Luận án tiến sĩ nông nghiệp xác định các gen alen đặc thù liên quan đến sự phát triển bộ rễ của các

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

PHÙNG THỊ PHƯƠNG NHUNG

XÁC ĐỊNH CÁC GEN - ALEN ĐẶC THÙ LIÊN QUAN

ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BỘ RỄ CỦA

CÁC GIỐNG LÚA VIỆT NAM

LUҰN ỄN TIӂN SƬ

NHÀ XUҨT BҦN HӐC VIӊN NỌNG NGHIӊP - 2019

HϿC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

PHÙNG THӎ PHѬѪNG NHUNG

XÁC ĐỊNH CÁC GEN - ALEN ĐẶC THÙ

LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BỘ RỄ CỦA

CÁC GIỐNG LÚA VIỆT NAM

Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng

Mã số: 9 62 01 11

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Đỗ Năng Vịnh

GS.TS. Pascal Gantet

NHÀ XUҨT BҦN HӐC VIӊN NỌNG NGHIӊP - 2019

i

LӠI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên cӭu cӫa tôi, các kết quҧ nghiên

cӭu đѭợc trình bƠy trong luận án lƠ trung thực, khách quan vƠ chѭa từng đѭợc sử

dụng để bҧo vӋ bҩt kỳ hӑc vӏ nƠo.

Tôi xin cam đoan rằng mӑi sự giúp đỡ cho viӋc thực hiӋn luận án đƣ đѭợc

cám ѫn, các thông tin trích dẫn trong luận án nƠy đều đѭợc ghi rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày... tháng ... năm 2019

Tác giҧ luұn án

Phùng Thӏ Phѭѫng Nhung

ii

LӠI CҦM ѪN

Tác giҧ luận án xin trơn trӑng cҧm ѫn: Hӑc ViӋn Nông nghiӋp ViӋt Nam,

Ban Quҧn lý đƠo tҥo, Khoa Nông hӑc, Bộ môn Di truyền vƠ Chӑn giống cơy

trồng, Phòng thí nghiӋm trӑng điểm Công nghӋ tế bƠo thực vật, Phòng thí nghiӋm

liên kết ViӋt – Pháp (LMI – Rice) – ViӋn Di truyền Nông nghiӋp, Trung tơm TƠi

nguyên di truyền thực vật (PRC- ViӋt Nam), Trung tơm Hợp tác quốc tế nghiên

cӭu vƠ Phát triển nông nghiӋp bền vững (CIRAD - Pháp), đƣ tҥo điều kiӋn thuận

lợi cho tôi hoƠn thƠnh luận án nƠy.

Tôi xin cҧm ѫn Chѭѫng trình hӑc bổng GRiSP – IRRI, Trung tơm Hợp tác

quốc tế nghiên cӭu vƠ Phát triển nông nghiӋp bền vững (CIRAD - Pháp),ViӋn

Nghiên cӭu vì sự Phát triển (IRD – Pháp), đề tƠi "Nghiên cӭu chӭc năng gen quy

đӏnh phát triển bộ rӉ lúa, phục vụ chӑn tҥo giống lúa chӏu hҥn bằng công nghӋ

gen” thuộc "Chѭѫng trình trӑng điểm phát triển vƠ ӭng dụng công nghӋ sinh hӑc

trong lĩnh vực Nông nghiӋp vƠ PTNT đến năm 2020” - Bộ Nông nghiӋp vƠ Phát

triển nông thôn ViӋt Nam, đƣ tƠi trợ kinh phí cho các phần nghiên cӭu cӫa tôi.

Đặc biӋt tôi xin bƠy tỏ lòng biết ѫn sơu sắc tới GS.TS. Đỗ Năng Vӏnh,

GS.TS. Pascal Gantet, TS. Brigitte Courtois đƣ trực tiếp hѭớng dẫn vƠ giúp đỡ

tận tình trong quá trình hӑc tập, nghiên cӭu để tôi hoƠn thƠnh luận án nƠy.

