Khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn địa phương (Oryza Sativa L.)
J. Sci. & Devel. 2014, Vol. 12, No. 7: 1096-1105
Tạp chí Khoa học và Phát triển 2014, tập 12, số 7: 1096-1105
KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA CẠN
ĐỊA PHƯƠNG (Oryza sativa L.)
Nguyễn Thị Ngọc Lan1, Nguyễn Như Khanh2, Chu Hoàng Mậu1
1 Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên; 2Trường đại học Sư phạm Hà Nội
Email*: ntnl2008@gmail.com
Ngày gửi bài: 28.07.2014
Ngày chấp nhận: 18.09.2014
TÓM TẮT
Tình trạng hạn hán gia tăng ở nhiều nơi trên thế giới trong đó có Việt Nam là nguyên nhân chính thúc đẩy các
dự án, nghiên cứu phát triển các loại cây trồng có khả năng chống chịu hạn tốt mà vẫn đảm bảo được năng suất
cao. Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc xác định các đặc điểm hình thái và các chỉ số sinh lý, hóa sinh. Bên cạnh
đó, các nghiên cứu về bản chất của tính chịu hạn ở mức độ phân tử đã và đang được các nhà khoa học quan tâm
đến. Khả năng chịu hạn của 25 giống lúa cạn địa phương ở thời kỳ mạ đã được xác định, giống Giằng bau là giống
có khả năng chịu hạn tốt nhất, còn giống có khả năng chịu hạn thấp nhất là giống Khẩu lẩy khao. Chúng tôi đã thiết
lập sơ đồ hình cây thể hiện mối quan hệ di truyền của 25 giống lúa cạn và xác định hệ số tương đồng giữa các giống
lúa cạn là 79% đến 92% bằng kỹ thuật RAPD với 20 mồi ngẫu nhiên. Gen mã hoá LTP của hai giống lúa cạn địa
phương có khả năng chịu hạn khác nhau đã được phân lập và xác định được chính xác trình tự nuleotide. Kết quả
so sánh và phân tích trình tự gen mã hoá LTP của hai giống lúa cạn nghiên cứu và giống lúa Yukihikari của Nhật
Bản cho thấy, độ tương đồng về trình tự gen LTP của giống Giằng bau với giống Yukihikari là 100%, giữa giống
Giằng bau với giống Khẩu lẩy khao có độ tương đồng là 98,1%. Còn khi đối chiếu trình tự amino acid của protein
LTP giữa ba giống lúa này thì thấy giống Khẩu lẩy khao có sự gia tăng lượng amino acid valine, giống Giằng bau là
loại amino acid leucine.
Từ khóa: Chịu hạn, lúa cạn, LTPs.
Study on Drought Tolerance of Some Local Upland Rice Varieties (Oryza sativa L.)
ABSTRACT
Increased drought in many parts of the world is a major cause of promoting the projects and researches to
develop drought-resistant crops with high productivity. A great deal of researches focused on identifying
morphological characteristics, biochemical and physiological parameters. Besides, studies on the nature of drought
tolerance at the molecular level have been scientists’ interest. Drought tolerance of 25 local upland rice varieties at
the seedling stage was identified, wherein Giang Bau was found to show the best drought tolerance variety while
Khau lay khao exhibited lowest degree of drought tolerance. The use of RAPD marker with 20 random primers
revealed genetic relationship of 25 local upland rice varieties with the coefficients of similarity among upland rice
cultivars ranging from 79% to 92%. LTP coding genes of two local upland rice varieties with different drought
resistance was isolated and identified. The comparison and analysis of LTP gene sequences among two local upland
rice varieties (Giang bau and Khau lay khao) and a Japanese rice variety (Yukihikari) showed that the genetic
similarity of LTP gene sequences between Yukihikari and Giang bau is 100% and the genetic similarity of LTP gene
sequences between Giang bau and Khau lay khao is 98.1%. Comparing amino acid sequences of LTP proteins
among these three varieties showed an increase of amino acid valine residue in Khau lay khao’s LTP protein and an
increase of the amino acid leucine residue in Giang bau’s LTP protein.
