ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - Nguyễn Thị Trang NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN TẬP ĐOÀN GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP Ở GIAI ĐOẠN NẢY MẦM CỦA VIỆT NAM BẰNG CHỈ THỊ SSR Chuyên ngành : Di truyền học Mã số : 60420121 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Vũ Thị Thu Hiền TS Đỗ Thị Phúc Hà Nội – 2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vài nét sơ lược lúa 1.1.1 Vai trò lúa 1.1.2 Nguồn gốc phân bố lúa 1.2 Tính chống chịu ngập lúa 1.2.1 Ảnh hưởng lũ lụt đến phương pháp canh tác lúa gieo sạ thẳng 1.2.2 Một số đặc điểm hình thái sinh lý tính chịu ngập lúa 1.2.3.Một số gen liên quan đến tính chịu ngập lúa 13 1.2.4 Phân loại giống lúa chịu ngập 14 1.3 Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền 16 1.3.1.Chỉ thị hình thái 16 1.3.2 Chỉ thị sinh hóa 16 1.3.3 Chỉ thị phân tử ADN 17 1.4 Chỉ thị phân tử SSR ứng dụng nghiên cứu lúa chịu ngập 19 1.4.1 Chỉ thị phân tử SSR 19 1.4.2.Ứng dụng thị phân tư SSR nghiên cứu đa dạng di truyền giống lúa chịu ngập 22 1.4.3 Ứng dụng thị phân tư SSR nghiên cứu xác định QTL/gene chịu ngập 24 1.5 Nghiên cứu đa dạng di truyền tính chịu ngập lúa Việt Nam 26 1.5.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa Việt Nam 26 1.5.2 Nghiên cứu tính chịu ngập lúa Việt Nam 27 CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 Vật liệu nghiên cứu 29 2.1.1 Vật liệu thực vật 29 2.1.2 Hóa chất 29 2.2 Phương pháp nghiên cứu 32 2.2.1 Phương pháp phân tích kiểu hình 32 2.2.2 Phương pháp phân tích kiểu gen 33 2.3 Phân tích số liệu 36 2.3.1 Phân tích số liệu kiểu hình 36 2.3.1 Phân tích số liệu kiểu gen 37 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Đánh giá khả chịu ngập 150 giống lúa địa điểm sinh thái khác thuộc vùng trũng đồng châu thổ Việt Nam 40 3.1.1 Đa dạng kiểu hình tính trạng sức sống chịu ngập quần thể giống lúa địa Việt Nam 40 3.1.2 Mối tương quan khả chịu ngập tỷ lệ phục hồi sau ngập giống lúa địa chịu ngập Việt Nam giai đoạn nảy mầm 43 3.2 Nghiên cứu đa đạng di truyền tập đoàn lúa chịu ngập 47 3.2.1.Tách chiết ADN tổng số 47 3.2.2 Phân tích đa dạng di truyền tập đoàn lúa có khả chịu ngập thị phân tử SSR 48 3.3 Xác định allele nhận dạng số giống tập đoàn lúa chịu ngập nghiên cứu 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 1.Kết luận 66 Kiến nghị 66 DANH MỤC CÁC BẢNG TÊN CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Thông tin cặp mồi nghiên cứu 30 Bảng 2.2: Thành phần phản ứng PCR 34 Bảng 2.3: Các bước chu trình phản ứng PCR 35 Bảng 2.4: Thành phần gel polyacrylamide 35 Bảng 3.1: Tỷ lệ phục hồi giống lúa địa Việt Nam chịu 46 ngập giai đoạn nảy mầm Bảng 3.2: Tỉ lệ khuyết số liệu dị hợp tử giống lúa nghiên 50 cứu Bảng 3.3: Hệ số PIC tổng số alen thể 43 cặp mồi SSR với 54 48 giống lúa chịu ngập nghiên cứu Bảng 3.4: Hệ số tương đồng di truyền 48 giống với 43 cặp mồi 60 Bảng 3.5: Tổng hợp allele nhận dạng giống 62 DANH MỤC CÁC HÌNH TÊN CÁC HÌNH Hình 1.1.Sơ đồ tiến hoá hai loài lúa trồng (Khush, 1997 Trang Hình 1.2 Các trình chuyển hóa liên quan đến tăng cường nảy mầm vươn dài thân lúa điều kiện thiếu oxi (Ismail 2009) 10 Hình 1.3 Con đường chuyển hóa glucose lúa điều kiện ngập nước (yếm khí) 12 Hình 1.4: Cơ chế bắt chéo lỗi giảm phân 21 Hình 1.5: Cơ chế trượt lỗi trình mã 21 Hình 1.6: Bản đồ QTL Sub1 với số thị SSR NST số 25 Hình 2.1 Minh họa phương pháp xử lý ngập ống nghiệm 33 Hình 3.1 Thí nghiệm xử lý ngập ống nghiệm giai đoạn nảy mầm 41 Hình 3.2: Chiều dài 150 giống lúa địa cải tiến Việt Nam 42 Hình 3.3: Mối tương quan khả chịu ngập 48 giống nghiên cứu 44 Hình 3.4 ADN tổng số 48 giống lúa nghiên cứu 47 Hình 3.5: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM341; (1-48 mẫu giống từ T1-T48); M: 100 bp ADN Ladder (100-1500 bp) 48 Hình 3.6: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM85; (1-48 mẫu giống từ T1-T48); M: 100 bp ADN Ladder (100-1500 bp) 49 Hình 3.7: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM10173; (1-48 mẫu giống từ T1-T48); M: 100 bp ADN Ladder (100-1500 bp) 49 Hình 3.8: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM16589; (1-48 mẫu giống từ T1-T48); M: 100 bp ADN Ladder (100-1500 bp) Hình 3.9: Sơ đồ tỏa tròn mối quan hệ di truyền 48 giống lúa chịu 50 ngập giai đoạn nảy mầm 60 Hình 3.10: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM485; M: 100bp DNA ladder (100 - 1500bp) 63 Hình 3.11: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM16;M: 100bp DNA ladder (100 - 1500bp) 64 Hình 3.12: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM307; M: 100bp DNA ladder (100 - 1500bp) 64 Hình 