TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
—-o0o—-
GIỚI THIỆU QTL VÀ BẢN ĐỒ QTL VỀ DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU KHÔ HẠN
BÁO CÁO KHOA HỌC
Chuyên ngành CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Người hướng dẫn khoa học Những học viên triển khai
PGs. Ts.Nguyễn Thị Lang Trần Quang quẻ Thái Duy
Nguyễn Lê Anh Đào
Lê Kim Hiển
Nguyễn Văn Mít
Hồng Phúc Ngươn
NĂM 2010
MỤC LỤC
1. Ra mắt về QTL.. 3
1.1 Khái niệm. 3
1.2 Cơ sở di truyền về QTL.. 3
1.3 Map QTL.. 4
1.4 Marker phân tử trong lập map QTL.. 5
1.5 Tận dụng quần thể trong phân tích phối hợp QTL/marker. 6
1.6 Phương pháp tính để phát hiện sự phối hợp marker/QTL.. 7
1.7 Phân tích QTL.. 7
1.7.1 Những quy mô về di truyền số lượng. 8
a. Quy mô QTL đơn (single-QTL). 8
b. Quy mô “multiple-locus”. 9
1.7.2. Những phương pháp phân tích Marker. 9
a. Phương pháp phân tích marker đơn (SMA = single marker analysis). 9
b. Phương pháp SMA trong quần thể F2. 12
1.7.3 Phân tích QTL trên cơ sở map cách quãng (interval mapping). 13
a. Map cách quãng trong quần thể hồi giao (BC). 13
b. Map cách quãng trong quần thể F2. 15
1.7.4 Kỹ năng lý giải về thống kê sinh vật học của map QTL.. 15
2. Cơ sở di truyền tính chống chịu khô hạn. 18
2.1 Khô hạn. 18
2.2 Phương pháp phân tích về di truyền tính chống chịu khô hạn. 19
2.3 Xác định tính trạng thành phần trong chống chịu khô hạn. 20
3. Map QTL những tính trạng hình thái quan trọng của cây chống chịu khô hạn. 23
3.1 Map QTL so với tính trạng rễ lúa. 23
3.2 Map QTL so với tính trạng điều tiết áp suất thẩm thấu (OA). 25
3.3 Map QTL tính trạng thể hiện màu xanh của cao lương. 27
3.4 Map QTL so với những tính trạng hình thái quan trọng khác. 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 33
GIỚI THIỆU QTL VÀ BẢN ĐỒ QTL VỀ DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU KHÔ HẠN
1. Ra mắt về QTL
1.1 Khái niệm
Di truyền tính trạng số lượng QTL (Quantitative trait loci) là việc xác định của gen có tác động lên một tính trạng được tính toán trên một phạm vi số lượng.
Phụ thuộc vào công thức sau:
Phường= µ + G + e = µ + a +d + i + e
ü QT: Tính trạng số lượng (tính trạng trổ tài sự phân chia chuẩn chỉnh, liên tục trong quần thể lớn và chưa qua tuyển lựa nào).
ü Phường: Đánh Giá kiểu hình (sự tính toán hiệu suất cao của những cá thể).
ü G: Tác động kiểu gene (tác động của yếu tố di truyền, kiểm soát kiểu hình, được tính toán trải qua độ lệch với giá trị trung bình quần thể).
ü a: Tác động tính cộng (một phần của tác động môi trường thiên nhiên).
ü d: Độ lệch tính trội (tác động kiểu gene không hề có sự tham gia của [a], tác động tương tác giữa hai alen trong cùng locus).
ü i: Epistasis (tác động tương tác giữa 2, 3 hay nhiều loci).
ü e: Sai lệch trong liên kết [ Linkage disequilibrum] (những loci không thể phối hợp tình cờ để tiết ra sự tăng, hoặc giảm kiểu gene nào đó, do sự liên kết quá chặt hoặc yếu tố khác, so với trường hợp nó không liên kết. Mức độ sai lệch trong liên kết được xác định bằng mức độ liên kết, sự tuyển lựa,vv…).
1.2 Cơ sở di truyền về QTL
Ví dụ trong cặp lai : MMTT x mmtt
Trong số đó: M/m là hai alen của locus có tính chất marker
T/t là hai alen của QTL.
Mọi người giả thiết rằng có một giá trị liên kết r giữa M và T trên thể nhiễm sắc chúng hiện hữu. Trong F2, nếu r = 0.5, thì sẽ được một tái tổng hợp tự do [free recombination]. Tất cả những kiểu gene của F2 đều hoàn toàn có thể xuất hiện theo tỷ trọng mong muốn.
Nếu r = 0 thì MMTT= 0,25; MmTt = 0,50; Mmtt = 0,25
Do đó sự phân loại những alen có tính chất marker sẽ tiết ra thành quả phân loại QTL alen, và hiệu số giữa những giá trị trung bình những lớp sẽ là: Mm-mm=2a(1-2r). Kỹ năng tìm hiểu sự phối hợp QTL/marker tùy thuộc vào cả hai giá trị r và a.
1.3 Map QTL
Map QTL (quantitative trait loci) được ứng dụng trong trường hợp những tính trạng tiềm năng do đa gen tinh chỉnh (ví dụ như tính chống chịu mặn). Di truyền số lượng truyền thống lịch sử không thể phát hiện QTL trên những loci riêng lẻ gắn với tính trạng số lượng đang phân tích, vị trí của nó trên thể nhiễm sắc và liên kết của nó với những gen khác. Map di truyền phân tử với tỷ lệ cao số lượng marker phủ trên toàn bộ nhiễm thể trong genome cây trồng sẽ hỗ trợ cho mọi người phương tiện có kĩ năng phân tích tính trạng di truyền số lượng phức tạp, xác định gen trên những nhiễm thể, và xác định những gen tiềm năng liên kết với gen khác.
Tiềm năng cơ bạn dạng của map QTL là tìm hiểu cơ sở di truyền của những tính trạng số lượng bằng phương pháp xác định số lượng, những vị trí, những tác động của gen, và hoạt động và sinh hoạt của những loci bao gồm tất cả tương tác gen (epistasis) và tương tác QTL x E (môi trường thiên nhiên). Một mục tiêu khác của map QTL là xác định những marker mang ý nghĩa chẩn đoán so với những kiểu hình đặc thù nào đó, sao cho việc ứng dụng MAS trở thành có hiệu qủa, phục vụ yêu cầu chọn dòng (giống) chống chịu khô hạn, chống chịu mặn, v.v.. Tiềm năng lâu dài của thí nghiệm về map QTL là “cloning” những gen tinh chỉnh tính trạng số lượng vô cùng phức tạp, trải qua tiếp cận kỹ thuật “map-based cloning” (Li 1999).
Nguyên tắc lập map QTL với marker phân tử DNA là phát hiện cho được những phối hợp giữa marker và tính trạng trên cơ sở liên kết gen, trải qua những phương pháp sắp xếp thí nghiệm và phương pháp phân tích thống kê đúng mực. Quần thể phục vụ cho những yêu cầu như vậy thường là: F2, hồi giao (BC), đơn bội kép (DH), hoặc cận giao tái tổng hợp (RIL) từ một tổng hợp lai giữa hai dòng cận giao, phân ly những tính trạng số lượng tiềm năng và nhiều marker kèm theo theo. Quần thể này phải được nhận xét kiểu hình rất khá đầy đủ, và được nhận xét kiểu gen trải qua map liên kết gen với tỷ lệ marker phủ trên nhiễm thể dày đặc.
Những phương pháp phân tích thống kê phải thỏa mãn nhu cầu yêu cầu đúng mực, đáng tin cậy, thông quan phân tích từng marker đơn, phân tích map cách quãng, và quy mô tuyến tính.