Keywords: Drought tolerance, LTPs, upland rice.
1096
Nguyễn Thị Ngọc Lan, Nguyễn Như Khanh, Chu Hoàng Mậu
năng tổng hợp protein thúc đẩy quá trình vận
chuyển phospholipid tới màng. LTP còn hỗ trợ
việc tạo ra lớp sáp hoặc lớp biểu bì giúp thực vật
bảo vệ, phản ứng và đáp ứng lại những thay đổi
của môi trường (Kader, 1996). Gen mã hoá LTPs
lần đầu tiên được Tchang et al., phân lập từ
mRNA và đọc trình tự cDNA ở cây ngô vào năm
1988, sau đó là nhiều trình tự trên các đối tượng
khác nhau được công bố như ở cà chua (Torres
Schumann et al., 1992), Arabidopsis thaliana
(Thoma et al., 1994), thuốc lá (Masuta et al.,
1992) và ở cây đậu xanh (Chu Hoàng Mậu và
cs., 2009).
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Lúa cạn là cây trồng truyền thống và là
nguồn lương thực quan trọng của người dân miền
núi. Cây lúa cạn Việt Nam phân bố chủ yếu ở
vùng núi phía Bắc, vùng duyên hải Trung bộ và
Tây Nguyên của Việt Nam (Trần Văn Đạt, 2005).
Hiện nay, các giống lúa cạn địa phương trong sản
xuất đang bị mất đi nhanh chóng do ảnh hưởng
của sự biến đổi khí hậu, tập quán canh tác và
nhiều nguyên nhân khác. Vì thế việc sưu tập, bảo
tồn và đánh giá nguồn gen cây lúa cạn địa
phương là một việc cấp thiết góp phần nâng cao
hiệu quả sử dụng nguồn gen cây lúa.
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày
những kết quả nghiên cứu về khả năng chịu
hạn của một số giống lúa cạn địa phương trên cơ
sở kết hợp giữa việc đánh giá chỉ số chịu hạn
tương đối, xác định mối quan hệ di truyền của
25 giống lúa cạn và so sánh trình tự gen LTP
giữa giống lúa có khả năng chịu hạn tốt với
giống lúa có khả năng chịu hạn kém.
Tình trạng hạn hán gia tăng ở nhiều nơi
trên thế giới trong đó có Việt Nam là nguyên
nhân chính thúc đẩy các dự án, nghiên cứu phát
triển các loại cây trồng có khả năng chống chịu
hạn tốt mà vẫn đảm bảo được năng suất nhằm
đáp ứng với nhu cầu ngày càng gia tăng của con
người trong khi nguồn nước cung cấp cho sản
suất nông nghiệp đang dần khan hiếm
(Longenberger et al., 2007), (Somerville et al.,
2001), (Zhang et al., 2004). Nhiều nghiên cứu
tập trung vào việc xác định các đặc điểm hình
thái và các chỉ số sinh lý, hóa sinh đặc trưng cho
các giống cây trồng chịu hạn như đặc điểm bộ
rễ, lá... (Trần Nguyên Tháp, 2001), M.
Hassanzadeh et al., (2009) đã đề nghị có thể dựa
vào hàm lượng diệp lục b và diệp lục tổng số để
tuyển chọn giống chịu hạn và có năng suất cao.
Khi nghiên cứu về tính chịu hạn ở cây lạc
(Arachis hypogaea L.), Arunyanark, A et al.,
(2008) đã khẳng định sự ổn định của diệp lục là
một chỉ tiêu đặc trưng cho tính chịu hạn ở lạc.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Vật liệu
25 giống lúa cạn địa phương do Trung tâm
Tài nguyên Di truyền thực vật, Viện Khoa học
Nông nghiệp Việt Nam cung cấp. Tên địa
phương, kí hiệu của các giống nghiên cứu và địa
điểm thu mẫu được thể hiện ở bảng 1.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của các
giống lúa cạn địa phương ở giai đoạn mạ theo
phương pháp của Lê Trần Bình và cs., (1998).