Tôi xin chơn thƠnh cҧm ѫn: Các thầy cô, đồng nghiӋp đƣ quan tơm, giúp

đỡ, động viên vƠ đóng góp nhiều ý kiến cho viӋc hoƠn thƠnh luận án nƠy; Các

cộng tác viên, kỹ thuật viên, tҥi Phòng thí nghiӋm trӑng điểm Công nghӋ tế bƠo

thực vật, Phòng thí nghiӋm liên kết ViӋt- Pháp, ViӋn Di truyền Nông nghiӋp; Bộ

môn Quҧn lý Ngơn hƠng gen- Trung tơm TƠi nguyên di truyền thực vật; Phòng

Nghiên cӭu Di truyền – CIRAD – Pháp, đƣ giúp đỡ tôi trong quá trình lƠm thí

nghiӋm vƠ hoƠn thƠnh luận án nƠy; Các thƠnh viên trong gia đình, bҥn bè đƣ tҥo

điều kiӋn vƠ động viên tôi trong suốt quá trình thực hiӋn luận án nƠy.

Xin trơn trӑng cҧm ѫn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Tác giҧ luұn án

Phùng Thӏ Phѭѫng Nhung

iii

MӨC LӨC

Lӡi cam đoan .................................................................................................................... i

Lӡi cҧm ѫn ....................................................................................................................... ii

Mục lục ........................................................................................................................... iii

Danh mục chữ viết tắt ..................................................................................................... vi

Danh mục bҧng ............................................................................................................... ix

Danh mục hình .................................................................................................................. x

Trích yếu luận án ........................................................................................................... xii

Thesis abstract ............................................................................................................... xiv

Phҫn 1. Mӣ đҫu ............................................................................................................... 1

1.1. Tính cҩp thiết cӫa đề tƠi ........................................................................................ 1

1.2. Mục tiêu nghiên cӭu cӫa đề tƠi ............................................................................. 3

1.3. Phҥm vi nghiên cӭu .............................................................................................. 3

1.4. Những đóng góp mới cӫa đề tƠi ............................................................................ 4

1.5. Ý nghĩa khoa hӑc vƠ thực tiӉn cӫa đề tƠi .............................................................. 5

Phҫn 2. Tәng quan tƠi liӋu ............................................................................................. 6

2.1. Vai trò vƠ đặc điểm bộ rӉ ӣ lúa ............................................................................. 6

2.1.1. Vai trò cӫa bộ rӉ ӣ cơy lúa .................................................................................... 6

2.1.2. Đặc điểm cҩu trúc cӫa bộ rӉ lúa ............................................................................ 7

2.1.3. Đặc điểm phát triển cӫa bộ rӉ lúa ....................................................................... 10

2.2. QTLs vƠ Gen liên quan đến sự phát triển bộ rӉ lúa ............................................ 12

2.2.1. Các QTLs liên quan đến sự phát triển bộ rӉ lúa ................................................. 12

2.2.2. Các gen liên quan đến sự hình thƠnh vƠ phát triển bộ rӉ lúa .............................. 16

2.3. Nguyên lý vƠ ӭng dụng cӫa GBS ....................................................................... 24

2.3.1. Phѭѫng pháp giҧi trình tự NGS – nền tҧng cӫa GBS ......................................... 24

2.3.2. Nguyên lý cӫa phѭѫng pháp GBS ...................................................................... 28

2.3.3. Các ӭng dụng cӫa GBS trong chӑn giống cơy trồng .......................................... 33

2.4. Nguyên lý vƠ ӭng dụng cӫa GWAS ................................................................... 35

2.4.1. Nguyên lý ............................................................................................................ 35

2.4.2. GWAS lƠ một công cụ mới hữu hiӋu .................................................................. 36

2.4.3. Các bѭớc xơy dựng một nghiên cӭu GWAS ...................................................... 38

2.4.4. Ý nghĩa vƠ tiềm năng cӫa GWAS trong chӑn tҥo giống lúa ............................... 42

iv

2.5. Nguồn gen lúa vƠ tình hình nghiên cӭu rӉ lúa ӣ ViӋt Nam ................................ 44

2.5.1. Nguồn gen lúa ViӋt Nam .................................................................................... 44

2.5.2. Tình hình nghiên cӭu đặc điểm bộ rӉ lúa ӣ ViӋt Nam ........................................ 45

Phҫn 3. Vұt liӋu vƠ phѭѫng pháp nghiên cӭu ............................................................ 48

3.1. Đӏa điểm nghiên cӭu ........................................................................................... 48

3.2. Thӡi gian nghiên cӭu .......................................................................................... 48

3.3. Vật liӋu nghiên cӭu ............................................................................................. 49