3.13: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM485; M: 100bp DNA ladder (100 - 1500bp) 65 Hình 3.14: Điện di sản phẩm PCR giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM25022 M: 100bp DNA ladder (100 - 1500bp) 65 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong hệ thống canh tác lúa gieo sạ thẳng, sức sống lúa tính trạng giúp cho trốn thoát ngập úng giai đoạn nảy mầm, đặc biệt sau gieo sạ bị ngập Trong năm gần đây, lũ lụt trở thành vấn đề lớn việc sản xuất lúa vùng canh tác đất thấp, gây thiệt hại lớn kinh tế Khả chịu ngập lúa giai đoạn nảy mầm đặc tính nông học giống mà thân giống lúa thể khả kéo dài mầm nhanh nhất, ngoi lên khỏi mặt nước tiếp cận oxi để trốn thoát ngập úng (submergence escape) Đặc tính đặc biệt quan trọng để đảm bảo thời vụ, giúp quần thể lúa trì mật độ tối ưu hệ thống canh tác gieo sạ tỉnh đồng châu thổ nước ta Việt Nam nằm vùng tiểu khí hậu bị ảnh hưởng nghiêm trọng yếu tố thời tiết thất thường sản xuất nông nghiệp Canh tác lúa đồng châu thổ Việt Nam chia thành vùng vùng đồng châu thổ Sông Hồng (phía Bắc), sông Cửu Long (phía Nam) tỉnh đồng ven biển Miền Trung Tại vùng này, việc hình thành cấu giống để canh tác lúa gieo sạ mô hình cánh đồng mẫu lớn đặt vấn đề lớn sản xuất lúa gạo, đặc biệt vùng đất thấp dễ xảy lũ lụt sớm Nghiên cứu đa dạng di truyền điều kiện tiên nhà chọn giống lúa việc khai thác nguồn tài nguyên gen địa Hơn nữa, nhà khoa học ước tính có khoảng 15% nguồn gen đa dạng di truyền tiềm sử dụng Điều chứng tỏ phần lớn nguồn biến dị alen đặc điểm nông học có giá trị kinh tế chưa sử dụng Ngoài ra, vùng trồng lúa vùng đồng châu thổ thường bị ngập nước suốt mùa mưa Nhiều cánh đồng gieo sạ lúa gần bị ngập trắng hoàn toàn nước lũ dâng Cho đến nay, chọn giống phân tử chưa ứng dụng có hiệu nghiên cứu chế kiểm soát sức sống giống điều kiện ngập lụt, nguyên nhân làm giảm xuất lúa vùng canh tác lúa đất thấp Việt Nam Vì vậy, đánh giá di truyền cải tạo nguồn gen lúa chịu ngập mục tiêu cấp bách chương trình chọn tạo giống Xuất phát từ lý tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu đa dạng di truyền tập đoàn giống lúa chịu ngập giai đoạn nảy mầm Việt Nam thị SSR" nhằm cung cấp thông tin nguồn gen lúa chịu ngập, giúp khai thác cải tiến sức sống giống điều kiện ngập úng Mục đích nghiên cứu Đánh giá mức độ đa dạng di truyền tập đoàn giống lúa địa Việt Nam chịu ngập giai đoạn nẩy mầm mức phân tử, nhằm xác định mối quan hệ di truyền nguồn gen địa phương khác phục vụ cho công tác bảo tồn, khai thác sử dụng có hiệu nguồn gen lúa chịu ngập địa Việt Nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Hiểu biết đa dạng di truyền nguồn gen lúa chịu ngập tạo sở lý luận cho việc chọn lọc, phục tráng để nâng cao tiềm di truyền giống lúa chịu ngập sản xuất Phát sai khác di truyền giống lúa chịu ngập có ý nghĩa quan trọng việc xác định allele hiếm, allele đặc trưng để nhận dạng xác nguồn gen ưu tú giúp định hướng cho công tác thu thập bảo tồn đa dạng nguồn gen lúa chịu ngập mức phân tử Phục vụ công tác lai tạo nghiên cứu lập đồ di truyền, nhằm định vị QTL/gen liên kết với tính trạng chịu ngập 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu đa dạng di truyền thông qua thị phân tử (SSR) góp phần nâng cao hiệu công tác bảo tồn chọn tạo giống lúa có phẩm chất gạo tốt, suất cao, có khả chịu ngập giai đoạn nảy mầm, phù hợp với điều kiện canh tác lúa gieo sạ mô hình cánh đồng mẫu lớn Việt Nam Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng: Đối tượng nghiên cứu cứu tập đoàn giống lúa chịu ngập giai đoạn nảy mầm thu thập nhiều địa phương khác nhau, giống lưu giữ bảo tồn ngân hàng gen Cây trồng Quốc gia (Trung tâm Tài nguyên Thực vật) 4.2 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu, đánh giá nguồn gen mức phân tử thị SSR (simple sequence repeat) Các thí nghiệm tiến hành Bộ môn Kỹ thuật Di truyền - Viện Di Truyền Nông nghiệp CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vài nét sơ lƣợc lúa 1.1.1 Vai trò lúa Lúa (Oryza sativa L.) lương thực quan trọng trồng chủ yếu Châu Á, đặc biệt khu vực Đông Nam Á có Việt Nam Lúa gạo nguồn lương thực chủ yếu nuôi sống hàng tỷ người giới [40] Sản lượng lúa gia tăng thời gian qua mang lại an sinh cho nguời, đặc biệt dân nghèo: gạo nguồn cung cấp thức ăn chủ yếu Các nước nghèo thường dùng gạo nguồn lương thực chính, thu nhập tăng lên mức tiêu thụ gạo có xu hướng giảm xuống, thay loại thức ăn cung cấp nhiều protein vitamin lượng Bangladesh Thái Lan có mức tiêu thụ gạo cao vào năm 1960 (tương đương 180 kg/người/năm), đến năm 1988 giảm xuống khoảng 150 kg Ở Việt Nam mức tiêu thụ gạo bình quân mức