Chỉ số chịu hạn được xác định theo công thức:
Các nghiên cứu về bản chất của tính chịu
hạn ở mức độ phân tử đã và đang được các nhà
khoa học quan tâm đến. Tuy nhiên, hiện nay các
nhà khoa học vẫn chưa xác định được gen điều
khiển tính chịu hạn, mà chỉ xác định được các
gen liên quan đến tính chịu hạn. Nhiều nhóm
gen liên quan đến khả năng chịu mất nước của
tế bào đã được đọc trình tự và công bố như: gen
chaperonin (Trần Thị Phương Liên và cs., 2003),
gen dehydrin (Chu Hoàng Mậu và cs., 2007)...
Gen mã hóa lipit tranfer proteins (LTPs) thuộc
họ gen pathogenesis - related protein, có khả
1
S =
(ab + bc + ... + ga)
2 2
Trong đó: S là chỉ số chịu hạn tương đối; a
là phần trăm cây không héo sau để hạn 1 ngày;
b là phần trăm cây phục hồi sau 1 ngày tưới
nước; c là phần trăm cây không héo sau để hạn
3 ngày; d là phần trăm cây phục hồi sau 3 ngày
tưới nước; e là phần trăm cây không héo sau để
hạn 5 ngày; g là phần trăm cây phục hồi sau 5
ngày tưới nước.
1097
Khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn địa phương (Oryza sativa L.)
Bảng 1. Danh sách các giống lúa cạn nghiên cứu
TT
Kí hiệu
Tên địa phương
Nguồn gốc
TT
Kí hiệu
Tên địa phương
Nguồn gốc
Sơn La
1
2
Bcc
Bcs
Bct
Bic
Blt
Blào cô cả
Blào chinh sái
Blào cong ton
Bièo chìm trí
Blề tớ
Sơn La
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Kp
Kpl
Kt
Khẩu pe
Hoà Bình
Hoà Bình
Bắc Kạn
Lai Châu
Sơn La
Khẩu pe lạnh
Khẩu thẻn
Khẩu xe
Sơn La
3
Bắc Kạn
Sơn La
4
Kx
Ln
5
Lúa nương
Lúa ổi
Hà Giang
Hoà Bình
Hà Giang
Bắc Kạn
Lào Cai
6
Blx
Bsn
Gb
Kk
Ble xenh xi
Blào sa ngay
Giằng bau
Lo
7
Sơn La
Ltn
Md
Mt
Lúa tẻ nương
Mồ dầm
8
Quảng Ninh
Cao Bằng
Cao Bằng
Cao Bằng
Sơn La
9
Khẩu kén
Mộ trắng
Nếp nương
Ngọ rí ợ
10
11
12
13
Kld
Klk
Km
Kn
Khẩu lẩy deng
Khẩu lẩy khao
Khẩu mô
Nn
Nro
Ss
Hoà Bình
Lai Châu
Tuyên Quang
Soam sí
Kháu nghé
Tuyên Quang
Tách chiết ADN tổng số theo phương pháp
Gawel and Jarret (1991). Chúng tôi tiến hành
thực hiện phản ứng PCR với 20 mồi RAPD
(Bảng 2). Mỗi phản ứng PCR có tổng thể tích là
20µl bao gồm: 1µl dung dịch ADN 10 ng/µl, 2µl
buffer PCR 10X, 2µl MgCl2 25mM, 1,2µl dNTPs
10mM, 1,6µl primer 10 pmol/µl, 0,5µl Taq
polymerase 1u/µl, 11,7µl nước khử ion. Chu
trình nhiệt của phản ứng là 1 chu kỳ 940C trong
1 phút; 45 chu kỳ: 920C trong 30 giây, 360C
trong 45 giây, 720C trong 1 phút; 1 chu kỳ 720C
trong 10 phút và lưu giữ mẫu ở 40C. Điện di sản
phẩm RAPD trên bản gel agarose 2% trong đệm
TAE 1X. Nhuộm gel bằng ethidium bromide và
chụp ảnh. Sử dụng phần mềm NTSYSpc (USA,
1998) để phân tích các kết quả nghiên cứu.