3.4. Nội dung nghiên cӭu ........................................................................................... 49

3.5. Phѭѫng pháp nghiên cӭu .................................................................................... 51

3.5.1. Chiết tách ADN tổng số ...................................................................................... 51

3.5.2. Phơn tích đa dҥng di truyền bằng chӍ thӏ DArT .................................................. 51

3.5.3. Phơn tích kiểu gen thông qua giҧi trình tự (GBS) ............................................... 54

3.5.4. Phơn tích cҩu trúc di truyền cӫa tập đoƠn mẫu giống nghiên cӭu ...................... 54

3.5.5. Xác đӏnh mӭc độ phơn rƣ cӫa LD (Linkage Disequilibrium) ............................. 55

3.5.6. Đánh giá đặc điểm nông sinh hӑc ....................................................................... 56

3.5.7. Phѭѫng pháp đánh giá kiểu hình bộ rӉ ............................................................... 57

3.5.8. Lập bҧn đồ liên kết (GWAS) .............................................................................. 60

3.5.9. Phѭѫng pháp xác đӏnh các gen ӭng viên ............................................................ 61

Phҫn 4. KӃt quҧ vƠ thҧo luұn ....................................................................................... 62

4.1. Đặc điểm cӫa bộ sѭu tập giống lúa ..................................................................... 62

4.1.1. Đặc điểm thu đѭợc qua thông tin hồ sѫ mẫu giống ............................................ 62

4.1.2. Đặc điểm nông sinh hӑc cѫ bҧn .......................................................................... 63

4.2. Kết quҧ phơn tích đa dҥng di truyền với chӍ thӏ DArT ....................................... 68

4.2.1. Kết quҧ phơn tích đa hình vƠ cҩu trúc di truyền ...................................................... 68

4.2.2. Xơy dựng cơy phơn loҥi cho các giống lúa nghiên cӭu ...................................... 69

4.3. Kết quҧ phơn tích kiểu gen thông qua giҧi trình tự (GBS –Genotyping by

sequencing) ......................................................................................................... 72

4.3.1. Kết quҧ phơn tích đa hình vƠ cҩu trúc di truyền với SNPs marker ..................... 72

4.3.2. Đặc điểm cӫa các mẫu giống lúa trong các phơn nhóm khác nhau .................... 75

4.3.3. Kết quҧ phơn tích Linkage Disequilibrium (LD) ................................................ 82

4.4. Kết quҧ đánh giá kiểu hình các tính trҥng liên quan đến sự phát triển bộ rӉ

ӣ các mẫu giống nghiên cӭu ............................................................................... 86

v

4.4.1. Kết quҧ phơn tích phѭѫng sai vƠ các thống kê cѫ bҧn ........................................ 86

4.4.2. Kết quҧ phơn tích thƠnh phần chính .................................................................... 98

4.5. Kết quҧ phơn tích liên kết toƠn hӋ Gen (GWAS) ............................................. 101

4.5.1. Các QTLs liên kết với tính trҥng liên quan đến sự phát triển bộ rӉ .................. 101

4.5.2. Các gen ӭng viên liên quan đến đặc điểm phát triển bộ rӉ ............................... 114

4.5.3. Điểm đặc biӋt cӫa vùng QTLs liên kết với NCR trên NST số 11 .................... 120

Phҫn 5. KӃt luұn vƠ kiӃn nghӏ .................................................................................... 131

5.1. Kết luận ............................................................................................................. 131

5.2. Kiến nghӏ ........................................................................................................... 132

Danh sách các công trình liên quan đến luận án ........................................................... 133

TƠi liӋu tham khҧo ........................................................................................................ 134

Phụ lục .......................................................................................................................... 158