cao, khoảng 120 kg/người/năm Tuy nhiên nói, khắp giới, đâu có dùng đến lúa gạo sản phẩm từ lúa gạo Khoảng 40% dân số giới lấy lúa gạo làm nguồn lương thực Trên giới có 110 quốc gia có sản xuất tiêu thụ gạo với mức độ khác Lượng lúa sản xuất mức tiêu thụ gạo cao tập trung khu vực Châu Á Năm 1980, riêng Châu Á có 1,5 tỷ dân sống nhờ lúa gạo, chiếm 2/3 dân số Châu Á Con số theo ước đoán tăng lên gần gấp đôi [6] Lúa trồng thân thiết, lâu đời nhân dân ta nhiều dân tộc khác giới, đặt biệt dân tộc Châu Á Mặc dù suất lúa nước Châu Á thấp diện tích sản xuất lớn nên Châu Á nguồn đóng góp quan trọng cho sản lượng lúa giới (trên 90%) Các quốc gia dẫn đầu sản lượng lúa theo thứ tự Trung Quốc, Ấn Độ, Indoniesia, Bangladesh, Việt Nam, Thái Lan Myanmar, tất nằm Châu Á Như vậy, nói Châu Á vựa lúa quan trọng giới Gạo thức ăn giàu dinh dưỡng So với lúa mì, gạo có thành phần tinh bột protein thấp hơn, lượng tạo cao chứa nhiều chất béo Ngoài ra, tính đơn vị hecta, gạo cung cấp nhiều calo lúa mì suất lúa cao nhiều so với lúa mì Giả sử người trung bình cần 3200 calo ngày hecta lúa nuôi 2055 người/ngày 5,63 người/năm, lúa mì nuôi 3,67 người /năm, bắp 5,3 người/năm Hơn nữa, gạo lại có chứa nhiều acid amin, thiết yếu như: Lysine, Threonine, Methionine, Tryptophan… hẳn lúa mì Đối với số quốc gia Việt Nam, Thái Lan, Miến Điện (Myanmar), Ai Cập lúa gạo chiếm vị trí quan trọng kinh tế quốc dân, nguồn lương thực mà nguồn thu ngoại tệ để đổi lấy thiết bị, vật tư cần thiết cho phát triển đất nước [6] Điều rõ vị trí lúa gạo cấu lương thực giới đời sống kinh tế quốc tế Việt Nam nước có nghề truyền thống trồng lúa nước cổ xưa giới Nông nghiệp trồng lúa vừa đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, vừa sở kinh tế sống đất nước Dân số nước ta đến 90 triệu người, dân số nông thôn chiếm gần 80% lực lượng lao động nghề trồng lúa chiếm khoảng 70% lực lượng lao động nước Điều cho thấy lĩnh vực nông nghiệp trồng lúa thu hút đại phận lực lượng lao động nước, đóng vai trò lớn kinh tế quốc dân Bên cạnh đó, ưu lớn nghề trồng lúa thể rõ diện tích canh tác tổng diện tích đất nông nghiệp tổng diện tích trồng lương thực Ngành trồng trọt chiếm 4/5 diện tích đất canh tác lúa giữ vị trí độc tôn, gần 85% diện tích lương thực Theo báo cáo Bộ Nông nghiệp phát triển Nông thôn, diện tích trồng lúa khoảng 7,8 triệu tập trung vùng trồng lúa đồng sông Cửu Long (5,29 triệu ha) đồng sông Hồng (2,51 triệu ha) với sản lượng lúa năm 2014 ước tính đạt 44,84 triệu tấn, suất bình quân đạt 57,4 tạ/ha [4] Như bên cạnh thu hút nguồn lực người thu hút nguồn lực đất đai lại khẳng định rõ vị trí lúa gạo kinh tế quốc dân Trong năm gần đây, Việt Nam có tổng sản lượng lúa hàng năm đứng thứ giới, lại nước xuất gạo đứng hàng thứ giới với sản lượng gạo xuất bình quân triệu tấn/năm Thái Lan nước xuất gạo dẫn đầu giới, hẳn Việt Nam (thứ 2) số lượng giá trị, có thị trường truyền thống rộng chất lượng gạo cao Mỹ, Ấn Độ, Pakistan nước xuất gạo quan trọng, sau Việt Nam Hiện nay, Việt Nam đứng hàng thứ giới diện tích gieo 10 cacbon) Trong điều kiện hiếu khí, phân tử đường tạo 39 phân tử ATP tế bào [48] Bên cạnh đó, trình lên men alcohol (AF) trình thích ứng chuyển hóa để trồng đối mặt với tình trạng thiếu oxi lúa bị ngập nước Ethylene gián tiếp điều khiển phát triển lóng thân ngập nước [36] ACC synthase (ACS) and ACC oxidase (ACO) enzyme quan trọng trình sinh tổng hợp ethylene, hoạt tính enzyme biểu lúa bị ngập nước [76] Năng lượng ATP hình thành điều kiện thiếu oxi quan trọng giúp lúa thoát ngập Vì vậy, giống lúa có khả dự trữ hàm lượng carbohydrate cao trước ngập, kết hợp với khả trì sản xuất lượng ATP điều kiện khí yếu tố giúp lúa nảy mầm yếm khí [72] Cũng theo nghiên cứu Tsuji H cs., 2003b [86] cho rằng: Đường phân lên men ethanol trình quan trọng nhằm sản sinh lượng cung cấp cho tế bào Quá trình lên men ethanol thực hai bước: Đầu tiên, pyruvate (PDC) tạo từ trình thủy phân đường glucose Tiếp theo, xúc tác enzym pyruvate decarboxylase, phân tử PDC chuyển hóa thành phân tử acetaldehyde (ALDH) Nối tiếp trình đường phân phân tử ALDH chuyển hóa thành ethanol nhờ xúc tác enzym alcohol dehydrogenase (ADH) Mặt khác, phân tử pyruvate tạo từ trình đường phân phân tử ALDH hình thành từ trình lên men ethanol Hai phân tử đồng thời tham gia vào trình oxi hóa ty thể Kết trình oxi hóa nhằm chuyển NADH thành NAD+ , cho phép tế bào thực vật tiếp tục trình đường phân trì lượng ATP điều kiện ngập (Hình 1.3) 16 Hình 1.3 Con đường chuyển hóa glucose lúa điều kiện ngập nước [86] Về hình thái học, lúa tự biến đổi hình thái rễ nhằm thích nghi với ngập úng như: gia tăng số lượng rễ phụ rễ khí sinh có độ rỗng cao rễ thông thường nhằm tăng cường khả vận chuyển oxy xuống phần bị ngập nước; tăng cường khả thành lập mô dẫn khí (aerenchyma) Mô dẫn khí dạng tế bào đặc biệt rễ thường diện loài thực vật sống vùng đất ngập nước số loài cạn bị ngập nước [68] Hình thái điển hình lúa chịu ngập giai đoạn nảy mầm vươn lóng nhanh để giúp tiếp cận với oxi mặt nước [47] Ngược lại, khả chịu ngập (submergence tolerance) tính trạng liên quan đến lúa giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng có khả phục hồi sau ngập hoàn toàn từ 10 - 14 ngày [49] Cơ chế hình thái sinh lý lúa giai đoạn hạn chế sinh trưởng, ức chế hình thành diệp lục tăng cường dự trữ hàm lượng carbohydrat Nhờ vào chiến lược ngừng hoạt động (quiescense strategy) giúp lúa chịu đựng môi 17 trường ngập, chờ đến nước rút để mọc [49; 82] 1.2.3 Một số gen liên quan đến tính chịu ngập lúa Khả chịu ngập tính trạng giúp lúa phục hồi sau bị ngập hoàn toàn nước (10-14 ngày) Đặc tính kiểm soát gen Sub1 nằm nhiễm sắc thể số 9, phân lập từ giống lúa indica FR13A có nguồn gốc từ Ấn Độ Nhờ hoạt động gen Sub1 môi trường ngập kìm hãm phát triển thân để dự trữ hàm lượng cacbohydrat cung cấp lượng cho lúa sau nước rút, giúp lúa phục hồi nhanh chóng sau ngập úng [36] Trong đó, sinh trưởng sớm tỷ lệ nẩy mầm hai yếu tố để đánh giá mức độ chịu úng nẩy mầm lúa [27] Sự vươn dài mầm lúa điều kiện ngập úng thể rõ, nhiên chế gen liên quan đến trình khám phá nghiên cứu gần (Xu cs., 2006) [96] Khả chịu ngập lúa giai đoạn nảy mầm hay thoát ngập (submergence escape) tính trạng phức tạp, ảnh hưởng nhiều gen yếu tố môi trường Expansins đóng vai trò quan trọng vươn dài mầm yếm khí nhờ vào việc phát triển chiều rộng tế bào [21] EXPA7, EXPB12, EXPA2 EXPA4 xác định gen ứng cử viên liên quan đến vươn dài mầm yếm khí [45] Nhiều thay đổi chuyển hóa xảy trình nảy mầm sinh trưởng sớm điều kiện yếm khí, chức quan trọng trình lên men ethanol điều kiện ngập nước coi nhân tố để tái sinh NAD+ nhằm sản sinh lượng môi trường yếm khí thông qua đường phân, hay hô hấp yếm khí [35] Các trình thường liên quan đến hoạt động số gen ADH (alcohol dehydrogenase), ALDH2a (acetoaldehyde dehydrogenase) PDC (pyruvate decarboxylase) Sự biểu gen ADH1, ADH2 ALDH2a tăng điều kiện ngập hai loài phụ lúa indica japonica, gen ALDH2b không biểu Kết cho thấy biểu gen ADH1, ADH2 ALDH2a liên quan đến tính chịu ngập giai đoạn con, nhiên biểu gen định mức độ khác tính trạng sức sống chịu ngập giống/ kiểu gen cụ thể [92] Theo nghiên cứu Kato-Noguchi cs., 2001 [54], vươn thân liên quan chặt chẽ đến 18 tăng hoạt động gen ADH lúa giai đoạn thể loài phụ indica japonica Đồng phân ty thể gen ALDH2 mã hóa hai gen nhân hệ gen lúa Locus Sub1 đóng vai trò quan trọng chế chịu ngập lúa giai đoạn trưởng thành thông qua hạn chế tối thiểu vươn dài thân ức chế diệp lục Nhưng gen Sub1A tác dụng kìm hãm kéo dài thân lúa giai đoạn mạ ngập Kết nghiên cứu cho thấy lúa thể chế chịu ngập khác thời điểm sinh trưởng khác phản ứng với môi trường ngập [92] Ethylene có tác dụng kích thích kéo dài lóng thân thành lập mô dẫn khí rễ lúa [51; 67] Gần đây, phát về khả chịu ngập lúa phần lớn liên quan đến gene sản sinh ethylene trình ngập nước Sub1, SK1 SK2 [96; 37; 38; 41; 66] Khi lúa bị ngập làm kích thích hoạt động hai gene (SK1 SK2) dẫn đến ethylene tích tụ, giberelin tăng cường tổng hợp làm cho lúa vươn dài lóng Các chuyên gia cho tình trạng ngập xảy nhanh (10 - 14 ngày) gen Submergence (Sub1) giúp lúa chống chịu ngập, tình trạng ngập kéo dài cặp gene Snorkel (SK1) Snorkel (SK2) thể ưu giúp lúa thoát ngập Như vậy, gen Submergence Snorkel có vai trò quan trọng khả ứng dụng lớn chọn tạo giống lúa chịu ngập Ethylene liên quan đến hai phương thức chống chịu trì khả hô hấp yếm khí kích thích vươn lóng bị ngập 1.2.4 Phân loại giống lúa chịu ngập Theo nghiên cứu Tạ Hồng Lĩnh cs., 2015 [9] việc điều tra phân loại vùng trồng lúa gặp nhiều khó khăn tiêu chuẩn định danh chưa thống Thuật ngữ vùng sinh thái trồng lúa thay đổi nhiều lần Vì vậy, từ năm 1979 đến năm 1984, nhà khoa học Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 19 Bùi chí Bửu, Nguyễn Thị Lang (2003), Cơ sở di truyền tính chống chịu thiệt hại môi trường lúa NXB Nông nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang (1999), Di truyền phân tử - Những nguyên tắc chọn giống trồng, NXB Nông nghiệp, Hồ Chí Minh Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang (1995), Ứng dụng công nghệ sinh học cải tiến giống lúa, NXB Nông nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh Báo cáo kết thực kế hoạch tháng 12 năm 2014 ngành Nông nghiệp Phát triển Nông