Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu cải tiến năng suất một số dòng giống lúa bằng chỉ thị phân tử

i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

.....................................

NGUYỄN THỊ THÚY ANH

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN NĂNG SUẤT MỘT SỐ
DÒNG/GIỐNG LÚA BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 2018


ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

.....................................

NGUYỄN THỊ THÚY ANH

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN NĂNG SUẤT MỘT SỐ

DÒNG/GIỐNG LÚA BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 9 42 02 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn Khoa học:
1. GS.TS. Trần Trung
2. PGS.TS. Trần Đăng Khánh

HÀ NỘI, 2018


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và nhóm tác giả. Toàn
bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chƣa từng đƣợc
sử dụng để công bố trong các công trình nghiên cứu nhận học vị, các thông tin trích
dẫn trong luận án này đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thúy Anh

năm 2018

ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới
GS.TS.Trần Trung, PGS.TS.Trần Đăng Khánh, những ngƣời thầy đã tận tình hƣớng
dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.
Luận án nhận đƣợc sự hỗ trợ về kinh phí từ đề tài độc lập cấp Nhà nƣớc mã số
ĐTĐL.2012-G36 và đề tài KC.06.12/11-15.
Tôi trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam,
tập thể lãnh đạo và cán bộ Ban đào tạo sau đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ Bộ môn Sinh học Phân tử,
Bộ môn Kỹ thuật Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp, nơi tôi thực hiện các nội
dung chính trong luận án, đã giúp đỡ tôi và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong
quá trình thực hiện và hoàn thành luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Lãnh đạo trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ
thuật Hƣng Yên, các đồng nghiệp Khoa Công nghệ Hóa học và Môi trƣờng đã hỗ
trợ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và ngƣời thân
đã luôn bên cạnh chia sẻ, động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu
và hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Thúy Anh

iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii
MỤC LỤC .............................................................................................................iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................viii
DANH MỤC HÌNH ………………………………………………………………………x
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 3
5. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................ 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 4
1.1. Ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống lúa ......................................... 4
1.1.1. Khái niệm và phân loại chỉ thị di truyền......................................................... 4
1.1.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu và chọn giống ............................. 9
1.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử cải tiến năng suất lúa ............................................... 16
1.2.1. Khái quát về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất ............................ 16
1.2.2. Các QTL/gen liên kết với các tính trạng năng suất ....................................... 17
1.2.3. Ứng dụng chỉ thị phân tử cải tiến năng suất lúa ............................................ 29
1.3. Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa ở Việt Nam .... 40
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 43
2.1. Vật liệu ........................................................................................................... 43
2.1.1. Các dòng/giống lúa làm vật liệu nghiên cứu................................................. 43
2.1.2. Chỉ thị phân tử dùng trong nghiên cứu ......................................................... 44
2.1.3. Hóa chất và thiết bị ...................................................................................... 45
2.1.4. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................ 45
2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 45

iv
2.2.1. Đánh giá nguồn vật liệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa. ............... 45
2.2.2. Sử dụng chỉ thị phân tử để khảo sát đa hình ADN giữa dòng/giống cho và
nhận QTL/gen tăng số hạt trên bông trên các nhiễm sắc thể. .................................. 45
2.2.3. Cải tiến năng suất giống lúa trồng đại trà cho đồng bằng sông Hồng và dòng
NPT1 (Dạng hình mới) triển vọng bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại...................... 46
2.2.4. Trồng thử nghiệm và đánh giá một số dòng/giống triển vọng ....................... 46
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 46
2.3.1. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng .................................................. 46
2.3.2. Phƣơng pháp lai hữu tính, lai trở lại giữa giống cho và nhận QTL/gen ......... 46
2.3.3. Phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử ............................................... 47
2.3.4. Các chỉ tiêu và phƣơng pháp đánh giá khả năng chống chịu của các dòng,
giống lúa nghiên cứu ............................................................................................. 49
2.3.5. Các chỉ tiêu và phƣơng pháp đánh giá đặc điểm sinh trƣởng, hình thái và
năng suất, yếu tố cấu thành năng suất……………………………………………...50
2.3.6. Một số kỹ thuật sử dụng trong phòng thí nghiệm ......................................... 52
2.3.7. Phƣơng pháp phân tích kết quả và xử lý số liệu ........................................... 57
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................... 58
3.1. Đánh giá nguồn vật liệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa................... 58
3.1.1. Đánh giá chỉ tiêu hình thái sinh trƣởng và phát triển, chỉ tiêu năng suất và các
yếu tố cấu thành năng suất các dòng/giống lúa dùng làm dòng cho gen ................. 58
3.1.2. Đánh giá các chỉ tiêu hình thái sinh trƣởng phát triển, chỉ tiêu năng suất và
các yếu tố cấu thành năng suất các dòng/giống lúa dùng làm dòng nhận gen ......... 61
3.2. Sử dụng chỉ thị phân tử khảo sát đa hình ADN giữa dòng/giống cho và nhận
QTL/gen tăng số hạt trên bông trên các nhiễm sắc thể ........................................... 62
3.2.1. Kết quả xác định chỉ thị phân tử đa hình tại vị trí QTL/gen quy định tính trạng
tăng số hạt trên bông giữa dòng/giống cho và nhận QTL/gen ................................ 62
3.2.2. Kết quả khảo sát đa hình trên 12 NST giữa dòng/giống cho và nhận QTL/gen

quy định tính trạng tăng số hạt trên bông ............................................................... 64