Phản ứng PCR được thực hiện với cặp mồi
LTPrF - LTPrR được thiết kế dựa trên trình
tự cDNA phân lập từ giống lúa Yukihikari
(Nhật Bản) được công bố bởi Mukai et al.,
(2003) ở GenBank với mã số AY466108, cặp
mồi được tổng hợp tại hãng Invitrogen, trình
tự cặp mồi là:
LTPrF: 5’ATGGCCGGCAAGAAGGTGC3’
LTPrR: 5’TTAGAGAGGGCAGGTGAAGTC3’
Bảng 2. Kí hiệu và trình tự các nucleotide của 20 mồi RAPD sử dụng trong nghiên cứu
Kí hiệu mồi
Trình tự nucleotide (5’-3’)
Kí hiệu mồi
Trình tự nucleotide (5’-3’)
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
AACCGACGGG
GGGGGTCGTT
TACCACCCCG
GGCGGACTGT
TCGGCGATAG
GTGTCTCAGG
CAGCACCCAC
GGAAGTCGCC
CCTCCAGTGT
CTATGCCGAC
M11
M12
M13
M14
M15
M16
M17
M19
M20
TRA4
CGGCCCACGT
AACGCGTAGA
GCCACGGAGA
TAGGCGAACG
CACGGCTGCG
GTATGGGGCT
GCGAACCTCG
CCTGCTCATC
GACAGGAGGT
CACCGTAGCG
1098
Nguyễn Thị Ngọc Lan, Nguyễn Như Khanh, Chu Hoàng Mậu
Chu trình nhiệt của phản ứng là 940C trong
3 phút; 30 chu kỳ (940C trong 30 giây, 560C
trong 1 phút, 720C trong 1 phút), 720C trong 10
phút và lưu giữ mẫu ở 40C. Điện di sản phẩm
PCR trên gel agarose 1,5% trong đệm TAE 1X,
nhuộm gel bằng ethidium bromide và chụp ảnh.
cây lúa cạn thường được gieo vào đầu mùa mưa,
khi đó nguồn cung cấp nước cho cây lúa cạn
chưa được ổn định như các thời kỳ sinh trưởng
phát triển tiếp theo của chúng, khi đã vào thời
điểm giữa mùa mưa trong năm. Do đó, chúng tôi
đã tiến hành đánh giá khả năng chịu hạn ở thời
kỳ cây mạ dựa trên việc xác định chỉ số chịu hạn
tương đối của từng giống lúa cạn nghiên cứu.
Chỉ số chịu hạn tương đối được tính theo các chỉ
tiêu là tỷ lệ phầm trăm cây không héo và tỷ lệ
phần trăm cây phục hồi sau 1, 3, 5 ngày gây hạn
nhân tạo. Chỉ số chịu hạn tương đối càng lớn thì
khả năng chịu hạn của cây càng cao và ngược
lại. Đây là cơ sở để đánh giá và tuyển chọn
nhanh giống lúa có khả năng chịu hạn. Kết quả
xác định chỉ số chịu hạn của 25 giống lúa cạn
địa phương được trình bày ở bảng 3.
Tách dòng gen được tiến hành theo
Sambrook và Russell (2001). Sản phẩm PCR
được tinh sạch bằng bộ hoá chất DNA Gel
Extraction và được dòng hoá vào vector pBT
DHα sử dụng bộ kit Rapid DNA Ligation. Sau
khi biến nạp, chọn lọc khuẩn lạc theo phương
pháp chỉ thị màu và kháng sinh.
Trình tự gen LTP được đọc trên thiết bị tự động
ABI PRISM 3100 Avant Genetic Analyzer. Sử dụng
phần mềm DNAstar để phân tích kết quả.