thôn.Bộ NN Phát triển Nông thôn, Trung tâm tin học thống kê Trang 4., năm 2014 Trần Văn Đạt (2005), Sản xuất lúa gạo giới: Hiện trạng khuynh hướng phát triển kỷ 21, NXB Nông nghiệp, TP Hồ Chí Minh Nguyễn Ngọc Đệ 2008 Giáo trình lúa Đại Học Cần Thơ Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Nguyễn Minh Hiền (2006), Phát Marker Microsatelites từ sở liệu trình tự ETS xoài, Luận văn thạc sỹ, Đại học Nông lâm TPHCM Hội nghị đánh giá hiệu sản xuất lúa gieo thẳng vụ Xuân năm 2011 Thông tin khuyến nông Quốc Gia, Bộ NN PTNT ngày 16/06/2011 Tạ Hồng Lĩnh( 2012), Nghiên cứu ứng dụng thị phân tử phương pháp lai trở lại cải tiến tính chịu ngập giống lúa Bắc Thơm OM6976, Luận án Tiến sỹ Nông nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 10 Trần Văn Minh (2004), Giáo trình lương thực, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 11 Lã Tuấn Nghĩa, Lê Thị Thu Trang, Lã Hoàng Anh, Đàm Thị Thu Hà, (2015), “Đánh giá chất lượng đa dạng di truyền số giống lúa địa phương Việt Nam”, Tạp chí Nông nghiệp & Phát triển nông thôn số 1/2015 12 Lã Tuấn Nghĩa cs (2000), “Đánh giá tính kháng QTL bệnh đạo ôn lúa”, Kết nghiên cứu khoa học 1999-2000, Viện Di truyền Nông nghiệp, NXB Nông nghiệp, Hà Nội 13 Lê Duy Thành, Tạ Toàn, Đỗ Lê Thăng Trần Văn Diễn (1995), Di truyền học, NXB Khoa học kỹ thuật 14 Lê Minh Phụng (1991), Nghiên cứu số đặc điểm sinh lý hoá sinhvà biện pháp kỹ thuật trồng giống lúa vùng nước sâu vụ mùa Hải Hưng, 20 15 Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, Hà Nội Trần Danh Sửu, Nguyễn Thị Lan Hoa cộng (2010), “ Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa nếp địa phương tỉnh đồng Bắc Bộ thị SSR” Kết nghiên cứu Khoa học Công nghệ 2006 – 2010 Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 16 Nguyễn Đức Thành, Trần Thị Lương, Lưu Minh Cúc, (2012) “ Phân tích quan hệ di truyền số giống lúa đặc sản, chất lượng, trồng phổ biến Việt Nam thị phân tử SSR”, Tạp chí sinh học, 35(3): 348-356 17 Khuất Hữu Trung, Nguyễn Thị Ly, Đặng Thị Thanh Hà, Nguyễn Minh Anh Tuấn (2012), “Nghiên cứu đa dạng di truyền tập đoàn lúa chất lượng địa Việt Nam thị phân tử SSR vi vệ tinh (Microsatellite)”, tạp chí Nông nghiệp PTNT, số 17 , trang 26-32 18 Phạm Thị Bé Tư, Bùi Thị Dương Khuyều, Nguyễn Thị Lang ,Celsa Quinio ,Bùi Chí Bửu (2008) “Phân tích đa dạng di truyền 90 giống lúa mùa địa phương lưu trữ ngân hàng gen Viện Lúa Đồng sông Cửu Long” , Tạp chí Nông nghiệp Phát triển Nông thôn số 4, tr12-18 19 Ngô Thị Hồng Tươi, Phạm Văn Cường, Nguyễn Văn Hoan (2014) “Phân tích đa dạng di truyền giống lúa cẩm thị phân tử”, Tạp chí Khoa học Phát triển 2014, tập 12, số 4: 485-494 Tiếng Anh 20 Abe, A; Takagi H; Fujibe T; Aya M; Kojima K; Sakakibara H; Uemura A; Matsuoka M; Terauchi R., 2012 “OsGA20ox1, a candidate gene for a major QTL controlling seedling vigor in rice” Theor Appl Genet 125(4): 647-57 21 Angaji SA, Septiningsih EM, Mackill DJ, et al “QTLs associated with tolerance of flooding during germination in rice (Oryza sativa L.)” Euphytica 2010;172:159_168 21 22 Angaji S Abdolhamid (2008), “ Mapping QTLs for submergence tolerance during germination in rice”, African Journal of Biotechnology Vol (15), pp 2551-2558, August, 2008 ISSN 1684–5315 23 Armstrong W., (1979) Aeration in higher plants Advance in Botanical Research 7:225–332 24 Ashwani Kumar Singh, Ravindra Kumar, Anupam Singh, Sangita Bansal, D Singh and Akash Tomar (2011) “Studies on Genetic Variability in Rice Using Molecular Markers” College of Biotechnology, S.V, 25 Brown S,M,, Kresovick S (1996), Molecular Characterzation for plant genetic resoures counses conservation, In: genome mapping in plants, pp:85-93 26 Cui, K.H., S.B Peng, Y.Z Xing, C.G Xu, S.B Yu and Q Zhang, (2002) “Molecular dissection of seedling-vigor and associated physiological traits in rice” Theor Appl Genet 105: 745-753 27 Cosgrove, D.J, (1999) Enzymes and other agents that enhance cell wall extensibility Annual Review of plant physiology and plant molecular biology 50: 391-417 28 Chang T.T., Vaughan D.A (1991), Manual of operations and procedures of the International genebank, IRRI 29 Cheng C.Y., Motohashi R., Suchimoto S.T., Fukuta Y., Ohtsubo H (2003), "Polyphyletic origin of cultivated rice: based on the interspersion pattern of SINEs", Mol Biol, (20), pp 67–75 30 Chu Hoang Lan , Chu Hoang Mau, Nguyen Tuan Anh (2011), “The diversity of some local upland rice cultivars in Northern of Vietnam”, International Conference on Life Science and Technology ,IPCBEE (3) IACSIT, Press, Singapore, pp:188192 31 32 Das, K.K., R.K Sarkar and A.M Ismail (2005) Elongation ability