Luận án tiến sĩ: Nâng cao năng suất, chất lượng lúa kháng bệnh bạc lá bằng đột biến - TS. Nguyễn Thị Hồng (Viện KH Nông nghiệp Việt Nam)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --------------------***-------------------- NGUYỄN THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG MỘT SỐ DÒNG LÚA KHÁNG BỆNH BẠC LÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN VÀ CHỈ THỊ PHÂN TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --------------------***-------------------- NGUYỄN THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG MỘT SỐ DÒNG LÚA KHÁNG BỆNH BẠC LÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN VÀ CHỈ THỊ PHÂN TỬ Chuyên ngành : Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số : 9.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS. LÊ HUY HÀM HÀ NỘI – 2020 luan an i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này do tôi trực tiếp thực hiện; các kết quả đƣợc trình bày trong luận án là trung thực; khách quan và chƣa từng đƣợc công bố. Mọi sự hỗ trợ, giúp đỡ đều đã đƣợc gửi lời cảm ơn đầy đủ; các thông tin trích dẫn đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những điều cam đoan ở trên.

Hà Nội, ngày 12 tháng 03 năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Thị Hồng luan an ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, tôi xin đƣợc cảm ơn cơ sở đào tạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, với cơ vật chất hiện đại, đội ngũ cán bộ khoa học, giáo sƣ, phó giáo sƣ, tiến sỹ giỏi về chuyên môn cũng nhƣ tâm huyết với ngành nông nghiệp, đã tận tình đào tạo, hƣớng dẫn và giúp đỡ các cán bộ trẻ nhƣ tôi trên con đƣờng nghiên cứu. Đặc biệt, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. Lê Huy Hàm, ngƣời thầy đã định hƣớng cũng nhƣ hết lòng hƣớng dẫn, động viên, khuyến khích, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh cho tới nay. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS.

Võ Thị Minh Tuyển, Trƣởng Bộ môn Đột biến & Ƣu thế lai, đã luôn tạo điều kiện cũng nhƣ đƣa ra nhiều góp ý quý báu về lĩnh vực chọn giống lúa. Tôi xin cám ơn TS. Yoshikazu Tanaka, Trung tâm nghiên cứu Năng lƣợng Wakasa-wan, Fukui, Nhật Bản đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo các kiến thức chuyên môn thuộc lĩnh vực sinh học phân tử. Lời cảm ơn từ đáy lòng xin đƣợc gửi tới bạn bè, đồng nghiệp và ngƣời thân đã luôn ở bên động viên, sẻ chia mọi khó khăn cũng nhƣ hỗ trợ mọi mặt để tôi hoàn thành bản luận án này.

Luận án đƣợc thực hiện dựa trên đề tài KC.09/11-15 "Nghiên cứu kỹ thuật chiếu xạ tia gamma kết hợp với công nghệ sinh học tạo vật liệu khởi đầu cho chọn tạo giống lúa" của Bộ Khoa học & Công nghệ, do Viện Di truyền Nông nghiệp chủ trì; một phần đƣợc thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu Năng lƣợng Wakasa-wan, Fukui, Nhật Bản với sự tài trợ của Chƣơng trình học bổng “Fukui International Human Resourses Development Center For Atomic Energy (FIHRDC)/FY 2016. Tác giả xin đƣợc trân trọng cảm ơn! luan an iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU.

vi DANH MỤC BẢNG. vii DANH MỤC HÌNH. 4 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI. Đột biến trong nghiên cứu, chọn tạo giống cây trồng.

Phân loại các tác nhân gây đột biến. Bức xạ ion beam trong chọn tạo giống cây trồng. Thành tựu của chọn giống đột biến trên thế giới. Thành tựu của chọn giống đột biến trong nước.

Nguyên nhân và triệu chứng bệnh. Quy luật phát sinh, phát triển bệnh. Đặc điểm truyền lan và bảo tồn. Một số thống kê thiệt hại do bệnh bạc lá gây ra trên lúa.

Chỉ thị phân tử trong chọn giống đột biến. Chỉ thị phân tử và phân loại. Chỉ thị phân tử trong phân tích đa dạng di truyền. Chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa kháng bạc lá.

Một số gen quy định năng suất hạt. Một số gen quy định nên tính trạng hạt.37 luan an iv 1. Một số thông tin quan trọng và nhận xét rút ra từ tổng quan. 41 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Vật liệu nghiên cứu. Các chỉ thị phân tử. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá. Nội dung nghiên cứu.

Phƣơng pháp nghiên cứu. Phương pháp chọn giống đột biến (FAO/IAEA, 2011). Phương pháp đánh giá các dòng triển vọng. Phương pháp chỉ thị phân tử.

Phương pháp đánh giá nhân tạo bệnh bạc lá (JICA, 2003). KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Đánh giá, chọn lọc nguồn vật liệu khởi đầu. Tính kháng bạc lá của các dòng vật liệu.

Đặc điểm nông sinh học chính của dòng lúa vật liệu chiếu xạ. Tạo vật liệu khởi đầu ở lúa bằng chiếu xạ tia gamma. Ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót. Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến thế hệ M1.

Ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ đến thế hệ M2. Chọn dòng đột biến có ý nghĩa cho chọn giống. Chỉ thị phân tử trong nghiên cứu và chọn giống lúa đột biến. Chọn dòng lúa đột biến kháng bệnh bạc lá.