v
3.3. Cải tiến năng suất giống lúa trồng đại trà cho đồng bằng sông Hồng và dòng
NPT1 (dạng hình mới) triển vọng bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại ...................... 69
3.3.1. Kết quả sử dụng chỉ thị phân tử đa hình chọn lọc cá thể con lai của tổ hợp lai
Khang dân 18/KC25 .............................................................................................. 69
3.3.2. Kết quả sử dụng chỉ thị phân tử đa hình chọn lọc cá thể con lai của tổ hợp lai
NPT1/KC25 .......................................................................................................... 86
3.4. Trồng thử nghiệm và đánh giá một số dòng/giống triển vọng........................ 100
3.4.1. Kết quả trồng thử nghiệm và đánh giá một số dòng/giống triển vọng của tổ
hợp KD18 x KC25............................................................................................... 100
3.4.2. Kết quả trồng thử nghiệm và đánh giá một số dòng/giống triển vọng của tổ
hợp NPT1 x KC25 ............................................................................................... 110
3.4.3. Kết quả đánh giá dòng K2 (thế hệ BC3F5 của tổ hợp KD18/KC25) và dòng
N8 (thế hệ BC3F5 của tổ hợp NPT1/KC25) .......................................................... 119
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 123
Kết luận ............................................................................................................... 123
Kiến nghị ............................................................................................................. 123
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .... 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 125
PHỤ LỤC............................................................................................................ 138


vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Giải thích thuật ngữ

ADN

Axit deoxyribonucleic

ARN

Axit ribonucleic

AFLP

Amplified fragment length polymophism (Đa hình chiều dài
đoạn đƣợc nhân bản)

BC

Backcross (Lai trở lại)

B/K

Số bông/khóm

Cs

Cộng sự

CCC

Chiều cao cây

CV%

Coefficient of variation (Hệ số biến động)

DP

Donor parent (Cây cho gen)

đ/c

Đối chứng

HVNN

Học viện Nông nghiệp

HC/B

Hạt chắc/bông

HD

Heading day (Thời gian sinh trƣởng)

HI

Haverst index (Chỉ số thu hoạch)

HL/B

Hạt lép/bông

GA

Gibberellin

GGT

Graphical Genotypes

GN

Grain number (Số hạt trên bông)

GL

Grain length (Chiều dài hạt)

GS

Grain size (Kích thƣớc hạt)

GW

Grain weight (Khối lƣợng hạt)

IRRI

International rice research institute (Viện Nghiên cứu lúa Quốc
tế)

KD18

Khang dân 18

LSD

Least significant difference (Sự sai khác có ý nghĩa)

NIL

Near-isogenic line (Dòng cận đẳng gen)


vii
NPT

New plant type (Dạng hình mới)

NST

Nhiễm sắc thể

NSLT

Năng suất lý thuyết

NSTT

Năng suất thực thu

MAS

Marker assisted selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử)

MABC

Marker assisted backcrossing (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử và
lai trở lại)

KL1000

Khối lƣợng nghìn hạt

PBP

Branches per panicle (Số nhánh trên bông)

PCR

Polymerase chain reaction (Chuỗi phản ứng trùng hợp)

PL

Panicle length (Chiều dài bông)

PN

Panicle number (Số bông)

QTL

Quantitative trait locus (Locus tính trạng số lƣợng)

RAPD

RFLP

Randomly amplified polymorphic DNA (Đa hình các đoạn
ADN khuyếch đại ngẫu nhiên)
Restriction fragment length polymorphism (Đa hình chiều dài
đoạn phân cắt giới hạn)

RP

Recipient parent (Cây nhận gen)

TB

Trung bình

TGST

Thời gian sinh trƣởng

TS

Tổng số

TT

Thứ tự

SNP

Single nucleotide polymorphisms (Đa hình nucleotide đơn)


viii
DANH MỤC BẢNG
TT
bảng
1.1

Tên bảng
Kết quả dự kiến chƣơng trình MABC kết hợp sử dụng chọn lọc
gen mục tiêu và chọn lọc nền di truyền

Trang
14

1.2

Các QTL/gen kiểm soát tính trạng đẻ nhánh ở lúa

19

1.3

Các QTL/gen liên kết tính trạng số hạt trên bông

25

1.4

Các QTL/gen quy định tính trạng hình dạng hạt

27

1.5

Tóm tắt một số nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử để cải tiến
năng suất lúa

34

2.1

Danh sách 13 dòng dùng làm dòng cho QTL/gen

43

2.2

Tên và trình tự nucleotide của các mồi đƣợc sử dụng

44

2.3

Thành phần và hàm lƣợng tham gia phản ứng PCR

53

2.4

Chƣơng trình phản ứng PCR

54

Kết quả theo dõi các chỉ tiêu hình thái sinh trƣởng phát triển,
3.1

các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các

58

dòng cho gen vụ Xuân 2013 tại Từ Liêm - Hà Nội
Kết quả đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh, chống đổ và độ thuần
3.2

đồng ruộng của các dòng thí nghiệm vụ Xuân 2013 tại Từ Liêm

60

- Hà Nội
Kết quả theo dõi các chỉ tiêu hình thái sinh trƣởng, các yếu tố
3.3

cấu thành năng suất và năng suất của các dòng nhận gen vụ

61

Xuân 2013 tại Từ Liêm - Hà Nội
3.4

Thống kê các chỉ thị SSR đa hình giữa Khang dân 18/KC25

65

3.5

Thống kê các chỉ thị SSR đa hình giữa dòng NPT1/KC25

66

3.6
3.7
3.8

Tỉ lệ phần trăm alen giống nhận gen của 32 cá thể BC1F1 mang
QTL/gen
Tỉ lệ phần trăm alen giống nhận gen của 15 cá thể BC2F1mang
QTL/gen
Các cá thể đồng hợp tử giống bố thế hệ BC3F2 tổ hợp

72
77
84

ix
KD18/KC25
3.9

3.10

3.11

3.12

3.13

3.14

3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24

Các cá thể đồng hợp tử giống bố thế hệ BC3F2 tổ hợp
NPT1/KC25
Đặc điểm sinh trƣởng và hình thái của các dòng triển vọng (tổ
hợp KD18/KC25) vào vụ Xuân 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội

Mức độ nhiễm sâu, bệnh hại của các dòng triển vọng (tổ hợp
KD18/KC25) vụ Xuân 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng triển vọng (tổ hợp
KD18/KC25) vụ Xuân 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Đặc điểm sinh trƣởng và hình thái của các dòng triển vọng (tổ
hợp KD18/KC25) vào vụ Mùa 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Mức độ nhiễm sâu, bệnh hại của các dòng triển vọng (tổ hợp
KD18/KC25) vụ Mùa 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng triển vọng (tổ hợp
KD18/KC25) vụ Mùa 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Đặc điểm sinh trƣởng và hình thái của các dòng triển vọng (tổ
hợp NPT1/KC25) vụ Xuân 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Mức độ nhiễm sâu, bệnh hại của các dòng triển vọng (tổ hợp
NPT1/KC25) vụ Xuân 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng triển vọng (tổ hợp
NPT1/KC25) vụ Xuân 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Đặc điểm sinh trƣởng và hình thái của các dòng triển vọng (tổ
hợp NPT1/KC25) vụ Mùa 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Mức độ nhiễm sâu, bệnh hại của các dòng triển vọng (tổ hợp
NPT1/KC25) vụ Mùa 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng triển vọng (tổ hợp
NPT1/KC25) vụ Mùa 2016 tại Hoài Đức - Hà Nội
Đặc điểm sinh trƣởng và hình thái của dòng K2 và dòng N8 tại
Hoài Đức - Hà Nội
Mức độ nhiễm sâu bệnh của dòng K2 và dòng N8 vụ Xuân 2017
tại Hoài Đức - Hà Nội
Yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của dòng K2
và dòng N8 vụ Xuân 2017 tại Hoài Đức - Hà Nội

99

101

102

103

106

107

108
111
112
113
115
116
117
119
120
121


x
DANH MỤC HÌNH
TT

Tên hình

Trang

hình
1.1
1.2
2.1

2.2
3.1
3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

3.10

Bảng phân bổ một số QTL/gen đã đƣợc nhân bản liên kết với
tính trạng năng suất lúa
Bản đồ liên kết vị trí của yd7 trên nhiễm sắc thể số 7
Hình ảnh bông và cấu trúc bông của dòng cho QTL/gen tăng số

hạt trên bông
Sơ đồ cải tiến năng suất giống lúa nhờ chỉ thị phân tử và lai trở
lại
Vị trí QTL/gen yd7 trên NST số 7
Kết quả khảo sát đa hình ADN giữa giống cho và nhận QTL/gen
với chỉ thị RM445; RM500; RM21615
Kết quả khảo sát đa hình AND giữa giống cho và nhận QTL/gen
với chỉ thị RM1208; RM5365; RM5480
Kết quả khảo sát đa hình ADN giữa giống cho và nhận QTL/gen
với chỉ thị RM10916; RM24865; RM331
Kết quả khảo sát đa hình AND giữa giống cho và nhận QTL/gen
với chỉ thị RM3; RM528; RM22825
Bản đồ các chỉ thị phân tử đa hình giữa giống Khang dân 18 và
KC25 trên 12 NST
Bản đồ các chỉ thị phân tử đa hình giữa dòng NPT1 và KC25
trên 12 NST
Kết quả điện di trên 312 cá thể BC1F1 (tổ hợp KD18/KC25) với
chỉ thị RM445
Kết quả điện di của 84 cá thể BC1F1 (tổ hợp KD18/KC25) với
chỉ thị RM500
Kết quả điện di xác định nền di truyền của 32 cá thể mang
QTL/gen yd7 trong quần thể BC1F1 (tổ hợp KD18/KC25)

18
24
43

48
63
63

64

64

65

67

68

69

70

71


xi
3.11

3.12

3.13

3.14

3.15

3.16

3.17

3.18

3.19

3.20

3.21

3.22

3.23

3.24
3.25

Tỷ lệ các cá thể mang nền di truyền giống mẹ ở thế hệ BC1F1 (tổ
hợp KD18/KC25)
Bản đồ di truyền của cá thể số

74 thế hệ BC1F1 tổ hợp

KD18/KC25
Kết quả điện di sàng lọc cá thể trong quần thể BC2F1 (tổ hợp
KD18/KC25) với chỉ thị RM445
Kết quả điện di sàng lọc cá thể trong quần thể BC2F1 (tổ hợp
KD18/KC25) với chỉ thị RM500
Kết quả điện di sàng lọc cá thể trong quần thể BC2F1 (tổ hợp

KD18/KC25) với chỉ thị RM21615
Kết quả điện di sàng lọc nền di truyền của 15 cá thể mang
QTL/gen yd7 trong quần thể BC2F1 (tổ hợp KD18/KC25)
Tỷ lệ các cá thể mang nền di truyền giống mẹ ở thế hệ BC2F1 (tổ
hợp KD18/KC25)
Bản đồ di truyền của cá thể số 59 thế hệ BC2F1 tổ hợp
KD18/KC25
Kết quả điện di các cá thể BC3F1 (tổ hợp KD18/KC25) với chỉ
thị RM445
Kết quả điện di các cá thể BC3F1 (tổ hợp KD18/KC25) với chỉ
thị RM500
Kết quả điện di các cá thể BC3F1 (tổ hợp KD18/KC25) với chỉ
thị RM21615
Kết quả điện di kiểm tra nền di truyền các cá thể thế hệ BC 3F1
tổ hợp KD18/KC25
Bản đồ di truyền của cá thể C1-74-59-14 thế hệ BC3F1 tổ hợp
KD18/KC25
Kết quả điện di sàng lọc các cá thể BC3F2 (tổ hợp KD18/KC25)
với chỉ thị RM445
Kết quả điện di sàng lọc các cá thể BC3F2 (tổ hợp KD18/KC25)