vi

DANH MӨC CHӲ VIӂT TҲT

Chӳ viӃt tҳt Chӳ viӃt đҫy đӫ TiӃng ViӋt

ADN Deoxyribonucleic acid Axit deoxyribonucleic

AFLP Amplified Fragment Length

Polymorphism

Đa hình độ dƠi các đoҥn nhơn

bҧn chӑn lӑc

ANOVA Analysis of Variance Phơn tích phѭѫng sai

bp Base pair 1bp = 1cặp nucleotide

CH Central Highlands Vùng Tơy Nguyên

Chr Chromosome NhiӉm sắc thể

cM Centimorgan Xen-ti-mooc-gan

CRL1 Crown Root Less 1 Đột biến gơy mҩt rӉ bҩt đӏnh ӣ

lúa

DAPC Discriminant Analysis of Principal

Components

Phơn tích phơn biӋt thƠnh phần

chính

DArT Driversity Array Technology Công nghӋ đa dҥng mҧng

DEPTH Deepest point reached by root Độ ăn sơu cӫa rӉ

DRP Deep Root Propotion Phần trăm khối lѭợng khô cӫa

phần rӉ ăn sơu

DRW Deep Root Weight Khối lѭợng khô phần rӉ ăn sơu

DW0020 Dry Weight of root part in the 00-

20 cm

Khối lѭợng khô cӫa phần rӉ từ

0 đến 20 cm

DW2040 Dry Weight of root part in the 20-

40 cm

Khối lѭợng khô cӫa phần rӉ từ

20 đến 40 cm

DW4060 Dry Weight of root part in the 40-

60 cm

Khối lѭợng khô cӫa phần rӉ từ

40 đến 60 cm

DWB60 Dry Weight of root part Below 60

cm

Khối lѭợng khô cӫa phần rӉ dƠi

hѫn 60 cm

FYPP Phytochrome associated

serine/threonine proteinphosphates

GA20oX Gibberelic acid 20 oxidase

GBS Genotyping By Sequencing Phơn tích kiểu gen thông qua

vii

giҧi trình tự

GLM General Linear Model Mô hình hồi quy tuyến tính

GWAS Genome-wide Association Studies Nghiên cӭu lập bҧn đồ liên kết

toƠn hӋ gen

IAA Auxin/ indole -3- acetic acid Auxin

IR Irrigated Canh tác chӫ động tѭới tiêu

kb Kilo base pair 1kb =1000 bp

LBD Lateral organ boundary domain

LD Linkage Disequilibrium Sự mҩt cơn bằng liên kết

LLGTH Longest Leaf Length Chiều dƠi thơn

MAF Minor Allele Frequence Alen có tần số nhỏ hѫn

Mb Megabase pair 1Mb = 1000 kb

MIF Mini Zinc Finger

MLM Mix Linear Model Mô hình hồi quy tuyến tính hỗn

hợp

MRD Mekong River Delta Đồng bằng sông Cửu Long

MRH Morphogenesis of Root Hair

MRL Maximum of Root Length Chiều dƠi rӉ tối đa

NCC North Central Coast Duyên hҧi Bắc Trung Bộ

NCR Number of Crown Root Số lѭợng rӉ bҩt đӏnh

NE Northeast Vùng Đông Bắc Bộ

NGS Next Generation Sequencing Công nghӋ giҧi trình tự thế hӋ

tiếp theo

NILs Near Isogenic Lines Dòng đẳng gen

NR_T Number of crown roor per Tiller Số rӉ bҩt đӏnh trung bình/nhánh

NW Northwest Vùng Tơy Bắc Bộ

PCA Principal Component Analysis Phơn tích thƠnh phần chính

PCR Polymerase Chain Reaction Kỹ thuật nhơn bҧn ADN

PDW Plant Dry Weight Khối lѭợng khô cӫa cơy

PHP Hypertext Preprocesser

PIC Polymorphism Information

Content

HƠm lѭợng thông tin đa hình

viii

PIN Pin- formed

PIP Plasma membrane Intrinsic Protein

PLAT Polycystin-1, Lipoxygenase,

Alpha-toxin and Triacylglycerol

QHB Quiescent Center homobox

QTLs Quantitative Trait Loci Locus tính trҥng số lѭợng

R_S Root – Shoot ratio Tỷ lӋ khối lѭợng khô giữa phần

rӉ vƠ phần thơn cơy

RAPD Radnom Amplified Polymophism

DNA

Đa hình các đoҥn ADN đѭợc

nhơn bҧn ngẫu nhiên

RDW Root Dry Weight Khối lѭợng khô cӫa phần rӉ

RFLP Restriction Fragment Length

Polymorphism

Đa hình độ dƠi các đoҥn cắt giới

hҥn

RID Root Initiation Defective

RILs Recombinant Inbred Lines Dòng tái tổ hợp

RL Rainfed Lowland Canh tác nѭớc trӡi ӣ vùng thҩp

RR Response Regulator Yếu tố điểu chӍnh phҧn ӭng

RRD Red River Delta Đồng bằng chơu thổ sông Hồng

SCC South Central Coast Duyên hҧi Nam Trung Bộ

SCR Scarecrow

SDW Shoot Dry Weight Khối lѭợng khô phần thơn cơy

SE Southeast Vùng Đông Nam Bộ

SHR Short Root

SNP Single Nucleotide Polymorphism Đa hình nucleotide đѫn

SNX Sorting nexin

SRP Shallow Root Propotion Phần trăm khối lѭợng khô cӫa

