng lên, viền Tâm nhòe như bong Trung
còn nguyên và nở rộng. gòn, viền còn đục
bình
5
Hạt rã ra viền hoàn toàn Tâm nhòe như bong Trung
và nở rộng
gòn, viền trong suốt bình
6
Hạt tan ra hòa chung với Tâm đục, viền trong Thấp
viền
suốt

7
Hạt hòa tan hoàn toàn
Tâm và viền trong
Thấp
và quyền vào nhau
suốt
Phân tích độ bền gel (mm): Phân tích độ bền gel theo phương pháp
của Tang et al. (1991).
Bảng 2.3. Phân loại độ bền thể gel theo tiêu chuẩn SES (IRRI, 1996)
Phân loại độ bền gel
Chiều dài gel (mm)
Mềm
61 – 100
Trung bình
41 – 60
Cứng
< 40
2.2.5.3 Đánh giá các thành phần năng suất và năng suất để
chọn lọc các dòng con lai ưu tú vừa có hàm lượng amylose thấp vừa
có năng suất cao
10


Phương pháp đánh giá các thành phần năng suất và năng suất
tương tự như mục 2.2.1.1.
2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu được nhập và lưu trữ bằng chương trình Microsoft Ofice
Excel 2013.
Phân tích và thống kê số liệu (ANOVA, DUCAN) bằng
Microsoft Ofice Excel, Cropstat 7.2, STAR.

Phân nhóm di truyền sử dụng phần mềm NTSYSpc.
Vẽ biểu đồ sử dụng Microsoft Ofice Excel, R-studio.
Chọn lọc cá thể của quần thể thông qua phân tích Graphical
genotypes 2 (GGT 2.0).
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nội dung 1: Đánh giá vật liệu bố mẹ sử dụng trong
nghiên cứu chọn tạo giống lúa phẩm chất cao có hàm lượng
amylose thấp
Trong nghiên cứu này, 88 giống lúa mùa và 71 giống lúa cao
sản lần lượt được đánh giá hàm lượng amylose, các tính trạng nông
học, các thành phần năng suất và năng suất. Những giống lúa có đặc
tính tốt, phù hợp với mục tiêu nghiên cứu sẽ được chọn để làm vật
liệu lai.
3.1.1. Đánh giá hàm lượng amylose trên bộ giống vật liệu lai
Trên bộ giống lúa cao sản, kết quả đánh giá hàm lượng amylose
được ghi nhận như sau: 17 giống có hàm lượng amylose thấp (chiếm
24%), 27 giống có hàm lượng amylose trung bình (chiếm 38%) và 27
giống có hàm lượng amylose cao (chiếm 38%). Trong khi đó, đối với
bộ lúa địa phương, 1 giống có hàm lượng amylose rất thấp (3,67%)
(chiếm 1,1%), 31 giống có hàm lượng amylose thấp (chiếm 35,2%),
34 giống có hàm lượng amylose trung bình (chiếm 38,7%) và 22
giống có hàm lượng amylose cao (chiếm 25,0%) (Hình 3.1). Kết quả
này hợp lý với các thí nghiệm trước đây, thông thường các giống lúa
mùa thường có hàm lượng amylose thấp hơn các giống lúa cao sản.

11


0%

1,1%

24%

38%

25,0%

38%

35,2%

38,7%

A)

B)

Hình 3.1. Hàm lượng amylose (%) các giống lúa của bộ vật liệu lai.
Ghi chú: A) Hàm lượng amylose của các giống cao sản
B) Hàm lượng amylose của các giống lúa mùa địa phương.
3.1.2. Đánh giá đặc tính nông học trên bộ giống lúa vật liệu
lai
Đối với bộ lúa cao sản, thời gian sinh trưởng dao động trong
khoảng 88-110 ngày, trong đó, các giống có thời gian sinh trưởng 9095 ngày chiếm tỷ lệ cao nhất (42,3%) (Hình 3.2a). Đối với bộ lúa địa
phương, thời gian sinh trưởng dài hơn dao động trong khoảng 128-166
ngày, trong đó, các giống có thời gian sinh trưởng 150-160 ngày
chiếm tỷ lệ cao nhất (36,4%) (Hình 3.2b). So với bộ lúa địa phương,
thời gian sinh trưởng của các giống lúa cao sản ngắn hơn rõ rệt. Do
đó, các giống lúa cao sản này cũng được tập trung xem xét tuyển chọn

làm vật liệu bố mẹ cho lai tạo các giống ngắn ngày hiện nay.