73

73

74

75

76

77

78

78

79

80

81

82

82

83
84


xii
với chỉ thị RM500
3.26

3.27

3.28

3.29

3.30

3.31

3.32

3.33

3.34

3.35

3.36

3.37

3.38

3.39

Kết quả điện di sàng lọc các cá thể BC3F2 (tổ hợp KD18/KC25)
với chỉ thị RM21615
Kết quả điện di sàng lọc cá thể BC1F1 (tổ hợp NPT1/KC25) với
chỉ thị RM445
Kết quả điện di sàng lọc cá thể BC1F1 (tổ hợp NPT1/KC25) với
chỉ chỉ thị RM500
Kết quả chạy điện di các cá thể BC1F1 (tổ hợp NPT1/KC25) với
chỉ thị RM21615
Kết quả điện di các cá thể BC1F1 (tổ hợp NPT1/KC25) đánh giá

nền di truyền
Bản đồ di truyền của cá thể số 54 thế hệ BC1F1 tổ hợp
NPT1/KC25
Kết quả sàng lọc các cá thể BC2F1 (tổ hợp NPT1/KC25) với chỉ
thị RM445
Kết quả điện di sàng lọc các cá thể BC2F1 (tổ hợp NPT1/KC25)
với chỉ thị RM500
Kết quả điện di sàng lọc các cá thể BC2F1 (tổ hợp NPT1/KC25)
với chỉ thị RM21615
Kết quả điện di trên các cá thể BC2F1 (tổ hợp NPT1/KC25)
đánh giá nền di truyền
Bản đồ di truyền cá thể số C37-54- 122 thế hệ BC2F1 tổ hợp
NPT1/KC25
Kết quả điện di sàng lọc các cá thể BC3F1 (tổ hợp NPT1/KC25)
với chỉ thị RM445
Kết quả điện di sàng lọc các cá thể BC3F1 (tổ hợp NPT1/KC25)
với chỉ thị RM500
Kết quả điện di sàng lọc các cá thể BC3F1 (tổ hợp NPT1/KC25)
với chỉ thị RM21615

84

86

87

87

88

89

90

91

91

92

93

94

94

95


xiii
3.40

3.41

3.42

3.43

3.44

3.45

3.46
3.47
3.48

3.49
3.50
3.51

Kết quả điện di sàng lọc nền di truyền cá thể thể BC3F1 (tổ hợp
NPT1/KC25)
Bản đồ di truyền của cá thể C37-122-51 thế hệ BC3F1 tổ hợp
NPT1/KC25
Kết quả điện di kiểm tra cá thể BC3F2 (tổ hợp NPT1/KC25)
bằng chỉ thị RM445
Kết quả điện di kiểm tra cá thể BC3F2 (tổ hợp NPT1/KC25)
bằng chỉ chị RM500
Kết quả điện di sàng lọc cá thể BC3F2 (tổ hợp NPT1/KC25)
bằng chỉ thị RM21615
Năng suất thực thu của các dòng triển vọng (tổ hợp
KD18/KC25) so với giống đối chứng vụ Xuân 2016
Năng suất thực thu của các dòng triển vọng (tổ hợp
KD18/KC25) so với giống đối chứng vụ Mùa 2016
Bông lúa dòng triển vọng và giống đối chứng Khang dân 18
Năng suất thực thu của các dòng triển vọng (tổ hợp
NPT1/KC25) so với giống đối chứng vụ Xuân 2016
Năng suất thực thu của các dòng triển vọng (tổ hợp
NPT1/KC25) so với giống đối chứng vụ Mùa 2016
Dòng triển vọng N8 (tổ hợp NPT1/KC25)

Năng suất thực thu của dòng K2 và dòng N8 so với giống đối
chứng KD18 và dòng NPT1 vụ Xuân 2017

96

96

97

98

98

105

109
109
114

118
118
122


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Lúa (Oryza sativa L.) là cây lƣơng thực quan trọng nhất ở Việt Nam, đồng
thời cũng là nguồn cung cấp thức ăn chính cho hơn một nửa dân số thế giới. Tuy
nhiên, theo báo cáo của Quỹ Nông lƣơng Liên hợp Quốc, năm 2017, thế giới đang

có nguy cơ khủng hoảng lƣơng thực do nhiều nguyên nhân nhƣ biến đổi khí hậu toàn
cầu, dân số tăng nhanh, diện tích đất nông nghiệp giảm. Năm 2017, có khoảng 815
triệu ngƣời bị đói, tập trung ở hai khu vực chính là châu Á và châu Phi. Nhu cầu cần
thêm lúa gạo toàn cầu khoảng 763 triệu tấn vào năm 2020 và tiếp tục tăng lên 852
triệu tấn vào năm 2035. Sản xuất lúa gạo phải gia tăng 25% mới đáp ứng nhu cầu
gia tăng dân số đáng kể. Mặt khác, sản xuất lúa gạo tiếp tục bị đe dọa bởi các điều
kiện bất lợi sinh học và phi sinh học nhƣ sâu bệnh hại, khô hạn, ngập, mặn. Vì vậy,
chọn tạo giống lúa có năng suất cao là hết sức cần thiết và có ý nghĩa cho an ninh
lƣơng thực [29], [33], [51].
Để cải tiến năng suất lúa, từ lâu các nhà chọn giống đã sử dụng các phƣơng
pháp truyền thống nhƣ chọn giống bằng ƣu thế lai, chọn tạo giống siêu lúa hoặc
phát triển lúa C4. Tuy nhiên, những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ sinh học hiện đại, nhiều chỉ thị phân tử liên kết với các tính trạng cấu
thành năng suất đã đƣợc xác định. Các nhà khoa học bắt đầu quan tâm nhiều hơn tới
vấn đề ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống nhằm rút ngắn thời gian và
hiệu quả chọn giống.
Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (Marker assisted backcrossingMABC) là phƣơng pháp hữu hiệu trong việc chuyển locus gen quy định tính trạng
di truyền số lƣợng (Quantitative trait locus - QTL) vào giống mới. Phƣơng pháp này
cho phép rút ngắn quá trình chọn lọc, chọn lọc đƣợc những tính trạng khó hay nhiều
tính trạng cùng lúc. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker assisted SelectionMAS) là phƣơng tiện trợ giúp đắc lực cho chọn giống truyền thống. Bởi vì, MAS
cho phép chọn lọc trực tiếp hệ gen của từng cá thể trong quần thể. Bằng phƣơng
pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử, kết hợp lai trở lại từ 2 đến 3 thế hệ là có thể


2
thu đƣợc cá thể với nền di truyền của dòng mẹ và mang gen chuyển. Trên thế giới
đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa, các nhà
chọn giống đã sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với những QTL/gen mục tiêu để
cải tiến thành công năng suất lúa, tăng năng suất bình quân từ 5,7% - 36% [79],
[102].