and nonstructural carbohydrate levels in relation to submergence tolerance in rice Plant Sci 168: 131-136 Dilday, R.H., M.A Mgonja, S.A Amonsilpa, F.C Collins and B.R Wells (1990) “Plant height versus mesocotyl and coleoptile elongation in rice: linkage or pleiotropism” Crop Sci 30: 815-818 22 33 De Leon, J.C., T Abe and T Sasahara, (2001) “Variations in morphophysiological traits relating to seedling vigor and heterosis in reciprocal crosses of rice” Breeding Science 51: 57-6 34 Dewoody J A., Honeycutt R L and Skow L C (1995), “Microsatellite markers in white-tailed deer”, J Heredity 86: 317-319 35 Fukao, T., and J Bailey-Serres, (2004) “Plant responses to hypoxia–is survival a balancing act” Trend in Plant Sci 9: 449-456 36 Fukao, T., and J Bailey-Serres, (2008) „Ethylene-A key regulator of submergence responses in rice‟‟ Plant Sci 175: 43-51 37 Fukao T and Bailey-Serres J.,( 2008), “Submergence tolerance conferred by Sub1A is mediated by SLR1 and SLRL1 restriction of gibberellin responses in rice” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 105: 16814–16819 38 Fukao T., Yeung E., and Bailey-Serres J., (2012), “The submergence tolerance gene, SUB1A,delays leaf senescence under prolonged darkness through hormonal regulation in rice”, Plant Physiology 160: 1795–1807 39 Gomez, K.A., and A.A Gomez, (1984) “Statistical procedures for agricultural research, 2nd edn” John Wiley and Sons, Inc Publishers Canada: 363-366 40 Grierson C S., Barnes S R., Chase M W.,Clarke M., Grierson D., Edwards K J.,Jellis G J., Jones D J., Knapp S., OldroydG., Poppy G., Temple P., Williams R., and Bastow R., (2011) “One hundred important questions facing plant science research” New Phytologist 192: 6–12 41 Hattori Y., Nagai K., Furukawa S., Song X J., Kawano R., Sakakibara H., Wu J., Matsumoto T., Yoshimura A., Kitano H., Matsuoka M., Mori H., and Ashikari M., (2009), “The ethylene response factors SNORKEL1 and SNORKEL2 allow rice to adapt to deep water”, Nature 460: 1026–1030 42 Hattori Y., Nagai K., and Ashikari M (2011), “Rice growth adapting to deepwater” Current Opinion in Plant Biology 14: 100–105 23 43 Hossain MZ, Rasul MG, Ali MS, et al (2007), “Molecular characterization and genetic diversity in fine grain and aromatic landraces of rice (Oryza sativa L.) using microsatellite markers” Bangladesh J Genet Plant Breed 2007;20:1- 10 44 Hossain MM, Islam MM, Hossain H, et al “Genetic diversity analysis of aromatic landraces of rice (Oryza sativa L.) by microsatellite” Genes Genomes Genomics 2012;6: 42- 47 45 Huang J; T Takano and S Akita., (2000) “Expression of α-expansin genes in young seedlings of rice” Planna 211: 467-473 46 Huang Z, T Yu, L Su, S.B Yu, Z.H Zhang, Y.G Zhu, 2004 “Identification of chromosome regions associated with seedling vigor in rice” Pubmed 31(6):596603 47 Huang SB, Greenway H, Colmer TD (2003), “Anoxia tolerance in rice seedlings: exogenous glucose improves growth of an anoxia- „intolerant‟, but not of a „tolerant‟ genotype” Journal of Experimental Botany 54: 2363–2373 48 Ismail, A.M., E.S Ella, G.S Vergara and D.J Mackill, (2009) “Mechanisms associated with tolerance to flooding during germination and early seedling growth in rice (Oryza sativa L.)” Ann Bot 103: 197-209 49 Jackson, M.B., and P.C Ram, (2003) “Physiological and molecular basis of susceptibility and tolerance of rice plants to complete submergence‟‟, Ann Bot 91: 227-241 50 Jain S., Jain R K and McCouch S R (2004), “Genetic analysis of Indian aromatic and quality rice (Oryza sativa L.) germplasm using panels of fluorescently-labeled microsatellite markers”, Theor Appl Genet 109(5): 965977 51 Justin S H F W and Armstrong W., (1991) “Evidence for the involvement of ethylene in aerenchyma formation in adventitious roots of rice (Oryza sativa)” New Phytologist 118: 49–62 52 Joshi S.P., Ranjekar P.K (1999), “Molecular markers in plant genome analysis”, Current science online 24 53 Kawano N, Ito O, Sakagami JI “Morphological and physiological responses of rice seedlings to complete submergence (flash flooding)”, Ann Bot 2009;103: 161-169 54 Kato-Noguchi H., (2001) “Submergence tolerance and ethanolic fermentation in rice coleoptiles” Plant Prod Sci 4: 62-65 55 Khush G (1997), "Origin, dispersal, cultivation and variation of rice", Plant Mo Biol, (35), pp 25-34 56 Kimura M (1983) “Rare variant alleles in the light of the neutral theory” Mol Biol Evol., (1),pp 84-93 57 Manangkil O E., Vu H T T., Yoshida S., Mori N and Nakamura C (2008) “A simple, rapid and reliable bioassay for evaluating seedling vigor under submergence in