Hình 3.2. Thời gian sinh trưởng (ngày) được ghi nhận trên các giống
lúa của bộ lúa địa phương (a) và bộ lúa cao sản (b).
Ghi chú: a) Thời gian sinh trưởng của các giống lúa cao sản.
b) Thời gian sinh trưởng của các giống lúa địa phương.
12


3.1.3. Đánh giá các thành phần năng suất và năng suất trên
bộ giống lúa vật liệu lai
Qua đánh giá năng suất thực tế của các giống lúa cho thấy các
giống cao sản cho năng suất cao hơn các giống lúa địa phương trên
cùng một diện tích đất canh tác, năng suất các giống lúa cao sản dao
động trong khoảng 2,0-7,7 tấn/ha trong khi ở các giống lúa địa
phương năng suất chỉ đạt trong khoảng 1,0-5,2 tấn/ha (Hình 3.3). Các
giống lúa cao sản cho năng suất cao bao gồm: OM6976, OM5930,
Jasmine 85, OM6073 và OM7347. Các giống lúa mùa cho năng suất
cao bao gồm: Trắng hòa bình, Lùn đỏ, HTA88086, Đức hoà và
KDM105.

Hình 3.3. Năng suất thực tế (tấn/ha) của các giống lúa trong
bộ vật liệu lai.
3.1.4. Phân tích đa dạng di truyền kiểu hình của bộ giống lúa vật
liệu lai.
Các giống lúa được phân nhóm di truyền kiểu hình trên phần
mềm NTSYSpc 2.1 (Hình 3.4 và Hình ...) dựa trên chỉ tiêu hàm lượng
amylose và năng suất thực tế giữa các giống. Hệ số tương quan giữa
các giống lúa cao sản là 0,02-4,56 trong khi giữa các giống lúa mùa là
0,07-8,37. Điều này cho thấy quan hệ di truyền của các giống lúa mùa

đa dạng hơn so với các giống lúa cao sản. Đối với bộ lúa cao sản, hàm
lượng amylose dao động trong khoảng 16-32%, năng suất đạt từ 2,07,5 tấn/ha. Về quan hệ di truyền, bộ lúa cao sản được phân thành hai
nhóm chính ở hệ số tương quan 3,70-4,56, bao gồm: nhóm I (nhóm có
hàm lượng amylose từ 23-32%) và nhóm II (nhóm có hàm lượng
amylose 16-22%). Đối với bộ lúa mùa, hàm lượng amylose dao động
13


từ 3-31%.%. Tuy nhiên, năng suất của bộ lúa mùa nhìn chung thấp
hơn các giống cao sản, năng suất dao động trong khoảng 1,0-5,0
tấn/ha. Có hai nhóm di truyền chính: Nhóm I là nhóm có hàm lượng
amylose cực thấp (3-18%), tuy nhiên, năng suất các giống này khá
thấp (chỉ đạt 1-4 tấn/ha). Nhóm II có hàm lượng amylose rất đa dạng
từ thấp đến cao (18-31%).