Việt Nam là nƣớc xuất khẩu gạo đứng thứ 2 trên thế giới sau Thái Lan,
chiếm khoảng 50% tổng sản lƣợng gạo thƣơng mại trên thế giới. Nguồn thu ngoại tệ
lớn nhất của nền nông nghiệp xuất khẩu Việt Nam là lúa gạo, đồng thời là nguồn
thức ăn chính cho hơn 90 triệu dân số trong nƣớc. Vì vậy, lúa gạo có vai trò quan
trọng trong việc đảm bảo an ninh lƣơng thực và ổn định xã hội.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi thực hiện luận án: “Nghiên
cứu cải tiến năng suất một số dòng/giống lúa bằng chỉ thị phân tử”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Sử dụng phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại để lai
chuyển QTL/gen yd7 quy định tính trạng tăng số hạt trên bông, từ đó nhằm cải tiến
năng suất một số dòng/giống lúa đang trồng đại trà và dòng lúa mới, triển vọng cho
vùng đồng bằng sông Hồng.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thêm nhiều thông tin, dẫn liệu khoa học phục
vụ công tác chọn tạo giống lúa bằng phƣơng pháp ứng dụng chỉ thị phân tử và lai trở
lại.
Những thành công trong công tác chọn giống bằng phƣơng pháp MABC nhằm
chuyển QTL/gen yd7 quy định tính trạng tăng số hạt trên bông vào một số
dòng/giống lúa sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống
lúa nói chung.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Sử dụng phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại đã chọn lọc
nhanh chóng và chính xác nguồn QTL/gen tăng số hạt trên bông, quy tụ vào giống


3
lúa đang đƣợc trồng phổ biến tại đồng bằng sông Hồng và dòng lúa mới triển vọng,
nhờ vậy có thể rút ngắn thời gian chọn lọc trên đồng ruộng, giúp khắc phục đƣợc
những hạn chế của phƣơng pháp chọn giống truyền thống.

Những dòng/giống lúa triển vọng đƣợc chọn lọc trong đề tài này sẽ là nguồn
vật liệu khởi đầu quan trọng phục vụ cho công tác chọn tạo giống, cải tiến năng suất
lúa cho vùng đồng bằng sông Hồng, giúp đảm bảo an ninh lƣơng thực và tăng thu
nhập cho ngƣời trồng lúa.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Là các giống lúa thuần mang locus gen yd7 đƣợc nhập nội, các dòng/giống
lúa thuần đang đƣợc trồng đại trà, dòng lúa mới triển vọng và các chỉ thị phân tử có
liên quan đƣợc sử dụng trong nghiên cứu.
4.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Thí nghiệm đƣợc triển khai tại: Bộ môn Sinh học Phân tử, Bộ môn Kĩ thuật
Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp, Trung tâm Chuyển giao Công nghệ và
Khuyến nông - Thanh Trì - Hà Nội, khu đồng ruộng thí nghiệm thuộc xã Tây Mỗ Từ Liêm - Hà Nội; xã Lại Yên - Hoài Đức - Hà Nội.
- Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2013 đến 2017
5. Những đóng góp mới của luận án
- Đây là một trong những công trình nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam ứng
dụng chỉ thị phân tử và phƣơng pháp lai trở lại đã lai chuyển thành công QTL/gen
yd7 quy định tính trạng tăng số hạt trên bông để cải tiến năng suất lúa.
- Nghiên cứu đã xác định đƣợc chỉ thị đa hình giữa giống cho gen và
dòng/giống nhận gen tại vị trí QTL/gen yd7 để chọn lọc cá thể mang gen mục tiêu
và các chỉ thị đa hình trải đều trên 12 NST để chọn lọc nền di truyền.
- Cải tiến thành công năng suất một số dòng/giống lúa nhờ chỉ thị phân tử và
lai trở lại mà không làm thay đổi các tính trạng quý của giống gốc. Trong đó, chọn
tạo đƣợc dòng K2 có năng suất tăng 28,3% so với giống đối chứng Khang dân 18,
dòng N8 có năng suất tăng 9,4% so với dòng đối chứng NPT1.


4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống lúa

1.1.1. Khái niệm và phân loại chỉ thị di truyền
1.1.1.1. Khái niệm
Chỉ thị di truyền là vị trí đặc biệt trên nhiễm sắc thể, đƣợc sử dụng cho phân
tích hệ gen, để phân biệt các cá thể khác nhau của một loài. Các chỉ thị di truyền
thƣờng liên kết với gen và đƣợc di truyền theo các qui luật di truyền [17], [54].
Theo Paterson và cộng sự (1996), chỉ thị di truyền là bất kỳ tính trạng, đặc
điểm hay thuộc tính nào nếu chúng hội đủ hai điều kiện: Có thể di truyền cho thế hệ
sau và có thể sử dụng đƣợc để đánh giá, so sánh, phân biệt các cá thể, quần thể hay
các nhóm quần thể.
Chỉ thị di truyền đƣợc dùng trong nghiên cứu phả hệ để xác định khoảng
cách di truyền giữa các cá thể hay quần thể. Chỉ thị di truyền rất hữu ích trong việc
nghiên cứu những dấu hiệu di truyền và sự biến đổi của chúng trong quần thể. Vì
vậy chúng đƣợc sử dụng trong nhận dạng cá thể, nghiên cứu đa dạng di truyền,
phân loại học, lập bản đồ di truyền. Đặc biệt những chỉ thị liên quan đến tính trạng
nông sinh học có lợi cho con ngƣời đƣợc sử dụng nhƣ phƣơng tiện trợ giúp đắc lực
cho công tác chọn giống cây trồng [8], [85].
1.1.1.2. Phân loại chỉ thị di truyền
Chỉ thị di truyền có thể chia thành hai loại: chỉ thị truyền thống và chỉ thị
ADN. Chỉ thị truyền thống gồm chỉ thị hình thái; chỉ thị tế bào và chỉ thị sinh hóa.
Tuy nhiên, từ cuối thế kỷ 20, khi chỉ thị ADN ngày càng trở nên phổ biến và lấn át
các chỉ thị di truyền khác, các nhà khoa học đã phân loại chỉ thị di truyền thành 3
nhóm: chỉ thị hình thái; chỉ thị sinh hóa; chỉ thị phân tử ADN (hay gọi tắt là chỉ thị
phân tử) [17], [47].
* Chỉ thị hình thái
Chỉ thị hình thái là loại chỉ thị có thể nhìn thấy hoặc đo đếm đƣợc, là những
tính trạng hoặc đặc điểm hình thái cụ thể nhƣ màu hoa, kiểu hình hạt, đặc điểm sinh
trƣởng, sự biến đổi sắc tố. Trƣớc đây, sự đa dạng giữa các cá thể trong quần thể và