indica and japonica rice (Oryza sativa L.).” Euphytica 163: 267274 58 Manangkil O.E., H T T Vu, N Mori, S Yoshida, C Nakamura, (2012) “Mapping of quantitative trait loci controlling seedling vigor in rice (Oryza sativa L.) under submergence”, Euphytica DOI 10.1007/s10681-012-0857-z 59 Marilyn Warburton and Jose Crossa (2000), “Data Analysis in the CIMMYT Applied Biotechnology Center For Fingerprinting and Genetic Diversity Studies” CIMMYT 60 McCouch S.R., Leonid T., Xu Y., Lobos K.B., Clare K., Walton M., Fu B., Maghirang R., Li Z., Xing Y., Zhang Q., Kono I., Yano M., Fjellstrom R., DeClerck G., Schneider D.,Cartinhour S., Ware D., Stein L (2002) “Development and Mapping of 2240 New SSR for Rice (Oryza sativa L.)”, ADN Res, (9), pp.199-207 61 Miro B, Ismail AM (2013) “Tolerance of anaerobic conditions caused by flooding during germination and early growth in rice (Oryza sativa L.)” Front Plant Sci [Internet].[cited 2016 Apr 20];4:269 Available from: http://doi.org/10.3389/fpls.2013.00269 62 Nguyen Duy Bay, Nguyen H.T., Bui Chi Buu and Bui Ba Bong (2001), "Genetic 25 markers in genome research and plant breeding", Viện lúa Đồng Bằng sông Cửu Long, tr 44-58 63 Nguyen TTT, Nguyen TMN, Hoang HL, et al (2012) “Genetic diversity in Vietnamese upland rice germplasm revealed by SSR Markers” J Fac Agr Kyushu Univ 2012;57: 383- 391 64 Nguyen Duc Thanh, Nguyen Thi Kim Lien, Quach Thi Lien, Le Thi Bich Thuy, Tran Quoc Trong (2000), “Comparative study of genetic diversity of Vietnamese upland Rice using RAPD, SSR and AFLP markers” Advances in Natural Sciences 12 (3): 229-235 65 Nguyen Thi Lang, Nguyen Van Tao, Bui Chi Buu (2011), "Marker- assisted backrossing (MAB) for rice submegence tolerance in Mekong Delta", Omonrice (18), pp.11-21 66 Nagai K., Hattori E., and Ashikari M., (2010), “Stunt or elongate: Two opposite strategies by which rice adapts to floods”, Journal of Plant Research 123: 303– 309 67 Nishiuchi S., Yamauchi T., Takahashi H., Kotula L., Nakazono M., (2012) “Mechanisms for coping with submergence and waterlogging in rice.” Rice 5:2 68 Nilsen E T and Orcutt D M., (1996), “The Physiology of Plants under Stress” Volume 1: A biotic factors Wiley Publisher 69 Olufowote J.O, Y.Xu, X Chen, W.D Park, H.M Beachell R.H Dilday, M Goto and S.R McCouch (1997), “Comparative evaluation of withhin-cultivar variation of rice (oryza sativa L.) using microsatellite and RFLP markers”, Genome (38): 1170-1176 70 Pervaiz ZH, Rabbani MA, Pearce SR, et al “Determination of genetic variability of Asian rice (Oryza sativa L.) varieties using microsatellite markers” Afri J Biotech 2009;8:5641- 5651 71 Perata P, Alpi A “Plant responses to anaerobiosis” Plant Sci.1993;93:1_17 72 Ram PC, Singh BB, Singh AK, et al “Submergence tolerance in rainfed lowland rice: physiological basis and prospects for cultivar improvement through markeraided breeding”, Field Crops Res 2002;76:131_152 26 73 Raj Kumar Joshi, Enketeswara Subudhi, Basudeba Kar and Sanghamitra Nayak (2010) “Comparative genetic analysis of lowland rice cultivars of India using microsatellite markers” SAPIENCE RESEARCH LABS 74 Rohlf FJ (2000), NTSYS-pc: numerical taxonomy and multivariate analysis system Version 2.1 New York, NY: Exeter Publications; 75 Redona ED, Mackill DJ (1996) “Genetic variation for seedling vigour traits in rice” Crop Sci 1996;36:285 – 290 76 Rieu, I., S.M Cristescu, F.J.M Harren, W Huibers, L.A.C.J Voesenek, C Mariani and W.H Vriezen, (2005) “RP-ACS1, a flooding-induced 1aminocyclopropane-1-carboxylate synthase gene of Rumex palustris, is involved in rhythmic ethylene production”, J Exp Bot 56:841-849 77 Saghai Maroof MA, Soliman KM, Jorgensen RA, Allard RW (1984) “Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location , and population dynamics”, Proc Natl Acad Sci USA (81)pp: 8014-8018 78 Sairam R K., Kumutha D., Ezhilmathi K.,Deshmukh P S., and Srivastava G C.,(2008) “Physiology and biochemistry of waterlogging tolerance in plants” Biologia Plantarum 52: 401–412 79 Sadia Matin, M Ashrafuzzaman, Md Monirul Islam, Saif U Sikdar , Nayem Zobayer , (2012) “Molecular marker based (SSR) genetic diversity analysis in deep water rice germplasms of Bangladesh” ISSN: 2220-6655 (Print) 2222-5234 (Online) Vol 2, No 10(2), p 64-72 80 S.C Wong, P.H Yiu, S.T.W Bong, H.H Lee, P.N.P Neoh and A Rajan (2009), “Analysis of Sarawak Bario Rice Diversity Using Microsatellite Markers”, American Journal of Agricultural and Biological Sciences (4): 298-304 81 Setter TL, Laureles EV (1996) The beneficial effect of reduced elongation growth on submergence