14


AS996
OM10385
OM10041
OM6840
TLR204
OM7L
TLR368
TLR602
TLR393
TLR390
OM10105
TLR605

TLR392
OM10258
TLR594
OM8108
TLR395
OM3673
OM10357
OM7340
OM10396
OM10383
OM6526
OM10418
OM138
OM6842
OM6707
TLR444
TLR397
TLR604
OM7341
OM8370
OM5930
OM6073
OM6976
Jasmine85
OM10050
OM10373
OM8900
OM8901
CanTho2
OM10236

TLR394
OM10450
OM6564
TLR465
OM10000
OM10043
OMCS2012
TLR462
OM7345
TLR458
TLR459
TLR464
OM10040
TLR601
OM10042
OM10252
TLR369
TLR456
TLR606
CanTho3
TLR457
OM10029
TLR460
OM6328
OM70L
TLR402
TLR461
TLR463
Jasmine85
OM7347

0.02

I.1.1: ns 2,0-5,5 tấn/ha
I.1: AC 23-27%
I: AC trung bình đến
cao
I.1.2: ns 7-8 tấn/ha

23-32%

I.2: AC 27-32%
NS 3,5-5,5

tấn/ha
II.1: AC 19-22%
NS 3-6 tấn/ha

tấn/ha
II.2.1: NS 3-5 tấn/ha
II.2.2: ns 6,5-7,5 tấn/ha
1.16

II: AC thấp16-22%

II.2: AC 16-19%
2.29

3.42

Coefficient

Hình 3.4: Phân nhóm kiểu hình các giống lúa cao sản trong bộ vật liệu lai bằng NTSYSpc 2.0
(Ghi chú: NS: năng suất; AC: hàm lượng amylose)
17

4.56


B12
B51
B34
B32
B60
B59
B61
B16
B4
B15
B9
B45
B46
B28
B11
B43
B17
B36
B58
B50
B86

B30
B52
B10
B66
B84
B57
B2
B54
B8
B40
B26
B47
B72
B27
B31
B68
B48
B6
B77
B73
B62
B29
B78
B12B87
B65
B21
B55
B1
B71
B13

B3
B63
B56
B20
B81
B7
B82
B88
B14
B79
B25
B19
B49
B85
B44
B76
B80
B67
B37
B18
B33
B53
B38
B22
B69
B83
B70
B74
B24
B39

B23
B75
B41
B35
B64
B5
B42

0.07

I.1: AC 3-10%
I: AC thấp 3-18%

I.2: AC 10-18%

II.1.1 AC 18,0-20,5%

II.1: AC 18-25%

II: AC trung bình đến cao
18-31%

II.1.2: AC 20,5-5,0%

II.2: AC 25-31%

2.15

4.22

Coefficient

6.30

Hình 3.5: Phân nhóm kiểu hình các giống lúa mùa trong bộ vật liệu lai bằng NTSYSpc 2.0
(Ghi chú: NS: năng suất; AC: hàm lượng amylose)
18

8.37


Qua đánh giá các đặc tính nông học, năng suất và thành phần
năng suất của các giống lúa cho thấy: giống có thể làm mẹ bao gồm
OM5930, OM6073, OM6976 (các giống năng suất cao, thời gian sinh
trưởng ngắn), các giống có thể làm bố bao gồm: OM7347, Jasmine 85
(các giống có hàm lượng amylose thấp, năng suất cao, thời gian sinh
trưởng ngắn). Đối với bộ lúa mùa, giống KDML105 được lựa chọn vì
có nhiều đặc tính phù hợp làm giống bố.
3.1.5. Đa dạng nguồn gen trên các giống lúa bố mẹ
Bốn mươi mốt chỉ thị phân tử được sử dụng để đánh giá đa dạng
di truyền giữa các giống lúa bố mẹ, bao gồm 1 chỉ thị phân tử đánh
dấu gen quy định hàm lượng amylose và 40 chỉ thị liên quan đến các
thành phần năng suất và năng suất.
Chỉ thị Wx được dùng kiểm tra gen liên quan hàm lượng
amylose thấp trên các giống lúa. Với chỉ thị Wx, kết quả khuếch đại
PCR cho băng hình ở hai kích thước khác nhau 210 bp và 220 bp
(Hình 3.6). Ở kích thước 220 bp, các giống KDML105, Jasmine85 và
OM7347 thể hiện băng hình ở vị trí này, đây cũng là kích thước của
gen wx. Các giống như IR64, OM5930, OM6073 và OM6976 cho
băng hình ở kích thước 210 bp. Các giống này biểu hiện không mang

gen wx.

