Luận án: Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm kháng rầy nâu bằng dấu phân tử SSR - TS Nguyễn Trí Yến Chi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN TRÍ YẾN CHI NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM (Oryza sativa L.) KHÁNG RẦY NÂU (Nilaparvata lugens Stal.) BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN TRÍ YẾN CHI NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM (Oryza sativa L.) KHÁNG RẦY NÂU (Nilaparvata lugens Stal.) BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs. TRƯƠNG TRỌNG NGÔN 2018 LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. Trương Trọng Ngôn - người hướng dẫn đề tài, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ, cung cấp tài liệu, kiến thức quý báo và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện đề tài. Xin gửi lời cám ơn đến Ban Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học đã cho phép, ủng hộ, tạo cơ hội cho tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án nghiên cứu sinh này.

Xin chân thành cảm ơn PGS. Trần Nhân Dũng đã tạo điều kiện và hổ trợ kinh phí cho quá trình nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn ThS. Hồ Quang Cua đã cung cấp hai giống lúa thơm ST5 và ST20 cho nghiên cứu.

Xin chân thành cảm ơn ThS. Trần Thị Xuân Mai đã giúp đỡ, chia sẽ kinh nghiệm và cho tôi những góp ý chân thành trong quá trình thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Pha, ThS.

Đỗ Tấn Khang, CN. Trần Văn Bé Năm - cán bộ phòng Thí nghiệm Sinh học Phân tử và các anh chị cán ộ của các ph ng th nghiệm của Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học đã chỉ dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện luận án. Xin chân thành cám ơn các ạn sinh viên các anh chị nghiên cứu sinh làm cùng phòng Thí nghiệm Sinh học Phân tử đã luôn giúp đỡ, chia sẻ buồn vui trong quá trình làm thí nghiệm. Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn đến gia đình, con vô cùng iết ơn đến bố mẹ đã nuôi dạy và luôn ở ên con, động viên, hỗ trợ con trong những lúc khó khăn vất vả.

Cám ơn chồng đã yêu thương, thông cảm, chia sẽ, an ủi, khích lệ tôi trong những lúc khó khăn khi thực hiện luận án, giúp tôi có thêm động lực để hoàn thành chương trình học và thực hiện luận án nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Trí Yến Chi i TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm Oryza sativa L. kháng rầy nâu (Nilaparvata lugenes Stal) bằng dấu phân tử SSR” được thực hiện tại nhà lưới và phòng thí nhiệm Sinh học Phân tử - Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Bộ môn Tài Nguyên Cây Trồng – Viện Nghiên cứu Phát triển Đồng bằng sông Cửu Long – Trường Đại học Cần Thơ, Bộ môn Bảo vệ Thực vật – Viện lúa Đồng bằng Sông Cửu Long từ tháng 7năm 2013 đến tháng 6 năm 2017. Đề tài đã ứng dụng phương pháp lai truyền thống là lai hồi giao kết hợp với dấu phân tử để tạo ra nguồn vật liệu phục vụ công tác chọn tạo giống lúa thơm (Oryza sativa L) kháng rầy nâu (Nilaparvata lugenes Stal) với mục tiêu chọn lọc được một hoặc hai dòng lúa có triển vọng để phát triển thành giống lúa thơm mang gen kháng rầy nâu.

Các thế hệ lai F1 và các dòng lai hồi giao được phát triển từ hai giống mang gen kháng rầy OM4103 (bph4 và Bph10), OM10043 ( bph4 và Bph18) và ba giống lúa thơm ST5, ST20 và VD20 bằng phương pháp lai hồi giao. Các giống bố mẹ, các quần thể lai đã được khảo sát bằng 4 mồi EAP, ESP, IFAP, INSP để xác định sự hiện diện của gene mùi thơm và sáu cặp mồi RM225, RM586, RM17, RM260, RM7376, RM3331 để xác định sự hiện diện của gen kháng rầy nâu ở các giống bố mẹ và các dòng phân ly ở các thế hệ lai hồi giao. Kết quả nghiên cứu tạo ra 6 tổ hợp lai hồi giao để tạo các dòng mới có mang gen thơm và kháng rầy nâu dựa vào dấu phân tử. Đã xác định được các dấu phân tử RM225 và RM586 nhận diện gen kháng bph4, dấu phân tử RM17 và RM260 nhận diện gen kháng Bph10, dấu phân tử RM7376 và RM3331 nhận diện gen kháng rầy nâu Bph18 có độ tin cây cao.

Chọn tạo được12 dòng lai hồi giao BC3F2 mang gen thơm và gen kháng rầy nâu, trong đó có 5 dòng mang gen thơm và hai gen kháng rầy nâu bph4, Bph10; 7 dòng mang gen thơm và hai gen kháng rầy nâu bph4, Bph18. Kết hợp đánh giá kiểu gen, kiểu hình và các đặc tính nông học đã chọn ra được 6/12 dòng có một số đặc tính nông sinh học tốt để khảo nghiệm ngoài đồng. Kết quả khảo nghiệm đã chọn được hai dòng B2-21 và D1-6 đáp ứng với mục tiêu đề ra, có thời gian sinh trưởng 97 ngày (dòng D1-6.18) và 103 ngày (dòng B2-21), năng suất đạt 7,16t/ha (dòng B2-21) và 6,48t/ha (dòng D1-6), hàm lượng amylose thấp hơn 20% (16,42% và 17,39% tương ứng với dòng B2-21 và D1-6), có phản ứng hơi kháng với rầy nâu. Từ khóa: dấu phân tử, hồi giao, lúa thơm, kháng rầy nâu.

ii ABSTRACT The research entitled “Study and selection aromatic rice verieties with brown planthopper resistance based on SSR marker” was carried out at (1) the Biotechnology Research and Development Insitute, (2) Cuu Long Delta Rice Research Insitute, (3) Mekong Delta Development Research Institute from July 2013 to June 2017. This study aims to select introgression rice lines for development of aromatic varieties with resistance to brown planthopper (BPH) by using marker-assisted backcrossing. F1 and backcross hybrids were derived from 2 paternal (OM4103 and OM10043) and 3 maternal (ST5, ST20 and VD20) varieties. These rice varieties/lines were tested for the presence of aromatic gene using 4 primers (EAP, ESP, IFAP and INSP) and of BPH-resistance gene by using six primer pairs (RM225, RM586, RM17, RM260, RM7376 and RM3331).