Cho tới nay, người ta biết rằng QTL tác động nhiều tính trạng nông học quan trọng. Những QTL này đóng vai trò tác động chính (tính cộng và/hoặc tính trội), chúng được tìm thấy trải qua quy mô “main-effect QTL” được mô tả bởi Lander và Botstein (1989), Zeng (1994), Li (1999).
Quy mô “main-effect QTL” có những điểm sáng cơ bạn dạng như sau:
ü Những gen chủ lực phải có tác động đến tính trạng di truyền cao, chúng được xem như những QTL có tác động lớn (giá trị LOD score phải lớn) và có tính chất xác định rõ ràng trải qua quần thể và môi trường thiên nhiên
ü Những QTL mẫu phải có tác động chính khá nhỏ và đại diện thay mặt cho hơn 80% loci được trao dạng trong genome cây trồng
ü Những thí nghiệm MAS so với nội dung chuyển những QTL mong muốn để nâng cấp tính trạng số lượng phải được triển khai với sự thận trọng nhất định. Cũng chính vì tương tác giữa QTL với môi trường thiên nhiên, hiện tượng lạ epistasis càng phải được lý giải
Hiện tượng lạ epistasis và sự kiểm soát biến dị di truyền đã được đề cập trong những quy mô nâng cấp. Ngoài ra tương tác QTL x E cũng đuợc thảo luận.
1.4 Marker phân tử trong lập map QTL
Những loại marker phân tử chính thường được tận dụng là:
ü RFLP là marker có tính chất đồng trội (co-dominant) và rất rất đáng tin cậy. Kỹ thuật này tận dụng cDNA hoặc thể probe, được khắc ghi bằng phóng xạ, và sự phân cắt hạn chế của enzyme
ü RAPD là một dạng marker DNA được sản sinh nhờ kỹ thuật PCR. Mức độ khuếch đại cao từ một cặp mồi giản dị, ngắn, được thiết kế tình cờ (10 mer). Đấy là marker có tính trội (dominant) và mức độ tin cậy thấp
ü STS là marker được thiết kế từ chuỗi ký tự của RFLP (20-24 mer), có tính chất đồng trội, được sản sinh nhờ kỹ thuật PCR, nhiều khi nó cũng trổ tài tính trội. Đấy là phương pháp hoàn toàn có thể phải tận dụng enzyme phân cắt trong trường hợp sự đa hình khôngthể hiện rõ. Kết qủa có độ tin cậy tốt.
ü Microsatellite hoặc SSR là marker được thiết kế từ những vệ tinh có chuỗi ký tự giản đơn, lập lại nhiều lần. Cặp mồi được thiết kế từ trước và sau những vệ tinh như vậy. marker có tính chất đồng trội, mức độ tin cậy cao, kĩ năng dò tìm đa hình khá nhạy. Do đó, nó đã nhanh gọn thay thế RFLP và RAPD với những mô típ “di-nucleotide” hoặc “tri-nucleotide” (GA, GT, CAT, CTT) trong genome cây lúa
ü AFLP là một dạng trong những marker dựa trên cơ sở PCR, theo cái cách tuyển lựa của hai “adaptor” (là những enzyme phân cắt hạn chế). Nó phối hợp cả hai tính chất của RFLP và RAPD, nên có kĩ năng phát hiện đa hình rất tốt. Nhưng nó thường có tính chất trội (dominant) nên gặp hạn chế khi trổ tài alen lặn
Những marker phân tử nói trên đều hoàn toàn có thể được ứng dụng trong map QTL để phân tích tính chống chịu khô hạn của genome cây lúa. Hướng ưu tiên hiện nay được người ta quan tâm là tận dụng microsatellite (SSR).
1.5 Tận dụng quần thể trong phân tích phối hợp QTL/marker
Bất kể cấu trúc quần thể nào thì cũng hoàn toàn có thể tận dụng phân tích phối hợp QTL /marker. Loại quần thể thường được tận dụng là:
ü Cây F2 của tổng hợp lai giữa hai đồng hợp tử
ü Dòng F3 của những cá thể F2
ü BC1
ü Dòng đơn bội kép [DH]
Mô hình khác ví như: tổng hợp lai/quần thể cũng hoàn toàn có thể được tận dụng. Người ta dùng lai diallel để lập map có tính chất ưu thế lai[dị hợp tử ]. Lai thử nghiệm [testcross] cũng khá được khuyến nghị. Con lai từ những cặp lai của một quần thể [diallel] cho tới con lai đã ổn định sau quy trình cận giao đã được phân tích.
Quy mô quần thể cũng phải đủ lớn. Mọi người phải gặp những trở ngại về sau:
ü Quần thể càng lớn, giá thành càng đắt, ví dụ quần thể DH.
ü giá thành để tính toán giá trị kiểu hình.
ü giá thành để tính toán kiểu gene.
Theo những phân tích gần đây, người ta tận dụng những quần thể có quy mô từ 150 đến 300 cá thể .Tuy nhiên theo Stubber và ctv.(1992) đã nhận định rằng quy mô quần thể nhỏ sẽ không còn mang lại thành quả đúng mực,và không đủ nhập cuộc để xác định QTL.Tiêu chuẩn chỉnh IRRI hiện nay là 200-300 cá thể của F2 và quần thể RI. Muốn có map marker tốt ,và tránh hiện tượng lạ liên kết giả (pseudo linkage ) mọi người phải có một quần thể không sai lệch quá quắt với phụ huynh.
1.6 Phương pháp tính để phát hiện sự phối hợp marker/QTL
Những phương pháp về sau dùng để làm phát hiện sự phối hợp marker/QTL
ü Phân tích tuyến tính dạng đơn
ü ANOVA một chiều
ü Phân tích trên cơ sở tính trạng [trait-based analysis]
ü Lập map cách quãng QTL(interval mapping)
ü Kiểm tra phương trình dự đoán đa biến
ü Tính toán epistasis
1.7 Phân tích QTL
Phần lớn những tính trạng chống chịu với nhập cuộc bất lợi do môi trường thiên nhiên là tính trạng di truyền số lượng. Do đó, phân tích những loci của tính trạng số lượng QTL (quantitative trait locus-số ít, quantitative trait loci-số nhiều) đã được phát triển với nhiều quy mô nhằm mục đích thỏa mãn nhu cầu yêu cầu phân tích (Liu 1998).
Tính trạng số lượng được khái niệm một kiểu kinh điển là tính trạng có phân chia liên tục (continuous distribution), tính trạng này được tinh chỉnh bởi nhiều gen, mỗi gen có một tác động nhỏ so với tính trạng tiềm năng.
Map QTL bao gồm tất cả kiến trúc của những map genome và tìm kiếm quan hệ giữa tính trạng với những marker đa hình, minh chứng một QTL xác định kề cận những marker. Di truyền tính trạng số lượng rất phức tạp do với tính trạng đơn gen trong di truyền Mendel, cũng chính vì nó còn chịu sự tác động rất mạnh của môi trường thiên nhiên.
List những tài liệu tìm hiểu thêm về map QTL hiện nay khá phong phú, nhất là công trình xây dựng của:
ü Lander và Schork (1994)
ü Lander và Zheng (1994)
ü Stuber và ctv. (1992)
ü Tanksley (1993)
ü Weller (1998)
Những tác giả đã tận dụng phép thử T (t-test), phương trình tuyến tính, phương trình đa tuyến, phương trình phi tuyến tính và phép thử cách quãng để xây dựng quy mô.
Thành tựu nổi trội là ứng dụng MAPMARKER/QTL của Lander và ctv (1987) QTLSTAT của Liu và Knapp (1992), QGENE của Tanksley và Nelson (1996) đã hỗ trợ cho việc phân tích phân tích QTL được diễn giải một kiểu rõ ràng hơn
Bảng 1: Danh mục những “computer software” liên quan đến phân tích và lập map QTL […]
1.7.1 Những quy mô về di truyền số lượng
a. Quy mô QTL đơn (single-QTL)
Một trong những tiềm năng của map QTL là tìm kiếm trong toàn bộ genome nơi xác định của gen tiềm năng trải qua một trắc nghiệm giả thiết so với một marker đơn hoặc một vị trí nhất định. Tiếp theo, người ta sẽ xây dựng dựng nó một model có tính chất “đa QTL” (multiple QTL).