Trong các giống lúa cạn nghiên cứu, đa số
(12 giống) có chỉ số chịu hạn tương đối cao đạt
trên 10.000, chiếm 48%. Các giống có chỉ số chịu
hạn tương đối thấp hơn (khoảng 8141,37 -
9718,64), trong nghiên cứu này có thể xếp ở
nhóm trung bình, có tỷ lệ là 28%. Còn lại là các
giống có chỉ số chịu hạn thấp 24% (gồm có 6
giống: Blx, Kld, Klk, Kpl, Kt, Kx). Như vậy, đa
số các giống lúa nghiên cứu là có khả năng chịu
hạn khá và trung bình chiếm tới 76% tổng số
giống được đánh giá khả năng chịu hạn ở giai
đoạn mạ. Điều này thể hiện đặc tính thích nghi
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khả năng chịu hạn của các giống lúa
cạn ở giai đoạn mạ 3 lá
Trong quá trình sinh trưởng phát triển của
cây lúa, thời kỳ mạ và thời kỳ trổ bông là thời
kỳ cây lúa dễ bị tổn thương do những tác động
bất lợi của điều kiện ngoại cảnh. Đối với cây lúa
cạn, sự sinh trưởng phát triển chủ yếu dựa vào
nguồn nước tự nhiên là nước mưa, ở thời kỳ cây
mạ, hạn có ảnh hưởng lớn hơn so với các thời kỳ
sau trong chu trình sống của cây lúa cạn. Bởi lẽ,
Bảng 3. Chỉ số chịu hạn tương đối
Giống
Bcc
Bcs
Bct
Bic
Blt
Chỉ số chịu hạn
11220,67
Giống
Kp
Chỉ số chịu hạn
8718,02
7831,56
7859,19
7606,85
11544,18
9531,10
10322,50
12113,07
10210,80
11151,75
9657,25
11980,60
10055,22
9082,88
8141,37
10023,33
7346,94
13296,71
13840,71
8457,94
7814,57
7217,72
9718,64
12133,16
Kpl
Kt
Kx
Ln
Blx
Bsn
Gb
Lo
Ltn
Md
Mt
Kk
Kld
Klk
Km
Kn
Nn
Nro
Ss
1099
Khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn địa phương (Oryza sativa L.)
với điều kiện sống khô hạn trên đất cao của cây
lúa cạn là tính chịu hạn - là khả năng của nó có
thể chịu được một sự khô hạn nhất định trong
các tế bào và mô, và khả năng phục hồi lại
nhanh khi có nước.
Kx, Kld, Kk, Blt, Kp, Kpl), hai nhóm I và II có
khoảng cách di truyền là 20% (1- 0,8).
Nhánh chính thứ hai gồm 14 giống đều
thuộc loài phụ Japonica. Nhánh này gồm nhánh
phụ thứ nhất có 3 nhóm: nhóm III gồm hai
giống Ln và Bsn, nhóm IV gồm 10 giống, (Bcc,
Bct, Ltn, Bcs, Kt, Nro, Lo, Ss, Kn, Kd), trong đó
hai giống lúa Bcc và Bct có khoảng cách di
truyền thấp nhất (8%); nhóm V chỉ có một giống
là Md. Nhánh phụ thứ hai có hai giống Gb và
Nn, có khoảng cách di truyền với nhánh phụ thứ
nhất là 18,75% (1 - 0,8125).
Như vậy, có thể xếp khả năng chịu hạn theo
thứ tự giảm dần của các giống lúa là: Gb > Bsn
> Kn > Md > Ss > Ln > Bcc > Nn > Ltn > Mt >
Bcs > Blt > Km > Nro > Lo > Bct > Kp > Kk >
Bic > Kt > Kpl > Kld > Kx > Blx > Klk.
3.2. Sự phân nhóm của các giống lúa cạn có
khả năng chịu hạn khác nhau dựa trên kết
quả phân tích bằng kỹ thuật RAPD
Dựa trên kết quả phân tích đa hình ADN
bằng kỹ thuật RAPD (Hình 1), chúng tôi đã xác
định mối quan hệ và khoảng cách di truyền của
các giống lúa nghiên cứu (Hình 2).
