Luận án tiến sĩ: Phát hiện QTLs liên quan đến độ mẫn cảm Jasmonic Acid ảnh hưởng đến sự phát sinh rễ chùm cây lúa - Phạm Thị Thùy Dương (Học viện Khoa học và Công nghệ)

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Thị Thùy Dương PHÁT HIỆN CÁC QTLs LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ MẪN CẢM VỚI JASMONIC ACID, ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT SINH RỄ CHÙM CỦA CÂY LÚA BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT TOÀN HỆ GENE LUẬN VĂN THẠC SĨ: SINH HỌC THỰC NGHIỆM Hà Nội - 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Phạm Thị Thùy Dương PHÁT HIỆN CÁC QTLs LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ MẪN CẢM VỚI JASMONIC ACID, ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT SINH RỄ CHÙM CỦA CÂY LÚA BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT TOÀN HỆ GENE Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số : 8 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ : SINH HỌC THỰC NGHIỆM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Tô Thị Mai Hương Hà Nội - 2020 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Tô Thị Mai Hương. Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong luận văn là trung thực.

Kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã được công bố trước đó. Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Hà Nội, tháng năm 2020 Tác giả Phạm Thị Thùy Dương luan an LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Học viện Khoa học và Công nghệ các thầy giáo, cô giáo đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập và hoàn thành khóa học này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Tô Thị Mai Hương – Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.

Đề tài này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học và Công nghệ quốc gia (NAFOSTED) với mã số 106-NN. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp những người đã luôn bên cạnh, động viên, góp ý cho tôi trong suốt quá trình học tập. Hà Nội, tháng năm 2020 Tác giả Phạm Thị Thùy Dương luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích ký hiệu Tiếng Giải thích ký hiệu Tiếng Việt Anh AFLP Amplified Fragments Đa hình độ dài các đoạn nhân bản Length Polymorphism chọn lọc GBS Genotyping by Sequencing Xác định kiểu gen bằng giải trình tự GWAS Genome wide association Nghiên cứu liên kết toàn hệ gen studies JA Jasmonic Acid Axit Jasmonic J0 Non-treated with JA Không xử lý JA J1 Treated with JA Có xử lý JA LD Linkage Disequilibrium Sự mất cân bằng liên kết MAS Marker Assisted Selection Chỉ thị phân tử liên kết với tính trạng mục tiêu NCR Number of Crown Root Số lượng rễ bất định NGS Next Generation Công nghệ giải trình tự thế hệ mới Sequencing luan an PRC Plant Resources Center Trung tâm tài nguyên thực vật qPCR Quantitative polymerase Phản ứng chuỗi polymerase định chain reaction lượng QTL Quantitative Trait Loci Locus tính trạng số lượng RAPD Random Amplified Đa hình các đoạn ADN được nhân Polymorphic DNA bản ngẫu nhiên RTL Root Length Chiều dài rễ RTW Root Weight Khối lượng rễ SNP Single Nucleotide Các trình tự đa hình từng Polymorphisms nucleotide SSR Simple sequence repeats Đa hình các đoạn lặp đơn giản STS Sequence Tagged Sites Vùng được gắn thẻ theo trình tự TTW Total weight Tổng khối lượng luan an DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3. Danh sách chỉ thị phân tử đáng quan tâm của toàn bộ tập đoàn ở p- value < 1.

Danh sách các gen ứng cử viên. So sánh chuỗi gen đơn bội tại NST số 1 và sự khác biệt của SNP giữa 2 giống G99 và G207. 44 luan an DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Các mô-đun tín hiệu được điều chỉnh với JA liên quan đến phản ứng trong lúa.

Phân phối kiểu hình NCR của toàn bộ tập đoàn. Phân phối kiểu hình NCR ở nhóm lúa indica và japonica trên NCR dưới tác dụng của JA. Phân phối kiểu hình NCR ở các hệ sinh thái khác nhau. GWAS cho tác động của JA ngoại sinh với NCR của bộ sưu tập lúa Việt Nam.