Bảng 2: Quy mô QTL đơn trong quần thể hồi giao (backcross) và F2, nQQ, nQq, và nqq biểu thị kiểu gen của QQ, Qq, và qq
Như vậy, tác động tính cộng (a) và tác động tính trội (d) đã được biểu thị trong bảng 2 trong quy mô quần thể phân ly F2, và giá trị di truyền trong quần thể hồi giao, với những tác động như sau: tác động chính, tác động tương tác 2D, 3D, 4D và tương tác “i-way”.
b. Quy mô “multiple-locus”
Quy mô di truyền tính trạng số lượng được khái niệm theo số gen, những tác động của gen, tần suất gen, tương tác giữa những gen, tương tác giữa gen x môi trường thiên nhiên.
Giả thiết có n gen tinh chỉnh một tính trạng số lượng nào đó. Hãy xem xét quần thể F2, những tác động di truyền hoàn toàn có thể xẩy ra: tác động chính, tác động tương tác 2D, 3D, 4D và tương tác “i-way”. Sau cùng là tác động tổng quát.
Bảng 3: Những hệ số thuộc biến số Dummy và tác động của gen
1.7.2. Những phương pháp phân tích Marker
a. Phương pháp phân tích marker đơn (SMA = single marker analysis)
Ứng dụng nguyên tắc trong phân tích liên kết gen, mọi người hoàn toàn có thể xác định phương thức của tính chất di truyền marker và vị trí mà nó hiện hữu trong genome
ü Gen tinh chỉnh tính trạng số lượng hoàn toàn có thể được lập map tương tự map di truyền của marker
ü Khi những marker phủ trên một đoạn khá lớn của genome, nó sẽ tiết ra kĩ năng rất tốt để mọi người tìm ra những gen tinh chỉnh tính trạng số lượng.
ü Nếu những gen và những marker đồng phân ly trong một quần thể di truyền, tương quan liên kết giữa chúng hoàn toàn có thể được phát hiện.
Phương pháp phân tích marker đơn là một bước khởi đầu, không những chỉ ra map QTL, mà còn phân tích được rõ ràng những số liệu.
Những tìm hiểu thứ nhất của quy mô được địa thế căn cứ trên hàm tuyến tính
Yj = μ+ f(marker j) + εj
Trong số đó: Yj là giá trị của tính trạng so với cá thể thứ j
μ là giá trị trung bình của quần thể
f (marker j) là hàm số của kiểu gen marker
εj là sai số.
Ví dụ như một gen Q xác định gần marker A và tính trạng tiềm năng được tinh chỉnh bởi gen Q hoàn toàn có thể được mô phỏng trải qua marker A.
Yj = μ + f (A) + εj
Bài toán là trả lời “xác suất tin cậy được” của f (A) có chứa giá trị di truyền của kiểu gen Q và giá trị liên kết giữa A và Q
Phương pháp SMA hoàn toàn có thể được triển khai dưới dạng
ü Phép thử t giản dị
ü Phân tích phương sai
ü Phương trình tuyến tính
ü Phép thử tỉ trọng mô phỏng và ước đoán mô phỏng tối đa
Phương pháp SMA rất giản dị trong phân tích số liệu và triển khai công việc tính toán, người ta hoàn toàn có thể tận dụng ứng dụng SAS để thiết lập quy mô.
- SMA trên quần thể hồi giao
Hình 1: Con lai hồi giao trong SMA
- Phân tích phương sai trong quần thể hồi giao
Bảng 4: Phân tích phương sai SMA tiêu biểu
Phép thử F = MSM / MSG(M)
- Phối hợp hiện tượng lạ phân ly của QTL và marker
Bảng 5: Tần suất kiểu gen QTL kỳ vọng xác định kế cận marker trong quần thể hồi giao, không hề có hiện tượng lạ quấn chéo cánh (Liu 1998)
- Phép thử t giản dị trong quần thể hồi giao
Bảng 6: Phân tích phương sai SMA trong quần thể hồi giao với N là qui mô quần thể con lai, b là số lần lập lại và c là hệ số dự đoán c = N – [n12+ n22] / N
- Mô phỏng trong quần thể hồi giao
Hình 2: Đường phân chia lý thuyết của giá trị tính trạng so với kiểu gen QTL trong từng kiểu gen marker AA và Aa trên cơ sở quần thể hồi giao. Marker A liên kết với QTL với r = 0,2 (Liu 1998)
Phương pháp tiếp cận theo phong cách mô phỏng (likelihood) được ứng dụng trong SMA (Weller 1986). Một marker A nào này được giả thiết liên kết với một QTL với tần suất tái tổng hợp r = 0,2. QTL này còn có một tác động di truyền g = 0,5 (μ1 – μ2) = 0,5 σ. Phương sai tính trạng của 2 kiểu gen QTL (QQ và Qq) là σ2. So với hai nhóm marker AA và Aa, phân chia đường biểu biễn của giá trị tính trạng là một phối hợp giữa hai tuyến phố chuẩn chỉnh như vậy (Hình 2)
b. Phương pháp SMA trong quần thể F2
Hình 3: Quần thể con lai F2 trong SMA
Bảng 7: Phân tích phương sai SMA tiêu biểu trong quần thể F2.
Bảng 8: Tương phản tuyến tính so với những kiểu gen của marker trong quần thể F2.
Codominant marker: FM = MSM / MSG(M)
E (tính cộng) = [μ + (1-2r)a + 2r(1-r)d] – [μ – (1-2r)a + 2r(1-r)d] = 2(1-2r)a
E (tính trội) = [μ + (1-2r)a + 2r(1-r)d] – 2{[μ + [1-r)2 +r2]d} + [μ + (1-2r)a + 2r(1-r)d] = 2(1-2r)2 d
Dominant marker: người ta phải dùng lý thuyết giả thiết H0 = μA- – μaa
E (μA- – μaa) = [μ + 1/3 (1-2r)a + 2/3(1-r+r2)d] – [μ – (1-2r)a + 2r(1-r)d]
= 1/3[4(1-2r)a + 2(1-2r)2d]
1.7.3 Phân tích QTL trên cơ sở map cách quãng (interval mapping)
Hình 4: Quan hệ liên kết giữa một QTL và hai marker kế cận
QTL liên kết với marker A có mức giá trị tái tổng hợp (recombination fraction) là r1
QTL liên kết với marker B có mức giá trị tái tổng hợp là r2
Quan hệ liên kết có mức giá trị tái tổng hợp: r = r1 + r2 – 2r1r2
Khi r có mức giá trị rất nhỏ, r = r1 + r2
Vị trí của QTL được trổ tài bởi một vị trí tương đương với quãng giữa A và B là: ρ = r1/r và 1 – ρ = r2/r
a. Map cách quãng trong quần thể hồi giao (BC)
Hình 5: Quần thể con lai BC trong phân tích map cách quãng với 2 marker A và B
Bảng 9: Tần suất kỳ vọng của QTL và marker trong quần thể BC, không hề có quấn chéo cánh
Phương pháp mô phỏng map QTL trên quần thể BC được thức hiện theo hàm số
Tiếp theo, mọi người tính giá trị Log (L) (logarith likelihood)
Hình 6: Phân loại lý thuyết của giá trị tính trạng so với kiểu gen QTL (QQ vq Qq) trong kiểu gen marker (AABB, AABb, AaBB và AaBb), trên cơ sở quần thể BC. Marker A và B liên kết với giá trị r = 0,3 và QTL phân tích xác định giữa hai marker này (Liu 1998)
b. Map cách quãng trong quần thể F2
Thế hệ F1 biểu thị ưu thế lai giữa hai dòng cận giao AAQQBB x aaqqbb. Bảng 10 cho thấy tần suất kỳ vọng dành được của kiểu gen QTL và marker trong F2 với giả thiết là không hề có trao đổi chéo cánh. Tần suất tái tổng hợp giữa marker A và B là r, giữa QTL và marker A là r1.