tolerance of rice Journal of Experimental Botany 47: 1551–1559 27 82 Setter TL, Ellis M, Laureles EV, Ella ES, Senadhira D, Mishra SB et al 1997 “Physiology and genetics of submergence tolerance in rice‟‟ Annals of Botany 79 (Suppl.): 67–77 83 Seyed Benyamin Dalirsefa, Andréia da Silva Meyer, Seyed Ziyaeddin Mirhoseini, (2009), “Comparison of similarity coefficients used for cluster analysis with amplified fragment length polymorphism markers in the silkworm, Bombyx mori”, Journal of Insect Science (9) pp:1-8 84 Smith J.S.C., Chin E.C.L., Shu H., Smith O.S., Wall S.J., Senior M.L., Mitchell S.E., Kresovich S.,Ziegle J (1997), “An evaluation of the utility of SSR loci as molecular markers in maize (Zeamays L.,): comparisons with data from RFLPs and pedigree”, Theor Appl Genet, (95), pp 163-173 85 Tamang BG, Fukao T (2012), “Plant adaptation to multiple stresses during submergence and following desubmergence” Int J Mol Sci 2015;16: 30164 30180 86 Tsuji, H., N Meguro, Y Suzuki, N Tsutsumi, A Hirai, M Nakazono, 2003b “Induction of mitochondrial aldehyde dehydrogenase by submergence facilitates oxidation of acetaldehyde during re-aeration in rice”, FEBS Lett 546: 369-373 87 Upadhyay P, Singh VK, Neeraja CN.(2011), “Identification of genotype specific alleles and molecular diversity assessment of popular rice (Oryza sativa L.) varieties of India” Int J Plant Breed Genet 2011;5:130-140 88 Vartapetian BB, M.J (1997), "Plant adaptations to anaerobic stress", 89 Voesenek LACJ, Colmer TD, Pierik R, Millenaar FF, Peeters AJM (2006) “Tansley review How plants cope with complete submergence” New Phytologist 170: 213–226 90 Vos P., R Hogers, M Bleeker, Reijans M et all (1995), "AFLP: a new technique for DNA fingerprinting", Nucleic Acids Research, 23, (11), pp 4407-4414 91 Victoria C.L, Darshan S Bar, Toshinori Abe, Edilberto D Redona (2007), “ Assessment of Genetic Diversity of Philippine Rice Cultivars Carring Good Quality trait using SSR marker”, Breeding Science (57) pp:263-270 28 92 Vu Thi Thu Hien Oliver E Manangkil, Naoki MORI, Shinya YOSHIDA, Chiharu NAKAMURA (2010), “Post-germination seedling vigor under submergence and submergence-induced SUB1A gene expression in indica and japonica rice (Oryza sativa L.)” Australian Journal of Crop Science (4), 264272 ISSN: 1835-2707 93 Vu Thi Thu Hien, Oliver E Manangkil, Naoki Mori, Shinya Yoshida, Chiharu Nakamura (2012), “Induction and repression of gene expression mediating ethylene biosynthesis and Sodium/Proton exchange in rice seedlings under submergence stresses” Biotechnology and Biotechnological Equipment 26(3), 2945-2951 ISSN: 1310-2818 94 Weir B.S (1996), Genetic data analysis II, 2nd ed, Sinauer Associates Inc, Sunderland, Massachusetts 95 Weising K., H Nybom et al (2005), DNA Fingerprinting in plant: Principles, methods and application- second editon, CRC Press-Taylor & Francis group 96 Xu, K., X Xu, T Fukao, P Canlas, R Maghirang-Rodriguez, S Heuer, A.M Ismail, J Bailey-Serres, P.C Ronald and D.J Mackill, (2006) “Sub1A is an ethylene-response-factor-like gene that confers submergence tolerance to rice” Nature 442: 705-708 97 Yamauchi M, Aragones DV, Casayuran PR, et al (2000), “Seedling establishment and grain yield of tropical rice sown in puddle soil”, Agronomy J 2000;92:275- 282 98 Yu GQ, Bao Y, Shi CH, et al (2005), “Genetic diversity and populationdifferentiation of Liaoning weedy rice detected by RAPD and SSR markers” Biochem Genet 2005;43: 261- 270 99 Zahida H., Pervaiz, Malik A., Rabbani, Stephen R., Pearce and Salman A., Malik (2009), “Determination of genetic variability of Asian rice (Oryza sativa L.) varieties using microsatellite markers”, African Journal of Biotechnology, (21), pp 5641-5651 90 29 100 Zhang Li-na, Cao Gui-lan, Han Long-zhi (2013 ), “Genetic Diversity of Rice Landraces from Lowland and Upland Accessions of China” 101 Zheng, Da-Li et al (2003), “Development of isogenic lines of morphological marker in Indica rice”, Acta Botanica Sinica, 45, (9), pp1116-1120 30 ... dạng di truyền tính chịu ngập lúa Việt Nam 26 1.5.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa Việt Nam 26 1.5.2 Nghiên cứu tính chịu ngập lúa Việt Nam 27 CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN... dụng thị phân tư SSR nghiên cứu đa dạng di truyền giống lúa chịu ngập 22 1.4.3 Ứng dụng thị phân tư SSR nghiên cứu xác định QTL/gene chịu ngập 24 1.5 Nghiên cứu đa dạng. .. chịu ngập quần thể giống lúa địa Việt Nam 40 3.1.2 Mối tương quan khả chịu ngập tỷ lệ phục hồi sau ngập giống lúa địa chịu ngập Việt Nam giai đoạn nảy mầm 43 3.2 Nghiên cứu đa