So sánh kiểu hình giữa 2 giống G99 và G207. Dữ liệu biểu hiện gen dNCR3. So sánh biểu hiện của gen dNCR3 ở 2 giống G99 và G207 trong các mô khác nhau. So sánh biểu hiện của gen dNCR4 ở 2 giống G99 và G207 trong các mô khác nhau.

Dữ liệu biểu hiện gen dNCR10. So sánh biểu hiện của gen dNCR10 ở 2 giống G99 và G207 trong các mô khác nhau. So sánh biểu hiện gen dNCR1, dNCR2, dNCR5, dNCR6, dNCR7, dNCR11, dNCR12 giống G99 và G207 trên các mô (rễ, gốc rễ, lá) của cây. Phân tích tương quan giữa kiểu hình các giống lúa và kiểu gen đơn bội tại các vị trí chỉ thị phân tử có ý nghĩa.

55 luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. SƠ LƯỢC VỀ CÂY LÚA. Phân loại thực vật.

Giá trị của cây lúa. Tình hình sản xuất lúa tại Việt Nam. Đặc điểm của bộ rễ lúa. AN NINH LƯƠNG THỰC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN AN NINH LƯƠNG THỰC.

HOOC-MÔN THỰC VẬT AXIT JASMONIC. Vai trò của Axit jasmonic trong sự sinh trưởng phát triển của cây lúa. JA có vai trò quyết định trong sự phát triển của hoa và sinh sản của cây lúa. JA ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng sinh dưỡng.

JA có vai trò chính trong sự miễn dịch cây lúa đối phó với tấn công sinh học. JA đóng vai trò trong đối phó stress phi sinh học ở cây lúa. Vai trò của JA trong chống chịu mặn. Vai trò của JA trong chống chịu hạn.

Vai trò của JA trong chống chịu lạnh và đóng băng. Vai trò của JA trong sự thiếu hụt dinh dưỡng. 25 luan an CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

ĐIỀU KIỆN SINH TRƯỞNG. PHÂN TÍCH KIỂU HÌNH. PHÂN TÍCH KIỂU GEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI TRÌNH TỰ (GBS). PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LIÊN KẾT TOÀN HỆ GEN (GWAS).

PHÂN TÍCH CHỈ SỐ MẤT CÂN BẰNG LIÊN KẾT (LINKAGE DISEQUILIBRIUM). PHÂN TÍCH CẤU TRÚC QUẦN THỂ. SÀNG LỌC GEN ỨNG CỬ VIÊN. PHÂN TÍCH KIỂU GEN ĐƠN BỘI.

PHÂN LẬP RNA BẰNG TRIZOL. Thu thập và mài mẫu. Tổng hợp cDNA. Tiến hành qPCR.

PHÂN TÍCH THỐNG KÊ. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. PHÂN TÍCH KIỂU HÌNH VỀ SỰ THAY ĐỔI SỐ LƯỢNG RỄ CỦA CÁC GIỐNG LÚA TRONG ĐIỀU KIỆN XỬ LÝ AXIT JASMONIC NGOẠI BÀO. PHÂN TÍCH DI TRUYỀN LIÊN KẾT TOÀN HỆ GEN.

XÁC ĐỊNH CÁC GEN ỨNG CỬ VIÊN LIÊN QUAN ĐẾN SNP TỪ KẾT QUẢ GWAS. SO SÁNH KIỂU HÌNH VÀ KIỂU GEN ĐƠN BỘI Ở 2 GIỐNG G99 VÀ G207. PHÂN TÍCH BIỂU HIỆN CÁC GEN TRONG VÙNG NHIỄM SẮC THỂ SỐ 1 BẰNG qPCR. TƯƠNG QUAN GIỮA CHUỖI GEN ĐƠN BỘI VÀ KIỂU HÌNH CỦA CÁC QTL TRÊN NHIỄM SẮC THỂ SỐ 1.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 58 PHỤ LỤC luan an 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cây lúa (Oryza sativa L.) là loại cây có nguồn gốc nhiệt đới được trồng chủ yếu ở Châu Á, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam.