Phương pháp mô phỏng map QTL trên quần thể BC được thức hiện theo hàm số:
trong trường hợp “codominant marker”
Bảng 10: Tần suất kỳ vọng dành được của kiểu gen QTL và marker trong F2
LOD score là giá trị chứng tỏ mức độ có ý nghĩa của phân tích, được tính toán như sau:
LOD1 = log10 L (μ1, μ2, μ3, σ2, r1) – log10 L (μ, σ2)
LOD2 = log10 L (μ1, μ2, μ3, σ2, r1) – log10 L (μ1, μ3, σ2, r1)
LOD3 = log10 L (μ1, μ2, μ3, σ2, r1) – log10 L (μ1, μ2, σ2, r1)
Thường thì map QTL có ý nghĩa khi giá trị LOD ≥ 3.
1.7.4 Kỹ năng lý giải về thống kê sinh vật học của map QTL
Những yếu tố về sau hoàn toàn có thể tác động đến map QTL:
ü Số gen tinh chỉnh tính trạng và vị trí của nó trong genome
ü Sự phân chia của những tác động di truyền và phương thức tương tác giữa những gen
ü Hệ số di truyền của tính trạng tiềm năng
ü Số gen phân ly trong quần thể lập map
ü Loại quần thể con lai và độ lớn của quần thể
ü Tỷ lệ của map liên kết gen, số marker phủ trên genome
ü Phương pháp thống kê được ứng dụng, mức độ có ý nghĩa trong phân tích
Hình 7: Tương quan giữa kiểu hình, kiểu gen và môi trường thiên nhiên (Xu 1997)
Hình 8: Phát triển quần thể cận giao tái tổng hợp (RILs) trải qua kỹ thuật SSD (single seed descent: tích lũy từng hạt trên mỗi cá thể) (McCouch và Doerge 1995)
Trong phương pháp SMA, kĩ năng thống kê được dựa trên phép thử t (t-test), phân tích phương sai và trắc nghiệm mô phỏng theo mô hình tuyến tính
Trong phương pháp map cách quãng (IMA: interval mapping analysis), kĩ năng thống kê dựa trên một hệ phương trình tuyến tính với con lai hồi giao, đối thuyết H0 = μ1- μ2= 0 (không hề có tác động QTL trong quãng), trắc nghiệm mô phỏng trải qua giá trị “log likelihood”
Trong phương pháp “multiple QTL”, kĩ năng thống kê dựa trên lý thuyết mỗi gen là tập họp của {p1, p2, p3,.. pq} ở tại mức độ tin cậy α, nhằm mục đích phát hiện được ít nhất qe QTL, trong đó, qe ≤ qi (Liu 1998)
Hình 9: Ví dụ map QTL cây lúa trên thể nhiễm sắc số 8. (a) Vị trí và kích thước của một đoạn đồng dạng (homeologous segment) của nhiễm thể 7A tiểu mạch trên cơ sở cDNA marker chung giữa lúa và tiểu mạch. (b) Tính trạng cuốn lá (leaf rolling) trong cơ chế thoát khô hạn. (c) Tính trạng chiều dày của rễ. (d) Tính trạng điều tiết áp suất thẩm thấu OA. (e) Số vết bệnh trong tính kháng không trọn vẹn (partial resistance) bệnh đạo ôn. (f) Gen Pi-zb (kháng đạo ôn trọn vẹn. (g) Ngày gieo đến trỗ (xủ lý 10 giờ sáng). (h) Ngày gieo đến trỗ (xử lý 14 giờ sáng). (i) Ngày gieo đến trỗ theo Li và ctv. (j) Ngày gieo đến trỗ theo Xiao và ctv (McCouch và Doerge 1995)
2. Cơ sở di truyền tính chống chịu khô hạn
2.1 Khô hạn
Khô hạn và mặn là hai yếu tố cơ bạn dạng làm hạn chế sự tăng trưởng, phát triển và năng suất cây trồng. Trong số đó, khô hạn là yếu tố quan trọng số 1 tác động đến đáng tin cậy lương thực của toàn cầu, và điều này đã từng xẩy ra trong quá khứ. Nước phục vụ cho nông nghiệp không phải là tài nguyên vô tận, không dừng lại ở đó sự tăng dân số kèm theo sự phát triển tỉnh thành sẽ làm tăng thêm nhu yếu nước phục vụ đời sống và cho phát triển công – nông nghiệp. Do đó, sự khan hiếm nước phục vụ nông nghiệp là vấn đề đang rất được dự báo rất cấp thiết trên qui mô toàn thị trường quốc tế. Hiện nay, nước phục vụ nông nghiệp chiếm 70% nguồn nước phục vụ dân số của toàn toàn cầu.
Theo thống kê, để sinh sản 1kg lúa, người ta cần đến 5m3 nước. Nhiều vương quốc như Ai Cập, Nhật Bạn dạng, Úc đã nỗ lực nâng cấp nhằm mục đích nâng cao hiệu qủa tận dụng nước, giảm xuống 1,3 m3/kg lúa. Ở Trung Quốc, những nhà chọn giống đang thử nghiệm quy mô canh tác lúa trên đất thoáng khí, với thuật ngữ “aerobic rice”, khác với lúa nước truyền thống lịch sử. Bộ rễ lúa sẽ phát triển như cây trồng cạn, với cơ chế tưới nâng cấp, nhằm mục đích tiết kiệm ngân sách và chi phí nước tối đa.
Khô hạn được xem như một trong những hậu quả nghiêm trọng do sự suy giảm của nguồn nước. Do vậy, người ta đã qui định ngày 22 tháng 3 thường niên là Ngày NướcThế Giới. Hiện nay, mức khỏe mạnh nước trung bình cho một người trong một năm đã giảm từ 12.800 m3/người vào năm 1990 xuống còn 10.900 m3 /người vào năm 2000 và có kĩ năng chỉ với khoảng tầm 8.500 m3/người vào năm 2020. Theo Hội Nước QuốcTế (IWRA), tiêu chuẩn chỉnh xác nhận vương quốc có mức bảo vệ nước cho một người nhỏ hơn 4000 m3/năm, được xem như thiếu nước và nhỏ hơn 2000 m3/năm, thuộc loại hiếm nước. Thành quả nhận xét của Khóa học KC12 ở Việt Nam cho thấy: tổng lượng nước nên dùng cả năm của việt nam chiếm 8,8% tổng lượng dòng chảy, năm 1999, tạo thêm 12,5% trong năm 2000, và được dự báo sẽ tăng 16,5% vào năm 2010. Tổng lượng nước phục vụ tưới trong nông nghiệp của Việt Nam: 41 km3 năm 1985, tạo thêm 46,9 km3 năm 1999, và năm 2000 là 60 km3. Lượng nước nên dùng cho mùa khô sẽ tạo thêm 90 km3 vào năm 2010, chiếm 54% tổng lượng nước hoàn toàn có thể hỗ trợ.
Xét trên qui mô toàn thị trường quốc tế, nhiệt độ trái đất nóng lên sẽ được kĩ năng làm mất đi 1/3 nguồn nước đang tận dụng của toàn cầu trong 20 năm tới, như dự báo của Liên Hợp Quốc. Rủi ro không may thiếu nước trên toàn cầu hiện nay được trao định không chỉ có do nước quá ít so với nhu yếu mà còn do vận hành nguồn nước kém. Thường niên có 2,2 triệu người chết do những căn bệnh liên quan đến nguồn nước ô nhiễm và nhập cuộc vệ sinh kém, với 12.000 km3 nước sạch hiện bị ô nhiễm nghiêm trọng. Do đó, từ thời điểm năm 2000 trở đi, những dự án quốc tế về nông nghiệp thuộc khối hệ thống CGIAR đã nhấn mạnh vấn đề đến giống cây trồng chống chịu khô hạn, nước sạch cho nông thôn, tỉnh thành, xem những nội dung này là một ưu tiên đặc trưng.