Nghiên cứu sai khác di truyền giữa các dòng lúa đột biến. Đánh giá một số dòng lúa đột biến kháng bệnh bạc lá có triển vọng. Đánh giá dòng lúa đột biến triển vọng từ chiếu xạ tia gamma. Đánh giá dòng lúa đột biến triển vọng D14 từ chiếu xạ ion beam.

96 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 107 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 108 luan an vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU ADN : Axit Deoxyribonucleic FAO : Food Agriculture Oganization FNCA: Forum of Nuclear Cooporative Asia HTX : Hợp tác xã IAEA : International Atomic Energy Agency IRRI : International Rice Research Institute JICA : Japan International Cooperation Agency MAS : Marker Assited Selection NST : Nhiễm sắc thể PCR : Polymerase Chain Reaction QTL : Quantitative Trait Locus EXON : Vùng mã hóa INTRON : Vùng không mã hóa CTPT : Chỉ thị phân tử NSLT : Năng suất lý thuyết NSTT : Năng suất thực thu luan an vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tác động của một số tác nhân gây đột biến khác nhau lên hệ gen của Arabidopsis Thaliana. Danh sách dòng NILs sử dụng cho nghiên cứu bệnh bạc lá.

CTPT liên kết gen kháng bạc lá sử dụng trong nghiên cứu. Thông tin các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá. Phân cấp chiều dài hạt gạo. Phân cấp hình dạng hạt gạo.

Thang điểm với từng chỉ tiêu hạt gạo. Xếp hạng chất lƣợng cảm quan của cơm. Phản ứng của các dòng vật liệu với bệnh bạc lá (vụ Mùa 2012, HTX Thƣợng Cát). Đặc điểm nông sinh học chính của dòng lúa vật liệu chiếu xạ (vụ Mùa 2012, HTX Thƣợng Cát ).

Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót ở thế hệ M1 khi chiếu xạ hạt khô. Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót ở thế hệ M1 khi chiếu xạ hạt ƣớt. Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến biến dị ở thế hệ M1 (vụ Mùa 2012, HTX Thƣợng Cát). Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến tần số đột biến một số tính trạng hình thái ở thế hệ M2 (vụ Xuân 2013, HTX Thƣợng Cát).

Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến tần số đột biến các yếu tố cấu thành năng suất ở thế hệ M2 (vụ Xuân 2013, HTX Thƣợng Cát). Chọn lọc đột biến có ý nghĩa qua các thế hệ. Đặc điểm chính của 52 dòng đột biến có ý nghĩa cho chọn giống (vụ xuân 2015, HTX Thƣợng Cát). 71 luan an viii Bảng 3.

Chọn lọc dòng đột biến mang gen kháng bệnh bạc lá. Phản ứng của gen kháng với vi khuẩn gây bệnh. Khả năng kháng/nhiễm bệnh bạc lá của các dòng đột biến (vụ Xuân 2014 HTX Thƣợng Cát). Các dòng lúa đột biến sử dụng trong phân tích sai khác di truyền bằng chỉ thị SSR.

Khảo sát các cặp mồi SSR với các nhóm lúa. Các chỉ tiêu về allele, chỉ số đa dạng PIC của các locus SSR đa hình nhận biết trên 41 dòng lúa Nhóm I. Các chỉ tiêu về allele, chỉ số đa dạng PIC của các locus SSR đa hình nhận biết trên 10 dòng lúa Nhóm II. Đặc điểm hình thái, nông sinh học của dòng đột biến triển vọng từ BT62.

Đặc điểm hình thái, nông sinh học của dòng đột biến triển vọng từ HC62. Năng suất thực thu các dòng đột biến triển vọng từ BT62. Năng suất thực thu các dòng đột biến triển vọng từ HC62. Chất lƣợng cơm các dòng lúa triển vọng từ chiếu xạ tia gamma.

Phản ứng của dòng lúa đột biến triển vọng D14 với ba chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá. Đặc điểm hình thái, nông sinh học của dòng lúa đột biến triển vọng D14 (vụ Mùa 2017). Năng suất thực thu dòng lúa đột biến triển vọng D14 (vụ Mùa 2017). Chất lƣợng gạo dòng lúa đột biến triển vọng D14.

102 luan an ix Bảng 3. Chất lƣợng cơm dòng lúa đột biến triển vọng D14. Phân tích sai khác trên vùng mã hóa của gen Ghd7. 106 luan an x DANH MỤC HÌNH Hình 3.

Kiểm tra gen Xa4 (a), Xa7 (b) và Xa21(c) dòng lúa vật liệu. Phản ứng của dòng lúa vật liệu với chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá (vụ Mùa 2013). Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến sinh trƣởng, phát triển và tỷ lệ sống sót giai đoạn mạ. Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót khi chiếu xạ hạt khô dòng BT62.

Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót khi chiếu xạ hạt khô dòng HC62. Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót khi chiếu xạ hạt ƣớt dòng BT62. Ảnh hƣởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót khi chiếu xạ hạt ƣớt dòng HC62. Một số đột biến ghi nhận ở các thế hệ.

Chọn lọc các dòng đột biến mang gen kháng Xa7 và Xa21. Phản ứng của các dòng đẳng gen với vi khuẩn gây bệnh bạc lá (chủng 3). Phản ứng của các dòng đột biến trên đồng ruộng. Sản phẩm PCR của các dòng đột biến nhóm I (a) và nhóm II (b) với chỉ thị SSR trên gel agarose 2,5%.

Mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa đột biến từ BT62. Mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa đột biến từ HC62. Kiểm tra gen kháng bạc lá dòng lúa đột biến triển vọng. 97 luan an xi Hình 3.