5

giữa các quần thể đƣợc xác định thông qua đánh giá các đặc điểm hình thái nổi trội.
Với ƣu điểm nhƣ dễ dàng tiếp cận và nghiên cứu, không đòi hỏi thiết bị đặc biệt
cũng nhƣ quy trình thực hiện phức tạp, chỉ thị hình thái đƣợc sử dụng khá rộng rãi
trong nghiên cứu đa dạng di truyền thực vật. Trong đánh giá và chọn tạo giống
truyền thống, chỉ thị hình thái đƣợc áp dụng phổ biến và khá hiệu quả ở một số loại
cây trồng nhƣ lúa, ngô, đậu tƣơng [8], [47].
Mặc dù có nhiều nhƣợc điểm nhƣng chỉ thị hình thái vẫn đƣợc áp dụng khá
hiệu quả trong đánh giá đa dạng di truyền (đặc biệt đối với các đối tƣợng mà chỉ thị
phân tử chƣa có nhiều) hoặc trong nghiên cứu lập bản đồ liên kết phục vụ chọn tạo
giống cây trồng nhƣ ở lúa, ngô [13], [76], [112].
* Chỉ thị sinh hóa
Chỉ thị sinh hóa là loại chỉ thị biểu hiện sự đa hình của các phân tử protein.
Các protein khác nhau có khối lƣợng phân tử và điểm đẳng điện khác nhau, vì vậy
chúng có thể di chuyển với tốc độ khác nhau trong điện di trƣờng một chiều hay hai
chiều, tạo ra những đặc điểm đặc trƣng trên gel điện di và có thể hiển thị bằng
phƣơng pháp nhuộm. Những chỉ thị sinh hóa chỉ thể hiện ở những giai đoạn khác
nhau của quá trình phát triển cá thể, tùy thuộc vào cơ chế phức tạp của sự đóng mở
gen. Bất kỳ một protein nào có mặt trong cơ thể sinh vật dù ở giai đoạn phát triển
nào của cá thể thì cũng là sản phẩm của gen thông qua dòng thông tin di truyền từ
ADN-ARN-Protein. Nghiên cứu sự khác biệt trong thành phần của các sản phẩm
này có thể giúp xác định những khác biệt về mặt di truyền giữa các cá thể và loài
khác nhau [1], [ 2].
So với chỉ thị hình thái thì chỉ thị sinh hóa đáng tin cậy hơn bởi mỗi protein
là sản phẩm của một gen, do đó sự đa hình các protein cũng phản ánh gián tiếp sự
đa hình trong kiểu gen của sinh vật. Tuy nhiên, đối với các cá thể có quan hệ di
truyền gần gũi thì các sản phẩm biểu hiện gen (protein, enzym..) không cho sự đa
hình rõ ràng. Đây là một nhƣợc điểm của chỉ thị sinh hóa cùng với tính không độc
lập với điều kiện môi trƣờng (do quá trình biểu hiện gen thay đổi ở các điều kiện
sinh trƣởng khác nhau) và số lƣợng chỉ thị đa hình không phong phú. Bởi vậy trong

6
hầu hết những nghiên cứu đa dạng di truyền ngày nay, chỉ thị phân tử ADN đƣợc sử
dụng phổ biến hơn cả [8].
* Chỉ thị phân tử
Chỉ thị phân tử là những chỉ thị có bản chất đa hình ADN. Chỉ thị phân tử có
thể đƣợc định nghĩa nhƣ một đoạn ADN đặc hiệu, biểu hiện khác biệt ở mức độ
phân tử trong hệ gen (genome). Sinh vật có khả năng nhân bản ADN với độ chính
xác cao nhƣng vẫn có nhiều cơ chế xảy ra có thể làm biến đổi cấu trúc ADN, đơn
giản nhƣ các cặp bazơ hay phức tạp nhƣ đảo đoạn, chuyển đoạn hoặc mất đoạn....
Do đó chỉ thị phân tử đƣợc xem là công cụ cực kì hiệu quả trong việc đánh giá tính
đa dạng sinh học phục vụ cho công tác chọn tạo giống cây trồng [47], [54].
Chỉ thị phân tử đƣợc chia làm ba loại chính:
- Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN: RFLP marker (Restriction fragment
length polymorphism - Đa hình chiều dài đoạn phân cắt giới hạn)
Trong số các chỉ thị ADN, RFLP là chỉ thị thế hệ đầu tiên, đƣợc phát triển
sớm nhất và đƣợc lần đầu sử dụng trong nghiên cứu di truyền ở ngƣời [28]. Trong
hệ gen sinh vật thƣờng xảy ra các quá trình làm thay đổi trình tự ADN nhƣ các đột
biến điểm, đột biến thêm đoạn, mất đoạn ADN (với số lƣợng từ vài chục đến vài
trăm cặp nucleotide) hay sự sắp xếp lại các đoạn nhiễm sắc thể trong quá trình phân
ly-tái tổ hợp. Những biến đổi này có thể làm tăng, giảm hoặc dịch chuyển các vị trí
giới hạn (vị trí nhận biết của các enzym giới hạn). Khi sử dụng enzym giới hạn để
phân cắt ADN hệ gen, những thay đổi của vị trí nhận biết sẽ tạo ra các mảnh ADN
có kích thƣớc khác nhau, có thể đƣợc phát hiện bởi quá trình lai Southern với các
mẫu dò đánh dấu phóng xạ và qua đó phát hiện đƣợc trình tự ADN mục tiêu sau khi
điện di trên gel agarose [37], [83].
Các chỉ thị RFLP có mức đa hình cao, đồng trội (nên có thể phân biệt đƣợc
các cá thể dị hợp tử và đồng hợp tử) và khả năng lặp lại cao. Kỹ thuật RFLP cũng
cho phép phân tích đồng thời nhiều mẫu. Vì vậy, từ những năm 90 của thế kỷ trƣớc,
bằng việc sử dụng chỉ thị RFLP, bản đồ di truyền đã đƣợc thiết lập ở một số loài