Những trung tâm phân tích trên toàn cầu được FAO phân công phụ trách những cây trồng liên quan đến chống chịu khô hạn là:
ü IITA phụ trách phân tích đậu cowpea ở Sahel, đậu tương và bắp ở Dry Savana
ü ICRISAT phụ trách phân tích cao lương, kê, đậu chickpea, lạc và đậu pigeonpea ở Ấn Độ và Sahel
ü CIAT phụ trách phân tích những loại đậu ở Mexico, Trung Mỹ và Hướng đông bắc Brazil
ü IRRI phụ trách phân tích lúa ở Bangladesh, Đông Ấn Độ, Thái Lan và Indonesia
ü CIP phụ trách phân tích khoai tây ở Trung Quốc. Ấn Độ, Nam Phi, Kazakhstan, Afghanistan
ü CIMMYT phụ trách phân tích tiểu mạch ở Trung Á, Tây Á, Bắc Phi, bắp ở vùng cận Sahara
2.2 Phương pháp phân tích về di truyền tính chống chịu khô hạn
Những phương pháp phân tích về di truyền tính chống chịu khô hạn bao gồm tất cả:
- Thứ nhất là phương pháp phân trò vè đóng góp của những tính trạng có liên quan, với quy mô QTL (quantitative trait loci). Phương pháp tiếp cận này phù phù hợp với hồ hết những loài cây trồng thiết yếu như cây lúa, nhờ map di truyền với nhiều marker phân tử DNA phủ kín trên thể nhiễm sắc. Hồ hết những phân tích về tính chất trạng chống chịu khô hạn đều quan tâm nhận xét những tính trạng có liên quan với tới sự sống và phát triển của. cây trồng trong nhập cuộc khô hạn. Phương pháp phân tích di truyền phân tử đã hỗ trợ cho nội dung ấy đạt hiệu qủa cao hơn nữa, trong những lúc triển khai trên từng tính trạng, trước lúc mọi người xem xét sự sống và phát triển của cây. Việc nhận xét kiểu hình của những tính trạng riêng lẻ ấy là vô cùng quan trọng, tương tự việc nhận xét kiểu hình của sự việc thỏa mãn nhu cầu cây trồng trong nhập cuộc được kiểm soát trong nhà lưới hay phòng thí nghiệm, trước lúc mọi người nhận xét ngoài đồng ruộng. Một sự liên kết vô cùng nghiêm ngặt đã được chứng tỏ, đó là triển khai công việc trong qui trình MAS (chọn giống nhờ marker phân tử).
- Thứ hai là sáng tiết ra một kiểu biến dị mới có công dụng được hiểu biết cặn kẽ trong phản ứng của cây trồng khi bị stress do khô hạn, trải qua kỹ thuật chuyển nạp gen. Phương pháp chuyển nạp gen cho thấy đó là phương tiện nhiều tiềm năng để gắn vào cây tiềm năng một phổ rất rộng của những gen với kĩ năng điều tiết một kiểu linh hoạt ở vị trí “up” hoặc “down” trong quy trình biến dưỡng kết phù hợp với hiện tượng lạ thỏa mãn nhu cầu khi cây bị stress do khô hạn. Nhưng phương pháp chuyển nạp với một gen hay một nhóm gen trong một lộ trình đặc trưng nào đó hoàn toàn có thể không thích ứng trong nhập cuộc chống chịu khô hạn, cũng chính vì những thành phầm di truyền tinh chỉnh tính chống chịu khô hạn xuất phát từ rất nhiều lộ trình không giống nhau (Ingram và Bartels 1996). Thường thì, nhiều protein hoặc những phân tử “osmolyte” có trọng lượng phân tử thấp, đóng vai trò điều tiết áp suất thẩm thấu, sẽ tiến hành tích tụ trong những lúc bị stress do khô hạn. Người ta chưa nắm rõ: yếu tố nào chi phối hiện tượng lạ thay đổi rất nhiều và đóng góp tích cực vào tính chống chịu khô hạn. Phương pháp chuyển nạp gen được xem như rất có ích nhưng nó vẫn chưa cho mọi người biết những thông tin đáng giá.
- Thứ ba là xác định những gen ứng cử viên (candidate genes) so với tính chống chịu stress do khô hạn, hoặc mặn với những phát triển không ngừng nghỉ của kỹ thuật chuyển nạp gen, sát bên những thành tựu về technology phân lập gen (gene isolation) và thao tác gen (gene manipulation)
2.3 Xác định tính trạng thành phần trong chống chịu khô hạn
Sự trổ tài tính chống chịu khô hạn được quan sát trải qua những tính trạng rõ ràng như hình thái rễ cây, lá, chồi thân, phản ứng co nguyên sinh, bao phấn, quy trình trỗ bông, v.v.. Những tính trạng như vậy được gọi là tính trạng thành phần (component traits). Bảng 11 cho mọi người khái niệm về tính chất trạng thành phần và những loci tính trạng số lượng (QTL) có liên quan đến tính chống chịu khô hạn của một vài cây trồng.
Bảng 11: Những loci tính trạng số lượng (QTL) liên quan đến tính chống chịu khô hạn của một vài loài cây trồng (Reddy và ctv. 1999)
Người ta nhận thấy có sự giống nhau về cơ bạn dạng và một vài khác lạ nhỏ về cơ chế chống chịu khô hạn, sự cấu thành năng suất của nhiều loài cây trồng không giống nhau. Sự giống nhau về cơ chế chống chịu hạn ở tại mức độ phân tử rất rõ ràng ràng so với sinh lý học và hình thái học. Mọi người hoàn toàn có thể phân tích từ một cây rồi suy diễn so với nhiều cây khác (Reddy và ctv. 1999)
Hồ hết những phân tích về marker phân tử đều quan tâm đến những thành phần rất đặc trưng trong sự kiện chống chịu khô hạn, đó là
ü Kỹ năng phát triển của rễ cây sâu xuống tầng đất dưới,
ü Tính trạng phun râu và tung phấn với thời hạn cách quãng được xác định (ASI = được viết tắt từ chữ anthesis to silking interval)
ü Sự điều tiết áp suất thẩm thấu (OA = được viết tắt từ chữ osmotic adjustment)
ü Hiện tượng lạ biến dưỡng ABA (abscisic acid)
ü Hiện tượng lạ nông học WUE (water use efficiency: hiệu suất cao tận dụng nước)
Nhiều phân tích khác còn nói đến năng suất và thành phần cấu trúc năng suất. Do đó, người ta đã nỗ lực xác xác định trí những QTL cho tất cả tính trạng có liên quan đến chống chịu khô hạn và năng suất, cũng như thành phần năng suất.
Quần thể được sử dụng trong phân tích map QTL thay đổi với nhiều thế hệ không giống nhau. Rất hiếm khi, QTL được phát hiện trong một quần thể của những cặp lai không giống nhau (Reddy và ctv. 1999). Người ta thường gặp nhiều khó khăn khi so sánh kết qủa ghi nhận được từ quần thể đơn bội kép (DH) với quần thể cận giao tái tổng hợp (RILs), hoặc quần thể chọn giống nào đó. Người ta cũng gặp khó khăn khi so sánh kết qủa của những quần thể có độ lớn không giống nhau (số dòng con lai được tận dụng không giống nhau, từ vài chục dòng đến hàng trăm dòng con lai)
Số QTL được tìm thầy so với tính trạng chống chịu khô hạn thường thay đổi từ là 1 đến 4 so với một tính trạng thuộc thành phần trong sự kiện chống chịu hạn, và những QTL này thường trãi rộng trên toàn bộ genome với nhiều nhóm liên kết gen. Ví dụ, tính trạng WUE (hiệu qủa tận dụng nước) được tìm thấy với rất ít QTL, từ 4 đến 5 trong genome cây đậu nành (Milan và ctv 1998).