phần rӉ ăn nông

SSR Simple Sequence Repeats Đa hình các đoҥn lặp đѫn giҧn

THK Root Thickness Độ dƠy cӫa rӉ

TIL Number of Tiller Số nhánh

UP Upland Canh tác nѭѫng rẫy

WOX WUCHEL-related

ix

DANH MӨC BҦNG

TT Tên bҧng Trang

3.1. Các giống lúa đѭợc dùng để xơy dựng thѭ viӋn DArT markers ......................... 53

4.1. Phơn nhóm mẫu giống theo thӡi gian sinh trѭӣng .............................................. 64

4.2. Phơn nhóm mẫu giống theo số nhánh hữu hiӋu .................................................. 65

4.3. Đặc điểm hình dҥng hҥt cӫa các mẫu giống lúa ViӋt Nam trong bộ sѭu tập

giống nghiên cӭu ................................................................................................ 67

4.4. ChӍ số FST giữa các nhóm phụ vƠ mӭc ý nghĩa P-value ...................................... 75

4.5. Đặc điểm cӫa các phơn nhóm trong hai nhóm giống thuộc loƠi phụ indica

vƠ japonica .......................................................................................................... 81

4.6. Sự phơn rƣ cӫa LD trên 12 nhiӉm sắc thể trong nhóm giống indica vƠ

japonica .............................................................................................................. 83

4.7. Kết quҧ phơn tích ANOVA vƠ hӋ số di truyền theo nghĩa rộng cӫa các tính

trҥng nghiên cӭu ................................................................................................. 87

4.8. Các giá trӏ thống kê cѫ bҧn cӫa các tính trҥng liên quan đến đặc điểm phát

triển bộ rӉ ӣ các mẫu giống nghiên cӭu .............................................................. 88

4.9. Giá trӏ thống kê cѫ bҧn cӫa các tính trҥng nghiên cӭu theo 2 nhóm giống

indica (ind) vƠ japonica (jap) ............................................................................. 91

4.10. So sánh giá trӏ trung bình cӫa các tính trҥng giữa các phơn nhóm thuộc

nhóm giống indica vƠ japonica .......................................................................... 94

4.11. HӋ số tѭѫng quan giữa các tính trҥng theo dõi ӣ cҧ tập đoƠn vƠ riêng cho

từng nhóm giống indica vƠ japonica .................................................................. 95

4.12. Danh sách các QTLs đƣ xác đӏnh đѭợc với P-value < 1E-04 ӣ cҧ tập đoƠn

vƠ hai nhóm giống indica vƠ japonica .............................................................. 103

4.13. Các QTLs liên kết với nhiều hѫn một tính trҥng nghiên cӭu ӣ cҧ tập đoƠn

vƠ hai nhóm mẫu giống thuộc loƠi phụ indica vƠ japonica .............................. 112

4.14. Danh sách các gen ӭng viên đƣ đѭợc khẳng đӏnh về vai trò vƠ chӭc năng

đối với sự phát triển bộ rӉ ................................................................................. 116

4.15. Các giống lúa có kiểu hình tѭѫng phҧn vƠ haplotype khác biӋt tҥi vùng

QTLs liên kết chặt với tính trҥng NCR trên NST số 11 ................................... 123

4.16. Danh sách các gen nằm trong vùng QTLs liên kết chặt với tính trҥng NCR

trên NST số 11 .................................................................................................. 127

x

DANH MӨC HỊNH

TT Tên hình Trang

2.1. ThƠnh phần rӉ cҩu trúc nên bộ rӉ lúa .................................................................... 8

2.2. Cҩu trúc xuyên tơm cӫa rӉ lúa .............................................................................. 9

2.3. Tổ chӭc mô theo chiều dӑc vƠ mô hình phơn chia tế bƠo ӣ rӉ lúa ...................... 10

2.4. Số lѭợng QTLs liên kết với đặc điểm bộ rӉ ӣ lúa trên các vùng nhiӉm

sắc thể ................................................................................................................. 14