ngũ cốc nhƣ lúa mì, ngô [56]. Tuy nhiên, hạn chế của phƣơng pháp này là tiêu tốn


7
nhiều thời gian và công sức. Đặc biệt là tiêu hao một lƣợng lớn ADN mà lƣợng đa
hình thu đƣợc ít, thậm chí khó nhận đƣợc đa hình đối với một số locus gen ở một số
loài [98].
- Chỉ thị dựa trên nguyên tắc nhân bội PCR (Amplification - based markers
hoặc PCR - based markers)
* Chỉ thị AFLP (Amplified fragment length polymorphism - Đa hình chiều
dài các đoạn ADN nhân bản chọn lọc)
Chỉ thị AFLP dựa trên nguyên tắc sử dụng enzym giới hạn cắt ADN hệ gen
và nhân bội các đoạn ADN chọn lọc bằng kỹ thuật PCR. Kỹ thuật AFLP có bản
chất mang đặc điểm trung gian giữa RFLP và PCR. AFLP sử dụng các enzym giới
hạn để cắt ADN, tiếp theo bởi bộ tiếp hợp (adaptor) thắt điểm dính cuối của các
đoạn cắt giới hạn. Một tập hợp con của đoạn cắt giới hạn sau đó đƣợc khuếch đại sử
dụng các mồi bổ sung cho bộ tiếp hợp và một phần của vùng đoạn cắt giới hạn. Các
đoạn khuếch đại đƣợc quan sát trên gel polyacrylamide biến tính dƣới đèn huỳnh
quang hoặc kỹ thuật chụp phóng xạ tự động [91].
* Chỉ thị RAPD (Randomly amplified polymorphic DNA - Đa hình các đoạn
ADN khuyếch đại ngẫu nhiên)
RAPD là chỉ thị ADN đa hình khuếch đại ngẫu nhiên, trong đó phƣơng pháp
phân tích đa hình của các đoạn ADN đƣợc nhân bản do Williams và cộng sự nghiên
cứu năm 1990. Cơ sở của kỹ thuật ADN đa hình khuếch đại ngẫu nhiên là khuếch
đại PCR khác biệt của ADN trong hệ gen. Xác định ADN đa hình tạo bởi sự “sắp
xếp lại hoặc mất đoạn giữa các vùng liên kết mồi oligonucleotide trong hệ gen” sử
dụng các trình tự oligonucleotide ngắn ngẫu nhiên [100].
Phƣơng pháp này không yêu cầu thông tin trƣớc của hệ gen đang phân tích.
Trong hệ thống chỉ thị RAPD, phản ứng PCR đƣợc thực hiện sử dụng một lƣợng
mẫu ADN rất nhỏ (thậm chí ít hơn 10ng) và một mồi RAPD đơn. Các mồi thƣờng

chỉ dài khoảng 10 nucleotide và là trình tự ngẫu nhiên. Các sản phẩm khuếch đại
đƣợc phân tách trên gel agarose và quan sát đƣợc dƣới đèn tia cực tím. Phân biệt
các băng dựa trên sự có mặt hay vắng mặt của các băng đa hình [98].


8
Bên cạnh đó cũng còn một số hạn chế nhƣ: RAPD có tính chất ngẫu nhiên
nên việc lặp lại phân tích, điện di để tìm liên kết gen thƣờng không đồng nhất. Số
băng thu đƣợc khi sử dụng các mồi ngẫu nhiên còn rất lớn. Để khắc phục những hạn
chế đó, gần đây, các nhà khoa học đã phát triển một phƣơng pháp RAPD cải thiện
gọi là RAMP-PCR. Phƣơng pháp này sử dụng mồi có tỷ lệ GC cao hơn, kết quả làm
gia tăng khả năng lặp lại số băng điện di và hiệu quả hơn trong nghiên cứu phân tích
đa hình [97].
* Chỉ thị SSR (Simple sequence repeates - Đoạn trình tự lặp lại đơn giản)
Chỉ thị SSR là những đoạn ADN lặp lại một cách có trật tự, gồm những đơn
vị lặp lại từ 2 đến 6 nucleotide, theo kiểu lặp lại ngắn vài chục lần. Lặp lại trình tự
đơn giản đƣợc đề cập nhƣ là các chỉ thị vi vệ tinh bao gồm các đơn vị lặp lại của
ADN trong sinh vật có nhân và không nhân, nằm rải rác trên hầu hết các bộ gen có
nhân điển hình. Chỉ thị vi vệ tinh bao gồm lặp lại đơn (mono), hai (di), ba, (tri), bốn
(tetra) hoặc năm (pentra) đơn vị nucleotide. Chỉ thị phân tử SSR đƣợc sử dụng rộng
rãi do đƣợc nhân bản và phân tích kết quả dễ dàng nhờ PCR [8].
Chỉ thị SSR có một số ƣu việt hơn các chỉ thị khác nhƣ: i) Cho nhiều alen
trong một locus; ii) Phân bố đều trong genom; iii) SSR cho thông tin cụ thể hơn so
với di truyền ty thể theo đƣờng mẹ (vì có mức đột biến cao) và di truyền theo cả bố
và mẹ; iv) Là chỉ thị đồng trội; v) Có tính đa hình và đặc thù cao; vi) Có thể lặp lại
ở các thí nghiệm, sử dụng ít ADN, rẻ và dễ thực hiện. SSR có thể phân biệt các cá
thể có mối quan hệ gần. Điểm hạn chế quan trọng của kỹ thuật chỉ thị SSR là cần
phải đọc trình tự genom để dựa vào đó có thể thiết kế các cặp mồi đặc thù và tối ƣu
hóa điều kiện các mồi cho từng loài trƣớc khi sử dụng [17].
Hiện nay, với sự ra đời và phát triển nhanh chóng của các cơ sở dữ liệu di

truyền (NCBI, EMB…) thì việc phân lập và phát triển chỉ thị SSR dựa trên cơ sở
trình tự sẵn có đã trở thành hƣớng đi nhanh chóng, đơn giản, ít tốn kém và ngày
càng phổ biến [30], [31], [89].
- Một số chỉ thị khác
* Chỉ thị RGA (Resistance gene analog)