Lúa gạo là nguồn lương thực chủ yếu cung cấp cho hơn một nửa dân số thế giới [1]. Việt Nam là một nước nông nghiệp có truyền thống trồng lúa nước lâu đời, sản xuất lúa gắn liền với sự phát triển nông nghiệp của nước ta. Lúa gạo chiếm tới 90% sản lượng lương thực. Hiện nay hơn 60% dân số nước ta sống bằng nghề trồng lúa nên lúa không chỉ có ý nghĩa về mặt an ninh lương thực mà còn mang lại giá trị kinh tế cho người dân trồng.

Việt Nam có hai vùng trồng lúa chính là Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long. Mặc dù sản lượng lúa đã góp phần giải quyết một số vấn đề về an ninh lương thực, hạn chế chi phí nhập khẩu lúa gạo. Tuy nhiên, sản xuất lúa đang phải đối mặt với các yếu tố bất lợi như điều kiện thời tiết, khí hậu và sâu bệnh hại gây ảnh hưởng đến năng suất cũng như chất lượng lúa có nguy cơ gây mất an ninh lương thực. Việt Nam là một trong những nước chịu tác động mạnh của biến đổi khí hậu và nước biển dâng.

Hiện tại, biến đổi khí hậu làm gia tăng tần suất bão, các hiện tượng khí hậu cực đoan gây tổn thất cho nền nông nghiệp của Việt Nam. Ngập mặn ngày càng tăng, lấn sâu vào đất liền ở nhiều tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, lũ lụt ở miền Trung mọi năm đều gây mất mùa và làm giảm năng suất, chất lượng cây trồng đặc biệt là cây lúa, gây tác động lớn đến sản xuất nông nghiệp bền vững. Trong quá trình sinh trưởng, cây trồng luôn phải sống trong điều kiện bất lợi, cây trồng cũng tạo ra một hệ thống tự bảo vệ trước sự tấn công của sâu bệnh, chống chịu với tác động xấu của môi trường. Khi bị sâu bệnh tấn công, đa số các cây trồng đều có khả năng phản ứng bằng cách sinh ra các chất bảo vệ, gây độc cho kẻ tấn công.

Cách thức bảo vệ này được sinh ra từ hệ luan an 2 thống gọi là hệ thống miễn dịch tự nhiên của cây trồng. Axit Jasmonic là một trong các chất có khả năng kích hoạt các gen miễn dịch của thực vật. Từ nhiều năm trước, việc áp dụng kỹ thuật di truyền trong chọn tạo giống lúa đã được thực hiện bởi nhiều viện và trung tâm nghiên cứu nông nghiệp ở Việt Nam. Phòng thí nghiệm di truyền tế bào thực vật (Viện công nghệ sinh học, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã phát triển và áp dụng thành công các chỉ thị phân tử như RAPD, SSR, AFLP, STS trong nghiên cứu đa dạng di truyền trong lúa nương, cũng như đánh giá khả năng chịu hạn và chất lượng của chúng [2,3,4].

Họ đã phát triển thành công chỉ thị phân tử STSG20 để đánh giá khả năng chịu hạn ở lúa [2]. Trong một dự án hợp tác với quỹ Rockefeller (Mỹ), bản đồ di truyền phân tử được xây dựng dựa trên sự phân ly các chỉ thị phân tử SSR và AFLP trong quần thể tự phối giữa hai giống lúa cạn Việt Nam [2]. Ngoài ra, nhóm cũng đã xác định thành công một số các locus kiểm soát tính chịu hạn ở lúa cạn ở Việt Nam.