Hình 3.6. Sản phẩm
PCR của các giống lúa
bố mẹ với chỉ thị Wx
trên gel agarose 3%
Ghi chú: M: Thang
chuẩn DNA (1Kb)

Trong số 40 chỉ thị được sử dụng thì chỉ có 4 chỉ thị cho kết quả
đa hình giữa các giống (Bảng 3.1, Hình 3.7). Các chỉ thị đa hình này
sẽ được dùng để đánh dấu các gen liên quan đến năng suất và thành
phần năng suất trên các giống mẹ. Các con lai được chọn trong đề tài
19


phải mang gen hàm lượng amylose thấp (gen waxy) đồng thời phải
biểu hiện các gen đánh dấu giống với mẹ.
Bảng 3.1. Kết quả đánh giá đa hình các chỉ thị phân tử liên kết các
gen liên quan đến năng suất và thành phần năng suất trên các giống
lúa bố mẹ.
STT

Chỉ thị

NST

1

RM240

2

2

RM162

6

3

RM256

8

4

RM257

9

Trình tự (5’-3’)
ccttaatgggtagtgtgcac
tgtaaccattccttccatcc
gccagcaaaaccagggatccgg
caaggtcttgtgcggcttgcgg
gacagggagtgattgaaggc
gttgatttcgccaagggc
cagttccgagcaagagtactc
ggatcggacgtggcatatg

Đánh
giá
Đa hình
(CT)21
Đa hình
(AC)20
Đa hình
(CT)21
Đa hình
(CT)24

Kích
thước
(bp)
150200
250300
100200
150250

Hình 3.7. Kết quả đa hình của
các giống bố mẹ với các chỉ
thị cho gen liên quan đến các
thành phần năng suất và năng
suất trên gel agarose 3%.
Ghi
chú:
1:
OM6976; 2: OM6073; 3:
OM5930; 4: KDML 105; 5:

dung 2:M:
Jasmine3.2.
85;Nội
6: OM7347.
Đánh
giá
hiệu
Thang chuẩn DNA quả
(1Kb) di

truyền của các tổ hợp

3.2.1. Tạo các quần thể F1
Dựa vào kết quả đánh giá trên bộ vật liệu lai, các giống
OM6976, OM5930 và OM6073 được chọn làm giống mẹ (♀,
recipient, nhận gen), và các giống Jasmine85, KDML105 và OM7347
được dùng làm bố (♂, donor, cho gen). Thế hệ F1 của các quần thể lai
(OM6976/Jasmine85,
OM6976/KDML105,
OM6976/OM7347,
OM5930/Jasmine85,
OM5930/KDML105,
OM5930/OM7347,
OM6073/Jasmine85, OM6073/KDML105 và OM6073/OM7347)
được tạo ra (Bảng 3.2 ).
20


Bảng 3.2. Số lượng các cá thể F1 của các quần thể lai được tạo ra
♀

OM6976
OM5930
OM6073
♂
Jasmine 85
215
226
177
KDML105
257
126
264
OM7347
186
310
193
Các cá thể F1 của 9 quần thể lai này tiếp tục cho tự thụ, tạo
quần thể F2 và được đánh giá hiệu quả di truyền đối với các gen đích.
Qua đó, các tổ hợp lai có hiệu quả di truyền cao được chọn lọc để tiếp
tục lai hồi giao tạo các thế hệ con lai mới.
3.2.2. Đánh giá hiệu quả chọn lọc tính trạng mục tiêu dựa
trên các quần thể lai F2
Dựa trên các thông số di truyền và hiệu quả chọn lọc của các tổ
hợp lai ở Bảng 3.3, cho thấy:
Tính trạng hàm lượng amylose (%), các tổ hợp có hệ số di
truyền cao nhất bao gồm: OM6976/Jasmine85 (89%),
OM6976/KDML105 (84%) và OM5930/OM7347 (78%). Các tổ hợp
này đồng thời có hiệu quả chọn lọc (GA) cao nhất. Điều này có nghĩa
là so với các tổ hợp khác, khả năng cho gen của giống bố và khả năng
nhận gen của giống mẹ hay khả năng phối hợp của bố mẹ cho gen

