Luận Văn Xác định chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh xanh lùn ở cây bông cỏ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
Năm - 2013

MỤC LỤC (Luận án dài 177 trang)
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
3 Mục tiêu của đề tài 3
4 Những đóng góp mới của luận án 4
5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CÓ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Cây bông và nghiên cứu đa dạng di truyền 5
1.1.1 Nguồn gốc, xuất xứ và phân loại nguồn gen bông (Gossypium L.) 5
1.1.Đa dạng về kích thước, thành phần và trình tự genome cây bông 7
1.1.3 Nghiên cứu đa dạng di truyền ở cây bông sử dụng chỉ thỉ phân tử 13
1.1.4. Đa dạng nguồn gen cây bông 19
1.2. Những nghiên cứu về bệnh xanh lùn hại bông 20
1.2.1 Bệnh xanh lùn hại bông và lịch sử phát hiện 20
1.2.2 Triệu chứng và tác hạicủa bệnh xanh lùn 23
1.2.3 Nguyên nhân gây bệnh 25
1.2.4 Nghiên cứu về tính kháng bệnh xanh lùn hại bông 29 iv
1.2.5 Chọn Tạo giống kháng bệnh xanh lùn 31
1.3 Nghiên cứu lập bản đồ di truyền và tiềm năng ứng dụng trong cải tiến giống ở cây bông (Gossypium L.) 33
1.3.1 Nghiên cứu lập bản đồ di tuyền ở cây bông 33
1.3.2 Nghiên cứu lập bản đồ các gen chính và TL ở bông 39
1.3.3 Tiềm năng ứng dụng những thành tựu nghiên cứu hệ gen bông trong cải tiến di truyền cây trồng kháng bệnh 41
1.4 Những nghiên cứu sử dụng chỉ thị phân tử và lập bản đồ phân tử trong nước 45

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PPHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47
2.1 Vật liệu nghiên cứu 47
2.2 Nội dung nghiên cứu 49
2.3 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 50
2.3.1 Thời gian nghiên cứu 50
2.3.2 Địa điểm nghiên cứu 50
2.4 Pphương pháp nghiên cứu 51
2.4.1 phương pháp đánh giá đa d ng di truyền của các giống bông cỏ sử dụng các chỉ thị R 51
2.4.2 phương pháp Tạo lập quần thể lập bản đồ 55
2.4.3 phương pháp phân tích di truyền gen kháng bệnh xanh lùn thông qua kiểu hình tính kháng của các quần thể 56
2.4.4 phương pháp lập bản đồ gen kháng bệnh xanh lùn và xác định chỉ thị liên kết dựa trên quần thể phân ly F2 58

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THÁO LUẬN 62
3.1 Đánh giá nguồn vật liệu Tạo quần thể lập bản đồ 62
3.1.1 Đánh giá một số chỉ tiêu đ c điểm hình thái của các nguồn gen bông cỏ vật liệu 62 v

3.1.2 Đánh giá tính kháng bệnh xanh lùn ở một số dòng/giống bông cỏ vật liệu 65
3.1.3 Xác định đa hình di truyền, xác định khoảng cách di truyền của các dòng/giống bông cỏ trong tập đoàn bằng chỉ thị R 68
3.2 Nghiên cứu đ c điểm di truyền tính kháng bệnh xanh lùn thông qua đánh giá kiểu hình tính kháng của các quần thể phân li 79
3.2.1 Tạo lập quần thể lập bản đồ 79
3.2.2 hân tích di truyền tính kháng bệnh xanh lùn dựa trên tính kháng nhi m của các quần thể F1, F2, BC1F1 80
3.3 Nghiên cứu xây dựng bản đồ liên kết ở cây bông cỏ 87
3.3.1 Khảo sát đa hình di truyền của hai dòng/giống bố mẹ của quần thể lập bản đồ 87
3.3.2 Nghiên cứu lập bản đồ di truyền của cây bông cỏ sử dụng chỉ thị R và quần thể phân ly F2 91
3.3.3 So sánh bản đồ di truyền 97
3.4 Xác định chỉ thị phân tử R liên kết với gen kháng bệnh xanh lùn ở cây bông cỏ 104
3.4.1 Lập bản đồ liên kết gen kháng bệnh xanh lùn ở cây bông cỏ 104
3.4.2 ng dụng các chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh xanh lùn để chọn lọc cá thể kháng bệnh ở BC1F1 108
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 114
1 Kết luận 114
2 Đề nghị 114
Danh mục các công trình đã công bố 116
Tài liệu tham khảo 117
Phụ lục 138