Trong một vài trường hợp, có những QTL xác định trên cùng một nhóm liên kết gen, tinh chỉnh nhiều tính trạng quan trọng như kĩ năng điều tiết áp suất thẩm thấu (OA), kĩ năng chống chịu sự thủy phân, chúng liên kết với tính trạng hình thái học của rễ lúa (Lilley và ctv. 1996). Biến thiên kiểu hình so với từng tính trạng xét trên mỗi vị trí QTL xoay quanh giá trị 10%. Trong trường hợp ngoại lệ, QTL so với tính trạng chiều dài rễ ở thời đoạn 28 ngày tuổi biến thiên 30% (Price và Thomas 1997).
Quan hệ giữa năng suất và QTL thường cho kết qủa âm tính trong vài trường hợp, nhưng so với tính trạng ASI, kết qủa chống chịu hạn không đối kháng với năng suất (Ribaut và ctv.1996). Những QTL so với tính trạng ASI có tính ổn định nhiều năm, trong nhập cuộc mức độ stress không giống nhau, sẽ tiến hành xem như thể những ứng cử viên trong chiến lược ứng dụng MAS.
3. Map QTL những tính trạng hình thái quan trọng của cây chống chịu khô hạn
3.1 Map QTL so với tính trạng rễ lúa.
Khối hệ thống rễ phát triển tốt là một tính trạng vô cùng quan trọng giúp cây trồng chống chịu khô hạn (cơ chế thoát hạn = drought avoidance mechanism). Người ta đã tận dụng quần thể đơn bội kép (DH) của cặp lai IR64 x Azucena tại Viện Lúa Quốc Tế (IRRI). Tiếp theo Shen và ctv. (1999) đã phát triển quần thể gần như đẳng gen (NIL) của IR64 được nhập khẩu với những QTL chủ lực. Những tác giả đã ghi nhận bốn đoạn trên thể nhiễm sắc số 1, 2, 7, và 9 là nơi xác định những QTL chủ lực trong phân tích tuyển lựa từng QTL tiềm năng (hình 10, Bảng 12). Có 4 dòng DH với hiện tượng lạ tổng hợp alen riêng rẽ tại 4 đoạn thể nhiễm sắc này, trong đó có thấp hơn 50% alen của Azucena. Bốn dòng này đã được chọn làm “donor” (vật liệu cho gen chống chịu). Những dòng như vậy được lai lui với IR64 cho đến lúc thu hoạch quần thể BC3F1, rồi tiếp sau đó cho chúng tự thụ thông thường. Ứng dụng MAS so với 4 đoạn thể nhiễm sắc như vậy để hoàn thiện qui trình tuyển lựa từ BC1F1 đến BC3F2. Tất nguyên con lai của BC3F2 mang những alen của donor, xác định tại ít nhất một trong bốn khu vực tiềm năng. Những cây mang hai đoạn tiềm năng trở lên đã được xác định. Biến thiên kiểu hình so với nhiều tính trạng không phải là tiềm năng cũng khá được quan sát ở BC3F2, người ta Kết luận rằng có sự trổ tài về di truyền từ thế hệ trước sang thế hệ sau trong qúa trình nhập khẩu gen (introgression) (Shen và ctv. 1999). Khảo sát cơ bạn dạng phần để lại của genome cho thấy những cây của BC3F2 có một phần rất nhỏ của những alen thuộc Azucena xác định trên những vùng không phải tiềm năng, gần với giá trị lý thuyết # 3%. Người ta triển khai nhiều cặp lai giữa những cây BC3F2 mang những đoạn tiềm năng của vật liệu cho gen tinh chỉnh rễ lúa phát triển tốt, để loại trừ tác động di truyền theo phong cách “genetic drag” và tác động những QTL tiềm năng không giống nhau ck lấp theo như hình tháp (Shen và ctv. 1999)
Bảng 12: Những dòng đơn bội kép (DH) được tuyển lựa để triển khai hồi giao (Shen và ctv. 1999)
Hình 10: Map di truyền QTL trên cơ sở quần thể đơn bội kép (DH) của IR64/ Azucena về tính chất trạng rễ lúa mọc sâu (Shen và ctv. 1999)
Bảng 13: Những QTL so với hình thái của rễ lúa (Shen và ctv. 1999)
DWR: trọng lượng rễ lúa dài <30cm, DR/S: trọng lượng rễ dài / thân chồi, DR/T: trọng lượng rễ dài / số chồi, MRL: chiều dài rễ tối đa, THK: độ dầy của rễ, TRW: trọng lượng rễ tổng số. {Khoảng cách} marker-QTL: {khoảng cách} tính bằng cM từ marker bên trái của quãng. Vị trí QTL: {khoảng cách} tính bằng cM từ đỉnh của thể nhiễm sắc. R2: tỷ lệ biến thiên kiểu hình đóng góp bởi QTL giả thiết. Giá trị âm của tác động cộng (additive effect) biểu thị tác động dương tính của kiểu hình từ những alen của Azucena.
3.2 Map QTL so với tính trạng điều tiết áp suất thẩm thấu (OA).
Thành tựu của technology sinh vật học trong việc triển khai xây dựng map di truyền phân tử được cho phép mọi người xem xét những tính trạng di truyền phức tạp như tính chống chịu khô hạn và năng suất (Zhang và ctv. 1999). Tại ĐH Texas Tech, nhóm tác giả này đã triển khai map di truyền QTL so với 2 tính trạng quan trọng liên quan tới sự kiện chống chịu khô hạn, đó là: kĩ năng điều tiết áp suất thẩm thấu (OA), và những tính trạng hình thái của rễ lúa.
Hiện nay, người ta biết rằng: phân tích sinh lý học đã tìm ra 3 hợp phần chính đóng góp vào sự kiện chống chịu khô hạn của cây lúa: (1) kĩ năng ăn sâu của rễ xuống tầng đất phía dưới, (2) kĩ năng điều tiết áp suất thẩm thấu (cơ chế chống chịu), giúp cây bảo vệ sinh mô không biến thành tổn hại do mất nước, (3) kĩ năng kiểm soát sự mất nước ở phía bên ngoài khí khổng của lá (Nguyễn và ctv. 1997)
Hiện tượng lạ điều tiết áp suất thẩm thấu (OA) là một hợp phần quan trọng trong sự kiện chống chịu khô hạn. Kỹ năng OA của cây giúp nó tích lũy chất hòa tan một kiểu dữ thế chủ động trong tế bào, khi cây bị khô hạn. Tính trạng OA kết phù hợp với tính trạng năng suất ổn định trong nhập cuộc bị stress do khô hạn đã được quan sát ở tiểu mạch và cao lương, nhưng hiện tượng lạ này sẽ không được ghi nhận trên cây lúa (Zhang và ctv. 1999).
Quần thể lúa đã được tận dụng trước kia để lập map QTL tính trạng OA là:
ü Quần thể cận giao tái tổng hợp (RIL) của tổng hợp lai CO39 / Moroberekan, với cùng 1 QTL (Lilley và ctv. 1996)
ü Quẩn thể đơn bội kép (DH) của tổng hợp lai CT9993 / IR62266, với 4 QTL (Zhang và ctv. 1999)
Quần thể lúa đã được tận dụng để lập map QTL tính trạng chống chịu sự thủy phân (viết tắt DT từ chữ dehydration tolerance) là quần thể cận giao tái tổng hợp (RIL) của tổng hợp lai CO39 / Moroberekan, với 5 QTL (Lilley và ctv. (1996)
Quần thể lúa đã được tận dụng để lập map QTL tính trạng tích lũy ABA là quần thể F2 của tổng hợp lai IR20 / 63-83, với 10 QTL (Quarrie và ctv. 1997)
Một yếu tố vô cùng quan trọng làm hạn chế việc triển khai map QTL của tính trạng OA là thiếu những qui trình nhận xét kiểu hình nhanh, với một vài lượng lớn những vật liệu thí nghiệm. Gần đây, có 3 qui trình thường được tận dụng để xác định OA so sánh với phương pháp tái tạo hiện tượng lạ hấp thụ nước đã được khuyến cáo trong trường hợp cây lúa (Babu và ctv 1999).