mục tiêu là tốt nhất. Cho nên, 3 tổ hợp này được lựa chọn cho tính
trạng hàm lượng amylose thấp (≤20%).
Về năng suất, dựa trên các thông số di truyền ghi nhận rằng các
tổ hợp có hệ số di truyền cao nhất bao gồm: OM5930/OM7347 (0,71),
OM6976/Jasmine85
(0,60),
OM6976/KDML105
(0,52),
OM6073/KDML105 (0,40).
Bảng 3.3. Các thông số di truyền và hiệu quả chọn lọc của các tổ hợp lai
Tính
trạng
Hàm
lượng
amylose
(%)

Năng
suất
(tấn/ha)

Tổ
hợp
1
2
3
4
5
6
7

8
9
1
2
3

Nhỏ
nhất
13,97
15,72
16,20
17,58
17,07
16,34
18,13
17,26
17,32
8,27
7,67
6,36

Lớn
nhất
25,59
25,27
31,77
28,38
27,38
25,00
26,02

26,10
26,96
8,88
8,72
9,32

Trung
bình
19,44
18,82
22,49
23,06
22,80
20,20
23,52
22,76
23,33
8,55
8,16
8,00

21

SD

PSKG

PSKH

h2BS

GA

2,50
2,13
2,99
2,74
2,88
1,82
1,94
2,81
2,11
0,15
0,24
0,83

5,63
3,88
2,00
0,88
3,02
2,61
1,09
2,81
1,16
0,01
0,03
0,25

6,32

4,61
8,91
7,62
8,28
3,36
3,80
7,86
3,79
0,02
0,06
1,17

0,89
0,84
0,22
0,12
0,36
0,78
0,29
0,36
0,31
0,60
0,52
0,22

3,94
3,18
1,18
0,56
1,85

2,50
0,99
1,76
1,05
0,16
0,23
0,41


4
5
6
7
8
9

5,59
5,25
7,91
5,77
6,28
5,63

8,40
8,00
8,58
8,34
6,99
7,26

7,14
6,86
8,22
7,13
6,57
6,57

0,65
0,87
0,18
0,81
0,18
0,35

0,16
0,36
0,02
0,30
0,01
0,03

0,76
1,50
0,03
1,23
0,03
0,17

0,20
0,24

0,71
0,23
0,40
0,17

0,31
0,52
0,23
0,47
0,12
0,12

Chú thích: 1: OM6976/Jasmine85; 2: OM6976/KDML105;
3: OM6976/OM7347; 4: OM5930/Jasmine85; 5: OM5930/KDML105;
6: OM5930/OM7347; 7: OM6073/Jasmine85; 8: OM6073/KDML105;
9: OM6073/OM7347 SD: độ lệch chuẩn PSKH: phương sai kiểu hình
PSKG: phương sai kiểu gen

Như vậy, với mục tiêu lai tạo các giống có hàm lượng amylose
thấp đồng thời đạt năng suất cao, 3 tổ hợp được lựa chọn để tiếp tục
nghiên cứu là: OM6976/Jasmine 85, OM6976/KDML105 và
OM5930/OM7347.
3.3. Nội dung 3: Chọn tạo quần thể lai hồi giao có hàm
lượng amylose thấp thông qua MAS
3.3.1. Kết quả lai tạo quần thể hồi giao
OM6976/Jasmine85//OM6976.
Qua đánh giá kiểu gen tái tổ hợp, có 10 cá thể tổ hợp được cả 4
gen được đánh dấu bởi các chỉ thị RM240, RM162, RM256 và
RM257 là BC4F1-22, BC4F1-93, BC4F1-94, BC4F1-95, BC4F1-103,
BC4F1-108, BC4F1-110, BC4F1-112, BC4F1-118 và BC4F1-172, chiếm