These results of experiment determinated the molecular markers of RM225 and RM586 linked with the bph4 resistant gene whilts molecular markes of RM17 and RM260 identified the Bph10 gene, and molecular markers of RM7376 and RM3331 identified the Bph18 gene with the high reliability. The result of genotypic evaluation had chosen five hybrids carrying the aromatically recessive gene and two BPH-resistant genes of bph4 and Bph10, and seven hybrid bringing the two BPH-resistant genes of bph4 and Bph18. Based on phenotypic and genotypic characterizations, 6 of the 12 lines showing good agronomic traits were further chosen for field evaluation. Under field conditions, two lines including B2-21.18 performing desirable characteristics, i., maturing in 97–103 days, grain yield of 6.16 tons/ha, amylose content of 16,42–17,39% and moderate resistance to BPH.

Keywords: aromatic rice, brown planthopper resistance, backcross, moclecular marker. iii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ---------------- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm Oryza sativa L. kháng rầy nâu (Nilaparvata lugenes Stal) bằng dấu phân tử SSR” được thực hiện bởi chính bản thân nghiên cứu sinh Nguyễn Trí Yến Chi với sự hướng dẫn của PGs. Trương Trọng Ngôn.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa ai công ố trong bất kỳ công trình nào Tác giả luận án Nguyễn Trí Yến Chi iv MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ. iii Trang cam kết kết quả. iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. ix DANH SÁCH BẢNG.

x DANH SÁCH HÌNH. xii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU.1 T nh cấp thiết của đề tài .3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn .4 Phạm vi nghiên cứu .5 Những đóng góp mới của luận án. 4 CHƢƠNG 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU .1 Nguồn gốc, phân loại và sự tiến hóa của các giống lúa .3 Sự tiến hóa của các giống lúa .2 Giới thiệu về các giống lúa thơm .3 Chọn tạo giống ằng phương pháp lai hồi giao kết hợp với dấu phân tử .1 Lai hồi giao .2 Phương pháp lai hồi giao có sự hổ trợ của dấu phân tử (Maker-Assisted Backcross Method – MABC) .3 Một số kết quả ứng dụng dấu phân tử trong chọn giống lúa thơm kháng ệnh.4 Tính trạng mùi thơm trên lúa.1 Những hợp chất tạo mùi thơm và sự biểu hiện của chúng trên các bộ phận của cây lúa .2 Gen quy định t nh trạng mùi thơm ở lúa .3 Di truyền t nh trạng mùi thơm trên lúa .1 Mùi thơm trên lúa do một gen kiểm soát .2 Mùi thơm trên cây lúa do đa gen kiểm soát .3 Phương pháp đánh giá mùi thơm từ những phần khác nhau của cây lúa. Kỹ thuật sinh học phân tử .5 Nghiên cứu về gen kháng rầy nâu và dấu phân tử liên kết với gen kháng rầy nâu trên lúa .1 Nguồn gốc và phân loại .2 Các kiểu sinh học (biotype) của rầy nâu .3 Đặc điểm truyền ệnh .4 Những nghiên cứu về gen kháng rầy trên lúa .5 Những nghiên cứu về giống lúa kháng rầy nâu .6 Năng suất cây lúa .1 Yếu tố cấu thành năng suất lúa .2 Sự tương quan giữa năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất lúa.7 Đặc t nh một số giống lúa làm nguyên liệu .2 Những đặc t nh chủ yếu .2 Những đặc t nh chủ yếu .2 Những đặc t nh chủ yếu .2 Những đặc t nh chủ yếu .2 Những đặc t nh chủ yếu.

41 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP .1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu .1 Địa điểm nghiên cứu .2 Thời gian nghiên cứu .2 Phương tiện nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên cứu .1 Nội dung 1: Lai các tổ hợp lai tạo d ng lúa mới theo mục tiêu .2 Nội dung 2: Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm và kháng rầy từ các thế hệ phân ly kết hợp với đánh giá kiểu hình để chọn dòng lúa mới theo mục tiêu .1 Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm và kháng rầy từ các thế hệ phân ly.2 Đánh giá kiểu hình .3 Nội dung 3: Khảo nghiệm các d ng lai ưu tú ở điều kiện đồng ruộng .1 Bố trí thí nghiệm.2 Ghi nhận chỉ tiêu .3 Đánh giá khả năng kháng rầy nâu trong điều kiện nhân tạo .4 Xử lý số liệu. 51 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .1 Kết quả lai các tổ hợp lai trong chọn giống lúa thơm kháng rầy nâu.2 Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm và gen kháng rầy nâu trên các dòng lai kết hợp với đánh giá kiểu hình .1 Kết quả ly trích ADN tổng số .2 Xác định sự hiện diện của gen thơm trên các giống bố mẹ và con lai .3 Xác định sự hiện diện của gen kháng rầy nâu trên các giống bố mẹ và con lai .