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bông vải là một cây trồng lấy sợi tự nhiên và lấy dầu hàng đầu thế giới, được trồng tập trung tại nhiều khu vực ở hơn 80 nước, chiếm ,5% diện tích canh tác hàng năm tính trên toàn cầu và đ t sản lượng trên 5 triệu tấn (Natural fibers website, 2009). Tuy nhiên, ngành trồng bông ở các nước luôn phải đối mặt với nhiều loại bệnh dịch hạibông (Fang và cs., 2010; Connell và cs., 1998).
Trong các loại bệnh hạibông, bệnh xanh lùn (cotton blue disease - CBD) là loại bệnh gây hạichính ở cây bông vải (Gossypium L.) và được lan truyền bằng vector truyền bệnh là rệp bông Aphis gossypii. Bệnh đã từng gây thiệt hạikinh tế nghiêm trọng ở hầu hết các nước trồng bông trên thế giới trong đó có cả iệt Nam (Connell và cs., 1998; Lê uang uyền và cs., 2007). Bệnh gây hạithường xuyên từ nửa cuối thập kỷ 60 của thế kỷ trước với trên 25- 0% diện tích trồng bông ở một số vùng và làm giảm -6% tổng sản lượng bông (Watkins, 1981). Thiệt hạido dịch bệnh này đã lên tới 80% được ghi nhận ở nhiều bang của Bra-xin, Cộng hòa Trung hi, Ác-hen-ti-na (Diste Fano và cs., 2010; Fang và cs., 2010; Silva và cs., 2008). nước ta, bệnh xanh lùn được ghi nhận lần đầu tiên tại Nha ố, Ninh Thuận vào năm 1984-1985 và nhanh chóng lan rộng ra các tỉnh trồng bông cả nước, làm giảm 10-15% năng suất bông trung bình cả năm, có khi lên đến 0% (Lê uang uyền và cs., 007). Cho tới nay, bệnh xanh lùn luôn là loại bệnh gây hạinghiêm trọng nhất trên cây bông vải (Nguyen, 2002, 1997) và là một trong những nguyên nhân gây ảnh hưởng lớn cho việc mở rộng diện tích và nâng cao năng suất của ngành bông iệt Nam.
Hiện nay, các giống bông tứ bội đang trồng phổ biến ở các vùng trồng bông ở nước ta đều nhi m bệnh xanh lùn, các giống kháng nhập nội khi được khảo sát tại Nha ố cũng đều nhi m bệnh ( iện nghiên cứu Bông và TNN Nha ố, 007). Con đường lan truyền của bệnh trong tự nhiên qua côn trùng môi giới là rệp bông (Aphis gossypii) rất khó phòng trừ và gây tổn hạimôi trường (Nguy n Thị Thanh Bình, 1999). ử dụng thuốc hóa học để phòng trừ bệnh sẽ gây ô nhi m môi trường và là nguyên nhân tiềm tàng dẫn đến sự bùng phát của các dịch bệnh khác (Trần Thế Lâm, 007).
iệc sử dụng giống kháng là lựa chọn tối ưu nhất trong công tác quản lý bệnh cũng như giải quyết các vấn đề liên quan đến môi trường. Nguồn gen kháng bền vững nhất là nguồn gen được chọn lọc từ các giống kháng tại địa phương. Do vậy, nghiên cứu phát hiện nguồn gen kháng là công việc được quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia khác.
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chỉ thị phân tử, nhiều locut gen kháng sâu, bệnh, chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường và các locut quy định tính tr ng về năng suất, chất lượng đã được định vị trên bản đồ genome của cây bông vải (Gossypium L.). Trong số các chỉ thị phân tử, chỉ thị SSR là một thế hệ chỉ thị mới, thân thiện với người sử dụng và số lượng SSR có mặt trong hệ gen bông đủ lớn để sử dụng hiệu quả trong chọn Tạo giống nhờ chỉ thị phân tử (Rahman và cs., 2008; Zhang và cs., 2008). Tuy nhiên, đối với bệnh xanh lùn ở bông, cho đến nay vẫn còn rất ít các công trình nghiên cứu về di truyền tính kháng bệnh, cũng như lập bản đồ phân tử gen kháng phục vụ cho công tác chọn Tạo giống bông vải kháng bệnh.
Mặc dù đa phần các giống bông đang được trồng lấy sợi trên thế giới là bông tứ bội, nhưng trong các ngân hàng gen cây bông, bông cỏ lưỡng bội Châu Á G. arboreum được đánh giá là nguồn gen vật liệu mang nhiều đ c tính kháng sâu bệnh, chống chịu với điều kiện bất thuận (Ma và cs., 2008; Adams và Palmer, 2003a). Trong ngân hàng cây bông ở nước ta, giống bông cỏ Nghệ n là giống địa phương đã được đánh giá sơ bộ có khả năng kháng được bệnh xanh lùn ở iệt Nam ( ng inh Tâm, 006). ì thế, công tác đánh giá chi tiết, nghiên cứu xác định cơ sở di truyền, lập bản đồ định vị gen kháng này góp phần thúc đẩy công tác khai thác, sử dụng các nguồn gen này trong các chương trình chọn giống bông kháng bệnh xanh lùn ở nước ta.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế sản xuất bông, nhằm cung cấp thêm cơ sở khoa học trợ giúp cho công tác chọn Tạo giống bông kháng bệnh, chúng tôi đã tiến hành đề tài “Xác định chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh xanh lùn ở cây bông cỏ”