tỷ lệ 12,8%.Các cá thể BC4F1 mang gen dị hợp tử waxy từ bố và đồng
hợp tử ở cả 4 chỉ thị phân tử (RM240, RM162, RM256 và RM257)
cho các gen đánh dấu trên cá thể mẹ này được cho tự thụ phấn và chọn
lọc các dòng con lai triển vọng cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.2. Kết quả lai tạo quần thể hồi giao
OM6976/KDML//OM6976.
Tương tự, ở thế hệ BC4F1, 37 cá thể biểu hiện gen waxy dị hợp
tử từ 100 cá thể được đánh giá kiểu gen. Trong đó, 2 cá thể (BC4F1-16
và BC4F1-58) mang cả gen waxy dị hợp tử và mang 4 gen được đánh
dấu, chiếm tỷ lệ 5,4%. Các cá thể này được lựa chọn cho tự thụ phấn
và tiến hành chọn lọc dòng thuần.
3.3.3. Kết quả lai tạo quần thể hồi giao
OM5930/OM7347//OM5930.
Các cá thể BC4F1 mang gen dị hợp tử waxy từ bố và đồng hợp
tử ở cả 4 chỉ thị phân tử (RM240, RM162, RM256 và RM257) cho
các gen đánh dấu trên cá thể mẹ này được cho tự thụ phấn và chọn lọc
các dòng con lai ưu thế cho các thí nghiệm tiếp theo.
22


3.4. Nội dung 4: Chọn lọc các quần thể hồi giao BC4F2 thông
qua lập bản đồ GGT.
Để đánh giá mức độ di truyền của quần thể con lai theo mục
tiêu mang gen đích đồng thời di truyền theo tính trạng cây mẹ, phân
tích GGT được sử dụng để đánh giá di truyền kiểu gen trên quần thể
con lai. 27 chỉ thị phân tử định vị trên 12 nhiễm sắc thể của cây lúa có
sự đa hình trên bố mẹ đã được sử dụng trong đánh giá này. Trong đó 2
chỉ thị đánh dấu trên mỗi nhiễm sắc thể. Riêng nhiễm sắc thể số 6, 5
chỉ thị được sử dụng bao gồm: RM469 (2,3 cM), Wx (8,2 cM),
RM402 (25,6 cM), RM162 (60,1 cM) và RM1031 (122,3 cM).

3.4.1. Chọn lọc các cá thể BC4F2 của quần thể lai hồi giao
OM6976/ Jasmine85//OM6976.
Hình 3.8 Sự đa dạng di
truyền các gen từ bố mẹ của
quần thể lai hồi giao
OM6976/
Jasmine85//
OM6976 trên nhiễm sắc thể
số 6.
Chú thích: màu xanh dương:
kiểu gen theo cây bố (Jasmine
85), màu đỏ: kiểu gen theo cây
mẹ (OM6976), màu xám: kiểu
gen dị hợp tử, khung màu xanh
lá cây: đánh dấu các cá thể
được lựa chọn, 1-50: các cá thể
của quần thể lai hồi giao
OM6976/Jasmine85//OM6976

Kết quả kiểm tra trên toàn bộ 12 nhiễm sắc thể của cây lúa, chỉ
có 4 dòng (BC4F2-1, BC4F2-3, BC4F2-20 và BC4F2-25) đạt yêu cầu và
được chọn lọc. Các dòng này là các dòng triển vọng được tuyển chọn
để tiếp tục phát triển các thế hệ kế tiếp cho đến dòng thuần chủng.
3.4.2. Chọn lọc các cá thể BC4F2 của quần thể lai hồi giao
OM6976/KDML105//OM6976