9
Khi so sánh trình tự ADN của những gen kháng đã phân lập từ nhiều loài
thực vật khác nhau, các nhà khoa học đã thấy rằng những gen này có chung những
vùng lặp lại, ví dụ nhƣ vùng nhắc lại giàu leucin (Leucine Rich Repeat: LRR), vùng
vị trí liên kết nucleotide (Nucleotide Binding Site: NBS) và vùng protein. Những
vùng này đã đƣợc sử dụng trong việc xây dựng một kỹ thuật dựa trên PCR, đó là kỹ
thuật RGA. Bản chất của kỹ thuật RGA là những cặp mồi ADN đƣợc thiết kế dựa
vào những vùng bảo tồn nằm trong gen kháng. Bởi vậy, sản phẩm nhận dạng ADN
có thể là một vùng hoặc toàn bộ gen kháng. Kỹ thuật RGA đã đƣợc dùng để tách,
lập bản đồ gen kháng và mô tả đa dạng di truyền [117].
* Chỉ thị SNP (Single nucleotide polymorphism)
Trong số nhiều dạng đột biến xảy ra tự nhiên trong hệ gen, sự thay đổi một
nucleotide là một hiện tƣợng phổ biến, có số lƣợng rất lớn và phân bố trải đều thệ
gen. Về bản chất, khái niệm SNP mô tả những vị trí cặp base trong hệ gen của hai
(hay nhiều hơn) cá thể mà tại đó có sự thay đổi trong trình tự, ví dụ SNP có thể thay
đổi trình tự ADN từ AAGGCTAA sang ATGGCTAA. SNP có thể xảy ra ở vùng
không mang mã hoặc vùng mang mã trên hệ gen, trong đó nhiều SNP không gây
ảnh hƣởng tới tế bào nhƣng cũng có những SNP gây ra những biến đổi bất lợi [43].
1.1.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu và chọn giống
1.1.2.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền
Đa dạng di truyền là sự đa dạng về thành phần gen giữa các cá thể trong
cùng một loài và giữa các loài khác nhau. Sự đa dạng về gen có thể di truyền đƣợc
trong một quần thể hoặc giữa các quần thể. Nghiên cứu đa dạng di truyền 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 ƣu thế lai giữa các cặp bố mẹ (cặp bố
mẹ nào có khoảng cách di truyền xa hơn thƣờng cho ƣu thế lai lớn hơn) [8].
Việc phát triển các kỹ thuật chỉ thị phân tử đã đặt nền móng cho phân tích
một số lƣợng lớn đa dạng di truyền giữa các loài. Điều này rất quan trọng để làm rõ
mối quan hệ tiến hóa và phân loại, cũng nhƣ cung cấp thêm thông tin để am hiểu về


10
những thay đổi trong phạm vi hệ gen và giữa các loài với nhau. Quan trọng hơn là
khả năng đánh giá đa dạng di truyền của cây trồng để phát triển các chƣơng trình
chọn tạo giống bền vững [8].
Hiện nay các nhà khoa học đang trở lại tìm những nguồn gen từ trong các
loài hoang dại (hiện đƣợc lƣu trữ trong quỹ gen). Tại Viện Khoa học Nông nghiệp
Trung Quốc đã tiến hành chƣơng trình nghiên cứu “Sự đa dạng di truyền trong việc
tiếp cận giống lúa hoang dại O. granulata từ khu vực Nam và Đông nam châu Á”.
Đối với cây lúa, ngƣời ta thu thập thành công gen kháng rầy nâu từ lúa hoang O.
australiensis vào lúa trồng [71].
Ở Việt Nam, chỉ thị phân tử đƣợc ứng dụng rộng rãi trong phân tích đa dạng
di truyền động vật, thực vật và vi sinh vật. Nghiên cứu đa dạng di truyền ở ngô, Lê
Thị Minh Thảo và cộng sự (2014) đã sử dụng kết hợp chỉ thị hình thái và chỉ thị
phân tử SSR để đánh giá đa dạng và phân nhóm di truyền của 24 dòng ngô nếp tự
phối đời S8 đến S10. Sử dụng chỉ thị phân tử SSR với 19 cặp mồi đã dò thấy 75
alen trên 19 locus, trung bình 4 alen trên một chỉ thị và số alen/locus khá biến động
từ 2 đến 8 alen. Kết quả làm cơ sở lựa chọn các dòng bố mẹ tạo tổ hợp lai có ƣu thế
lai và cho năng suất cao [15].
Vũ Văn Hiếu và cộng sự (2015) đã sử dụng 25 mồi RAPD và 5 mồi ISSR
trong nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền giữa các mẫu giống cam sành Hà
Giang, góp phần phục vụ công tác thu thập, phân loại, đánh giá và bảo tồn nguồn

gen cũng nhƣ cung cấp thông tin về mối quan hệ di truyền giữa các giống cam sành
làm cơ sở cho các chƣơng trình chọn tạo giống [9].
1.1.2.2. Nghiên cứu lập bản đồ di truyền
Chỉ thị phân tử có thể đƣợc sử dụng trong các nghiên cứu di truyền, biến dị
trong hệ gen, tiến hóa và chọn lọc liên kết giữa alen-alen và alen với tính trạng kiểu
hình. Ứng dụng của chỉ thị di truyền còn tùy thuộc vào đặc tính vật lý và vị trí trong
hệ gen, mức độ dễ sử dụng và khả năng tự động hóa. Chỉ thị phân tử đã đƣợc ứng
dụng thành công trong khoa học cây trồng đối với việc lập bản đồ di truyền và bản
đồ vật lý của hệ gen, xác định các gen kiểm soát kiểu hình (tính trạng liên kết), đa