Quẩn thể đơn bội kép (DH) của tổng hợp lai CT9993 / IR62266, với 154 dòng con lai được chọn. Nhóm tác giả đã tận dụng 145 RFLP, 153 AFLP và 17 microsatellite để thiết lập map QTL. Tổng số là 315 marker.
Đánh Giá kiểu gen còn được triển khai trên quần thể RIL của tổng hợp lai IR58821-23-B-2-1 / IR52561-UBN-1-12, với 166 dòng con lai được chọn. Tổng số 383 AFLP và 106 RFL đã được tận dụng để thiết lập map QTL (Zhang và ctv. 1999).
Một QTL đã được xác định trên thể nhiễm sắc số 8, xác định giữa 2 marker RG1 và
RG978 (Hình 11), với tần suất biến thiên kiểu hình 32-34%. QTL này nằm trong vùng đồng dạng với thể nhiễm sắc số 7 của tiểu mạch
Hình 11: Map QTL trên cơ sở quần thể DH của tổng hợp lai CT9993-5-10-1-M / IR62266-42-6- 2. ICGY: năng suất tại Israel, nhập cuộc thông thường. ISGY: năng suất tại Israel, nhập cuộc khô hạn. OA: điều tiết áp suất thẩm thấu. RD: độ sâu của rễ. RPF: lực nhổ rễ. RPI: chỉ số rễ phát triển chiều sâu. YRI: chỉ số năng suất, TCGY : năng suất tại Thái Lan. TH: độ dầy của rễ (Zhang và ctv. 1999)
3.3 Map QTL tính trạng thể hiện màu xanh của cao lương.
Trong cây cao lương, khô hạn xẩy ra trước và sau thời điểm trỗ bông gây ra hiện tượng lạ chín sớm trong tính trạng mức độ hóa già của lá (senescence). Cây mất màu xanh nhanh gọn, đỗ ngã, và thất thu năng suất. Hơn 80% cao lương ưu thế lai được trồng tại Mỹ dưới nhập cuộc không hề có nước tưới, nhưng hồ hết những giống này đều phải có kĩ năng kháng hạn ở thời đoạn trước lúc trỗ bông, hiện tượng lạ như vậy được gọi với thuật ngữ là “stay-green trait” (tạm dịch là tính trạng thể hiện màu xanh, tính trạng kéo dãn thời hạn hóa già, viết tắt là SGT). Tính trạng như vậy là một cơ chế kháng hạn hỗ trợ cho cây cao lương chống lại sự lão hóa sớm dưới nhập cuộc khắc nghiệt của ẩm độ đất hạn chế trong vắt qúa trình sau thời điểm trỗ. Subudhi và ctv (1999) đã xác định 4 QTL so với tính trạng SGT này, trong quần thể cận giao tái tổng hợp của tổng hợp lai B35 / Tx7000, với 98 dòng được chọn ở F7. Ba QTL chủ lực của tính trạng SGT được xác định trên những thí nghiệm ngoài đồng, đóng góp 46% biến thiên kiểu hình. Bốn QTL của tính trạng SGT xác định trên 3 nhóm liên kết gen. Ba QTL: Sgt 1, Sgt 2, và Sgt 3 đóng góp vào tần suất biến thiên kiểu hình là 20%, 30% và 16%, theo trật tự. QTL thứ tư là Sgt 4 được xác định trong năm 1994, lý giải 13% sự biến thiên kiểu hình. So với toàn bộ QTL này, những alen SGT đều do giống mẹ B35 hỗ trợ. Những tác giả dự kiến sẽ thiết lập map vật lý những nơi xác định của những QTL như vậy để làm được những hiểu biết rõ ràng hơn về di truyền tính chống chịu hạn của cao lương. Hiện kết qủa phân tích đã ứng dụng MAS để xác định sự nhập khẩu những gen Sgt vào những dòng con lai có triển vọng (Subhudi và ctv. 1999).
Một cặp lai khác B35 / Tx430 cũng khá được xây dựng quần thể RIL, với 96 dòng được chọn. Bảy QTL của tính trạng SGT được xác định, trong đó có 3 QTL chủ lực Sgt A, Sgt D và Sgt G. Những QTL này xác định trên 3 nhóm liên kết gen, đóng góp 42% biến thiên kiểu hình. Bốn QTL thứ yếu (Sgt B, Sgt I-1, Sgt I-2, Sgt J) đóng góp 25% biến thiên kiểu hình của tính trạng SGT (Subudhi và ctv. 1999).
3.4 Map QTL so với những tính trạng hình thái quan trọng khác.
Những tính trạng số lượng của cây lúa thời đoạn mạ: tổng số rễ, thể tích rễ, số chồi, tỉ trọng rễ / chồi, chiều dài rễ tối đa, điểm chống chịu khô hạn (1-5), bề dày của rễ, độ cao cây mạ, trọng lượng rễ khô, độ cuốn lại của lá lúa, đã được thiết lập map QTL (Shashidhar và ctv. 1999). Người ta tận dụng quần thể đơn bội kép từ cặp lai IR64 / Azucena, với 56 dòng được chọn. Tổng số RFLP marker thể hiện đa hình trong khảo sát ở phụ huynh, được tận dụng là 175 marker, chứa đựng 2.005 cM, với {khoảng cách} trung bình là 11,5 cM giữa hai marker.
QTL so với tính trạng độ cao cây xác định giữa marker RZ730-RZ801 trên thể nhiễm sắc số 1. Vị trí này tương ứng với gen sd-1 tinh chỉnh tính trạng nữa lùn (semidwarf).
Hình 12 và bảng 14 cho thấy 15 QTL khác được tìm thấy ở cả hai thời đoạn phát triển, trong đó có 4 QTL trổ tài khá thông dụng
Hình 12: Bảng đồ QTL của những tính trạng hình thái và sinh lý quan trọng liên quan đến chống chịu khô hạn (Shashidhar và ctv. 1999).
Bảng 14: Những QTL giả thiết trong 2 thời đoạn tăng trưởng của cây lúa: 65 ngày sau thời điểm gieo (DAS) có nước tưới thông thường, và 85 DAS dưới nhập cuộc bị khô hạn từ thời điểm ngày 65 trở đi (Shashidhar và ctv. 1999).
Những tác giả còn ghi nhận 21 QTL so với những tính trạng khác trong nhập cuộc bị stress do khô hạn. Tuy nhiên có 2 QTL so với tính trạng độ cao xác định ở nhiễm thể số 1 và 3, khá thông dụng, nhưng không hề có một loci nào so với tính trạng hình thái học của rễ được ghi nhận thông dụng giữa hai thời đoạn phát triển. Sự không xuất hiện của những QTL thông dụng so với tính trạng hình thái của rễ giữa hai thời đoạn phát triển (65 ngày đầu có nước, và từ thời điểm ngày 65 – đến ngày 85: khô hạn) cho thấy sự hiện hữu của những cơ chế di truyền cùng tồn tại tuy vậy tuy vậy, cùng phát động ở những thời đoạn tăng trưởng không giống nhau, dưới nhập cuộc nước tưới không giống nhau (Shashidhar và ctv. 1999). Thể tích rễ và tổng số rễ trên một cây giảm có ý nghĩa về mặt thống kê dưới nhập cuộc bị stress do khô hạn, trong lúc đó chiều dài rễ tối đa và độ cao cây khác lạ không hề có ý nghĩa.