23


Hình 3.9 Sự đa dạng di truyền

các gen từ bố mẹ của quần thể
lai
hồi
giao
OM6976/KDML105// OM6976
trên nhiễm sắc thể số 6.
Chú thích: màu xanh dương:
kiểu gen theo cây bố
(KDML105), màu đỏ: kiểu gen
theo cây mẹ (OM6976), màu
xám: kiểu gen dị hợp tử, khung
màu xanh lá cây: đánh dấu các
cá thể được lựa chọn, 1-50: các
cá thể của quần thể lai hồi giao
OM6976/KDML105//OM6976

Kết quả kiểm tra trên toàn bộ 12 nhiễm sắc thể, duy nhất cá
thể BC4F2-44 đạt yêu cầu. Cá thể này được chọn lọc cho việc đánh
giá các tính trạng khác ở thế hệ tự thụ tiếp theo.
3.4.3. Chọn lọc các cá thể BC4F2 của quần thể lai hồi giao
OM5930/OM7347//OM5930.
Hình 3.10 Sự đa dạng di
truyền các gen từ bố mẹ của
quần thể lai hồi giao
OM5930/OM7347//OM5930
trên nhiễm sắc thể số 6.
Chú thích: màu xanh dương:
kiểu gen theo cây bố
(OM7347), màu đỏ: kiểu gen
theo cây mẹ (OM5930), màu

xám: kiểu gen dị hợp tử,
khung màu xanh lá cây: đánh
dấu các cá thể được lựa chọn,
1-42: các cá thể của quần thể
Hai cá thể cây lúa (BC4F2-16 và BC4F2-40)
lai biểu hiện
hồi mang gen
giao
như cây bố (OM7347) và các gen khác OM5930/OM7347//OM5930
đồng hợp như cây mẹ

waxy
(OM5930) trên toàn bộ 12 nhiễm sắc thể của cây lúa. Các cá thể này
được chọn lọc và tiếp tục phát triển thành các thế hệ kế tiếp cho đến
thế hệ thuần chủng.
24


3.5. Đánh giá và chọn lọc cá thể có hàm lượng amylose thấp
và năng suất cao trên các quần thể lai hồi giao BC4F3
3.5.1. Đánh giá và chọn lọc cá thể có hàm lượng amylose
thấp và năng suất cao trên các quần thể lai hồi giao BC4F3 của tổ
hợp OM6976/Jasmine85//OM6976.
Hình 3.11 Quần thể
lai hồi giao BC4F3 của
tổ
hợp
OM6976/Jasmine85//
OM6976.

Qua đánh giá về các chỉ tiêu về phẩm chất: hàm lượng amylose,
độ bền gel và độ trở hồ; thành phần năng suất và năng suất kết hợp với
đánh giá kiểu gen. Kết quả chọn được các dòng triển vọng như sau:
D75, D131, D142 và D150.
3.5.2. Đánh giá và chọn lọc cá thể có hàm lượng amylose
thấp và năng suất cao trên các quần thể lai hồi giao BC4F3 của tổ
hợp OM6976/KDML105//OM6976.
Hình 3.12 Quần thể
lai hồi giao BC4F3 của
tổ
hợp
OM6976/KDML105//
OM6976.

Các dòng có năng suất cao bao gồm: D296 (7,17 tấn/ha), D233
(7,13 tấn/ha) và D230 (6,17 tấn/ha). Ba dòng này là các dòng triển
vọng vì vừa có hàm lượng amylose thấp (cơm mềm dẻo) và vừa cho
năng suất khá cao. Các dòng này được đề xuất tiếp tục chọn lọc thành
các dòng thuần để phát triển trên diện rộng.
3.5.3. Đánh giá và chọn lọc cá thể có hàm lượng amylose
thấp và năng suất cao trên các quần thể lai hồi giao BC4F3 của tổ
hợp OM5930/OM7347//OM5930.
25