2.5. Các bѭớc giҧi trình tự theo phѭѫng pháp Sanger (a) vƠ NGS (b) ...................... 27

2.6. Các bѭớc chính trong quá trình thực hiӋn GBS .................................................. 29

2.7. So sánh phѭѫng pháp xác đӏnh QTLs truyền thống vƠ GWAS .......................... 35

3.1. Sѫ đồ tổng quát quá trình thực hiӋn các nội dung nghiên cӭu............................ 50

3.2. Sѫ đồ các bѭớc thực hiӋn phơn tích đa dҥng di truyền với DArT ...................... 52

3.3. Các chӍ tiêu vƠ vӏ trí thu thập số liӋu các tính trҥng liên quan đến sự phát

triển bộ rӉ cӫa các giống nghiên cӭu .................................................................. 59

4.1. Đặc điểm phơn bố cӫa 214 mẫu giống lúa ViӋt Nam sử dụng lƠm vật liӋu

nghiên cӭu ........................................................................................................... 63

4.2. Biểu đồ tần số phơn bố mẫu giống lúa theo chiều cao cơy ................................. 66

4.3. Tỷ lӋ vƠ số lѭợng các mẫu giống chia theo tính chҩt nội nhũ ............................ 67

4.4. ThƠnh phần genome cӫa các mẫu giống nghiên cӭu .......................................... 69

4.5. Cơy phơn loҥi di truyền cӫa 270 mẫu giống với 241 DArT marker ................... 70

4.6. Phơn bố cӫa GBS marker trên 12 nhiӉm sắc thể vƠ chӍ số đa hình (PIC)

cӫa chúng trong ma trận haplotype chuẩn bӏ cho GWAS ................................... 73

4.7. Các phơn nhóm trong nhóm mẫu giống thuộc loƠi phụ indica ........................... 77

4.8. Các phơn nhóm trong nhóm mẫu giống thuộc loƠi phụ japonica ....................... 80

4.9. Sự phơn rƣ LD theo khoҧng cách vật lý giữa các cặp marker trên 12 NST ӣ

nhóm giống indica .............................................................................................. 84

4.10. Sự phơn rƣ LD theo khoҧng cách vật lý giữa các cặp marker trên 12 NST ӣ

nhóm giống japonica .......................................................................................... 85

4.11. Hình ҧnh biểu diӉn mối tѭѫng quan giữa thơn vƠ rӉ cӫa các mẫu giống

trong tập đoƠn sử dụng phần mềm RASTA ........................................................ 89

4.12. Tần số phơn bố cӫa một số tính trҥng nghiên cӭu trong hai nhóm loƠi phụ

indica vƠ japonica ............................................................................................... 93

xi

4.13. Vòng tròn tѭѫng quan xơy dựng bằng phơn tích thƠnh phần chính (PCA)

cho các tính trҥng nghiên cӭu ............................................................................. 99

4.14. Phơn bố cӫa các giống lúa trong tập đoƠn nghiên cӭu trên mặt phẳng PCA

dựa trên dữ liӋu kiểu hình cӫa các tính trҥng nghiên cӭu ................................. 100

4.15. Hình biểu diӉn QQ-Plot cho cҧ tập đoƠn vƠ hai nhóm giống thuộc loƠi phụ

indica vƠ japonica ............................................................................................. 102

4.16. Manhattan Plot cӫa tính trҥng số lѭợng rӉ (NCR) ӣ cҧ tập đoƠn vƠ hai

nhóm mẫu giống thuộc loƠi phụ indica vƠ japonica ......................................... 108

4.17. Manhattan Plot cӫa tính trҥng độ dƠy rӉ (THK) ӣ cҧ tập đoƠn vƠ hai nhóm

mẫu giống thuộc loƠi phụ indica vƠ japonica ................................................... 109

4.18. Tỷ lӋ các dҥng alen ӣ các vӏ trí đánh dҩu xung quanh q45 ............................... 122

xii

TRệCH YӂU LUҰN ỄN

Tên Tác giҧ: Phùng Thӏ Phѭѫng Nhung

Tên Luұn án: “Xác đӏnh các gen-alen đặc thù liên quan đến sự phát triển bộ rӉ cӫa các

giống lúa ViӋt Nam”

Chuyên ngƠnh: Di truyền vƠ Chӑn giống cơy trồng Mƣ sӕ: 9 62 01 11

Tên cѫ sӣ đƠo tҥo: Hӑc viӋn Nông nghiӋp ViӋt Nam

Mөc đích vƠ đӕi tѭӧng nghiên cӭu cӫa luұn án

Mục đích nghiên cứu

- Lựa chӑn các mẫu giống phù hợp để phát triển bộ dữ liӋu kiểu gen vƠ dữ liӋu

kiểu hình phục vụ cho các nghiên cӭu GWAS thông qua hhҧo sát sự đa dҥng về đặc

điểm nông sinh hӑc cѫ bҧn vƠ di truyền cӫa một tập đoƠn các mẫu giống lúa ViӋt Nam,.