Nguyễn Thị Lang & ctv.(2008) lập được map QTL khô hạn với những marker liên kết triệu tập quần thể với 232 markers chiều dài 2.553.70cM phủ trên 12 thể nhiễm sắc, trung bình là 10.97cM
Chromosome Số marker Chiều dài map ( C.M) Trung bình 1 24 355.5 14.81 2 25 327 13.08 3 19 221.8 11.67 4 18 187.9 10.43 5 17 183.2 10.77 6 20 120.9 6.045 7 18 189 10.5 8 17 180.9 10.64 9 20 290.4 16.13 10 15 133.3 8.88 11 18 177.2 9.84 12 21 186.6 8.88 Tổng số 232 2.553.7 10.97
Bảng 15: Map di truyền của gen chống chịu khô hạn (Nguyễn Thị Lang & ctv. 2008)
Hình 13: Map di truyền của gen chống chịu khô hạn trên 12 thể nhiễm sắc (Nguyễn Thị Lang & ctv. 2008).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Babu RC, MS Pathan, A Blum, HT Nguyen. 1999. Comparision of measurement methods of osmotic adjustment in rice cultivars. Crop Sci 39:150-158
- Basten CJ, BS Weir, ZB Zeng. 1994. ZMAP- A QTL cartographer. Proceedings of the 5th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production 22:65-66 Bonierbale MW, RL Plaister, SD Tanksley. 1998. Genetics 120: 1095-1103
- Botstein D, RL White, M Skolnick, RW Davis. 1989. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphism. Ann J Genet 32:314
- Bùi chí Bửu, Nguyễn Thị Lang. 2003. Cơ sở di truyền tính chống chịu so với thiệt hại do môi trường thiên nhiên của cây lúa. Nxb nông nghiệp tpHCM.
- FAO. 2002. FAO statistics, http://apps.fao.org/(2002)
- Ingram J, D Bartels. 1996. The molecular basis of dehydration tolerance in plants. Plant Cell Rep. 15:963-968
- Kilian A, J Chen, F Han, B Steffenson, A Kleinhofs. 1997. Plant Mol Biol 35: 187-195 Knapp SJ, WC Bridges, BH Liu. 1992. Mapping quantitative trait loci using nonsimultaneous and simultaneous estimators and hypothesis tests. In: JS Beckmann and TS Osborn (eds.), Plant Genomes: Methods for genetcis nad physical mapping, pp. 209-237.
- Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands
- Lander ES, Phường Green. 1987. Construction of multilocus genetic linkage maps in human. Proc Natl Acad Sci USA 84:2363-2367
10. Lander ES, D Botstein. 1989. Mapping Mendelian factors underlying quantitative traits using RFLP linkage maps. Genetics 121:185-199
11. Li Z. 1999. DNA markers and QTL maping in rice. In: Genetic Improvement of Rice for Water-Limited Environments. (Eds.) O Ito, JC O’Toole, and B Hardy. IRRI, Philippines. Phường. 157-172.
12. Lilley JM, MM Ludlow, SR McCouch, JC O’Toole. 1996. Locating QTL for osmotic adjustment and dehydration tolerance in rice. J Exp Bot 47:1427-1436
13. Liu BH. 1998. Statistical genomics: Linkage, mapping and QTL analysis. CRC Press, Thủ đô New York, 611pp.
14. Manly KF, EH Cudmore Jr. 1996. New versions of MAP Manager genetic mapping software. Plant Genome IV (Abs.) p”105
15. Milan MAR, DA Aswey, HR Boerma. 1998. An additinal QTL for water-use-efficiency in soybean. Crop Sci. 38:390-393
16. McCouch SR, RW Doerge. 1995. QTL mapping in rice. Plants 11(12): 482-487
17. Nelson JC. 1987. QGENE: software for marker-based genomic analysis and breeding Tanksley SD, JC Nelson. 1996. Advanced backcross QTL analysis: a method for the simultaneous discovery and transfer of valuable QTLs from unadapted germplasm into elite breeding. Theor Appl Genet 92:191-203
18. Nguyen HT, RC Babu, A Blum. 1997. Breeding for drought tolerance in rice (Oryza sativa): physiology and molecular genetic considerations. Crop Sci 37:1426-1434
19. Nguyễn Thị Lang & ctv. 2008. Tạo giống lúa chống chịu hạn bằng phương pháp dấu chuẩn chỉnh phân tử.
20. Price AH, Thomas. 1997. Quantitative trait loci associated with stomatal conductance, leaf rolling and heading date mapped in upland rice (Oryza sativa L.). New Phytol 137:83-91
21. Reddy AR, V Ramanathan, N Seetharama, S Bajaj, R Wu. 1999. Genetic improvement of ricefor drought and salt tolerance: molecular breeding and transgenic strategies. In: Genetic Improvement of Rice for Water-Limited Environments. (Eds.) O Ito, JC O’Toole, and B Hardy. IRRI, Philippines. Phường. 135-155
22. Ribaut JM, C Jang, D Gonzales de Leon, GO Edmeades, DA Hoisington. 1997. Identification of quantitative trait loci under drought conditions in tropical maize. 2. Yield components and marker-assisted selection strategies. Theor Appl Genet 94:887-896
23. Ribaut JM, DA Hoisington, JA Deutsch, C Jang, D Gonzales de Leon. 1996. Identification of quantitative trait loci under drought conditions in tropical maize. I. Flowering parameters and anthesis-silking interval. Theor Appl Genet 92:905-914
24. Shashidhar HE, GS Hemamalini, S Hittalmani. 1999. Molecular marker-assisted tagging of morphological and physiological traits at the peak vegetative stage: two constrasting moisture regimes. In: Genetic Improvement of Rice for Water-Limited Environments. (Eds.) O Ito, JC O’Toole, and B Hardy. IRRI, Philippines. Phường. 239-256
25. Shen L, B Courtois, K McNally, SR McCouch, Z Li. 1999. Developing nera-isogenic lines of IR64 introgressed with QTLs for deeper and thicker roots through marker-aided selection. In: Genetic Improvement of Rice for Water-Limited Environments. (Eds.) O Ito, JC O’Toole, and B Hardy. IRRI, Philippines. Phường. 275-289
26. Subudhi PK, GB Magpantay, DT Rosenow, HT Nguyen. 1999. Mapping and marker-assisted selection to improve the stay-green trait for drought tolerance in sorghum. In: Genetic Improvement of Rice for Water-Limited Environments. (Eds.) O Ito, JC O’Toole, and B Hardy. IRRI, Philippines. Phường. 183-191
27. Terwilliger JD, J Ott. 1994. Handbook og human genetic linkage. The Johnson Hopkins University Press, Baltimore van Ooijen, C Maliepaard. 1996. MAPQTL version 3.0: Software for the calculation of QTL position on genetic map. Plant Genome IV (Abs.) p.105
28. Weller JI. 1986. Maximum likelihood techniques for the mapping and analysis of quantitative trait loci with the aid of genetic markers. Biometrics 42:627-640
29. Xu Y. 1997. Quantitative trait loci: separating, pyramiding, and cloning. Plant Breeding Reviews 15. Cornell University, NY 14853-1902, USA
30. Zeng ZB. 1994. Precision mapping of quantitative trait loci. Genetics 136:1457-1468
31. Zhang J, HG Zheng, ML Ali, JN Triparthu, A Aarti, MS Pathan, AK Sarial, S Robin, Thuy Thanh Nguyen, RC Babu, Bay duy Nguyen, S Sarkarung, A Blum, Henry T Nguyen. 1999. Progress on the molecular mapping of osmotic adjustment and root traits in rice. In: Genetic Improvement of Rice for Water-Limited Environments. (Eds.) O Ito, JC O’Toole, and B Hardy. IRRI, Philippines. Phường. 307-317