- Xơy dựng bộ dữ liӋu kiểu gen (haplotype) vƠ kiểu hình cӫa các tính trҥng chính

liên quan đến sự phát triển bộ rӉ cӫa các mẫu giống đѭợc chӑn, lƠm cѫ sӣ cho nghiên

cӭu GWAS.

- Sử dụng phѭѫng pháp GWAS để lập bҧn đồ liên kết toƠn hӋ gen, từ đó xác đӏnh

các QTLs vƠ các gen ӭng viên liên quan đến sự phát triển bộ rӉ cӫa một tập đoƠn giống

lúa ViӋt Nam.

Đối t˱ợng nghiên cứu

Đề tƠi đƣ khai thác sự đa dҥng di truyền cӫa lúa ViӋt Nam từ đó xác đӏnh các

QTLs/ gen ӭng viên liên quan đến sự phát triển bộ rӉ bằng phѭѫng pháp lập bҧn đồ liên

kết toƠn hӋ gen (GWAS – Genome wide Association Studies).

Phѭѫng pháp nghiên cӭu

- Các nội dung cӫa đề tƠi đƣ sử dụng nhiều phѭѫng pháp nghiên cӭu mới trong

phơn tích đa dҥng di truyền vƠ phơn tích hӋ gen nhѭ: phѭѫng pháp phơn tích đa dҥng với

chӍ thӏ DArT, phѭѫng pháp phơn tích kiểu gen thông qua giҧi trình tự (GBS), phѭѫng

pháp lập bҧn đồ liên kết toƠn hӋ gen (GWAS). Các thí nghiӋm đánh giá đặc điểm nông

sinh hӑc cѫ bҧn sử dụng phѭѫng pháp chuẩn cӫa IRRI (2002). Thí nghiӋm đánh giá

kiểu hình bộ rӉ sử dụng phѭѫng pháp ống rӉ cҧi tiến, ӣ cơy lúa 6 tuần tuổi.

- Các phần mềm đѭợc sử dụng trong nghiên cӭu gồm: DArTsoft 7.4, DArWin 5,

STRUCTURE; BEAGLE; TASSEL; R; RASTA; vƠ các phần mền hỗ trợ phơn tích

thống kê SAS 9.2; R; XLstat, Excel.

KӃt quҧ chính vƠ kӃt luұn

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đề tƠi đƣ khám phá ra các QTLs/ gen ӭng viên liên kết với các tính trҥng chính

đóng vai trò quan trӑng trong sự phát triển bộ rӉ ӣ một tập đoƠn nguồn gen lúa ViӋt

Nam. Kết quҧ nƠy lƠ cӣ sӣ thúc đẩy các nghiên cӭu tiếp theo nhằm lƠm rõ mҥng lѭới

xiii

các gen liên quan đến quá trình điều khiển sự phát sinh, phát triển bộ rӉ ӣ lúa. Hѫn nữa,

sự thƠnh công cӫa nghiên cӭu nƠy cho thҩy khҧ năng kết hợp hiӋu quҧ các kỹ thuật phơn

tích hӋ gen hiӋn đҥi trong phơn tích hӋ gen cơy trồng, góp phần thúc đẩy sự hiểu biết các

yếu tố di truyền liên quan đến các tính trҥng quan tơm, đặc biӋt có ý nghĩa cho cҧi tiến

giống cơy trồng, nhҩt lƠ trong bối cҧnh ҧnh hѭӣng sơu sắc vƠ phӭc tҥp cӫa BĐKH.

- Các kết quҧ trung gian cӫa đề tƠi nhѭ: thông tin về đặc điểm nông sinh hӑc cѫ

bҧn, đặc điểm đa dҥng di truyền vƠ cҩu trúc quần thể, đặc điểm phát triển bộ rӉ rҩt đa

dҥng cӫa các mẫu giống nghiên cӭu, lƠ các cѫ sӣ dữ liӋu có tính tham khҧo cao trong

các chѭѫng trình chӑn tҥo giống lúa ӣ ViӋt Nam, đặc biӋt lƠ các chѭѫng trình chӑn tҥo

cҧi tiến bộ rӉ lúa. Mặt khác bộ dữ liӋu đa hình kiểu gen với 25971 SNPs phơn bố trong

toƠn hӋ gen đƣ đѭợc công bố có thể đѭợc tiếp tục sử dụng để phát triển các nghiên cӭu

GWAS liên quan đến các tính trҥng nông sinh hӑc quan trӑng khác.

Kết luận

1) Đề tƠi đƣ đánh giá đѭợc sự đa dҥng về đặc điểm hình thái vƠ đặc điểm nông

sinh hӑc cѫ bҧn cӫa 270 mẫu giống lúa, trong đó có 214 mẫu giống lúa ViӋt Nam. Đồng

thӡi đánh giá đѭợc sự đa dҥng di truyền cӫa các mẫu giống lúa trên thông qua sử dụng

241 chӍ thӏ DArT. Từ kết quҧ đó xơy dựng đѭợc cơy phơn loҥi di truyền có cҩu trúc

lѭỡng cực, phơn các mẫu giống nghiên cӭu thƠnh các nhóm loƠi phụ khác nhau.

2) Kết quҧ về phơn tích kiểu gen thông qua giҧi trình tự (GBS) đƣ xơy dựng đѭợc

bộ dữ liӋu haplotype với 25971 chӍ thӏ cho đa hình cao, hƠm lѭợng thông tin đa hình

(PIC) trung bình đҥt 32,0%. Sử dụng số lѭợng lớn các chӍ thӏ SNPs trong bộ dữ liӋu nƠy

để phơn tích cҩu trúc vƠ đa dҥng di truyền cӫa nhóm giống indica, japonica ӣ ViӋt Nam

cho thҩy 114 mẫu giống lúa indica ViӋt Nam đѭợc phơn thƠnh 6 phơn nhóm từ I1 đến

I6, 62 mẫu giống japonica ViӋt Nam đѭợc phơn thƠnh 4 phơn nhóm từ J1 đến J4 với

những đặc điểm đặc trѭng riêng.

3) Kết quҧ đánh giá kiểu hình bộ rӉ đƣ xơy dựng đѭợc bộ dữ liӋu kiểu hình rӉ gồm

18 tính trҥng cӫa 194 mẫu giống lúa. Các mẫu giống đa dҥng về đặc điểm hình thái vƠ

cҩu trúc bộ rӉ, đặc biӋt lƠ các tính trҥng số lѭợng rӉ, độ dƠy rӉ, khối lѭợng khô cӫa rӉ ӣ

các tầng đҩt khác nhau, độ dƠi rӉ. Đặc biӋt đƣ xác đӏnh đѭợc một số giống lúa có bộ rӉ

dƠi vƠ dƠy thuộc phơn nhóm I3 có ý nghĩa trong chӑn giống nhѭ: Blề Blậu Chớ (G205),

Tẻ nѭѫng (G153), Khẩu Năm Rinh (G189), Khẩu Pe Lҥnh (G155).

4) Sử dụng phѭѫng pháp GWAS để lập bҧn đồ liên kết toƠn hӋ gen, nghiên cӭu đƣ

cung cҩp một danh sách gồm 88 QTLs liên kết với 18 tính trҥng nghiên cӭu, trong đó có

28 QTLs đồng thӡi liên kết với nhiều hѫn một tính trҥng, 33 QTLs nằm trong vùng trình

tự cӫa gen chӭc năng, 1 vùng QTLs liên kết chặt với tính trҥng số lѭợng rӉ (NCR) trên

NST số 11, vƠ 1 vùng QTLs liên kết chặt với độ dƠy rӉ (THK) trên NST số 2. Căn cӭ vӏ

trí cӫa QTLs, xác đӏnh đѭợc 889 gen ӭng viên, trong đó có 407 gen đƣ đѭợc xác đӏnh vƠ

phơn nhóm chӭc năng giҧ đӏnh, 24 gen trong số nƠy đƣ có các công bố chӭng minh chӭc

năng hóa sinh vƠ sinh hӑc liên quan đến sự phát triển bộ rӉ.