3.3. Kết quả so sánh gen liên quan đến khả
năng chịu hạn
Để tìm hiểu mối liên quan giữa những thay
đổi trong trình tự gen và trình tự protein với
khả năng chịu hạn của cây lúa cạn, chúng tôi đã
chọn ra hai giống lúa có khả năng chịu hạn khác
nhau để tiến hành phân tích và so sánh trình tự
gen LTP cũng như trình tự protein LTP, trong
đó giống Giằng bau (Gb) là giống thuộc nhóm có
khả năng chịu mất nước tốt, còn giống Khẩu lẩy
khao (Klk) thuộc nhóm kém về khả năng chịu
mất nước.
Hình 2 cho thấy các giống lúa được chia làm
hai nhánh chính với khoảng cách di truyền là
21% (1 - 0,79). Nhánh chính thứ nhất tập trung
các giống thuộc loài phụ Indica, chỉ có Blt là
giống thuộc loài phụ Japonica. Nhánh này chia
làm hai nhóm I và II. Nhóm I chỉ có một giống
Mt, nhóm II gồm 10 giống (Klk, Bic, Km, Blx,
Hình 1. Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M7
Ghi chú: M-marker, 1- Mt, 2- Klk, 3- Kk, 4- Blt, 5- Ln, 6- Bcc, 7- Km, 8- Ltn, 9- Blx, 10- Kp, 11- Kpl, 12- Kx, 13- Kld, 14-
Nn, 15- Nro, 16- Lo, 17- Bct, 18- Bcs, 19- Kt, 20- Bic, 21- Ss, 22- Kn, 23- Md, 24- Bsn, 25- Gb
1100
Nguyễn Thị Ngọc Lan, Nguyễn Như Khanh, Chu Hoàng Mậu
Hình 2. Sơ đồ hình cây mô tả mối quan hệ di truyền của 25 giống lúa cạn
(a)
(b)
(c)
Hình 3. Ảnh điện di sản phẩm PCR (a), (b) và plasmid (c)
Ghi chú: M: thang AND chuẩn, 1.Giằng bau, 2. Khẩu lẩy khao
1101
Khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn địa phương (Oryza sativa L.)
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
10 20 30 40 50
ATGGCCGGCA AGAAGGTGCA GGTTTGTGCG CTGTTCCT-- -TGCCCTCAA
Khaulaykhao ATGGCCGGCA AGAAGGTGCA GGTTTGTGCG GTGTTCGTCG TTGCTCTGAA
Giangbau
Yukihikari
ATGGCCGGCA AGAAGGTGCA GGTTTGTGCG CTGTTCCT-- -TGCCCTCAA
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
60
70
80
90
100
Giangbau
TGTGCTCTTC ACCATGCAGA TGGGTGCAGT AGTGCAGGCA TGCGAGCCCT
Khaulaykhao TATGGTCATC TCCATGCAGA TGGGTGCAGT AGTGCAGGCA TGCGAGCCCT
Yukihikari
TGTGCTCTTC ACCATGCAGA TGGGTGCAGT AGTGCAGGCA TGCGAGCCCT
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
110
120
130
140
150
Giangbau
ACTGCCCCAC ACCGACGCCG CCGGTGACGC CGCCTCCGTC GCCGCCGTCG
Khaulaykhao ACTGCCCCAC ACCGACGCCG CCGGTGACGC CGCCTCCGTC GCCGCCGTCG
Yukihikari
ACTGCCCCAC ACCGACGCCG CCGGTGACGC CGCCTCCGTC GCCGCCGTCG
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
160
170
180
190
200
Giangbau
GGTGGAGGGA ATAAGTGCCC GATCGACGCG CTGAAGCTGA GCGTGTGCGC
Khaulaykhao GGTGGAGGGA ATAAGTGCCC GATCGACGCG CTGAAGCTGA GCGTGTGCGC
Yukihikari
GGTGGAGGGA ATAAGTGCCC GATCGACGCG CTGAAGCTGA GCGTGTGCGC
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
210
220
230
240
250
Giangbau
CAACGTGCTC AACCTGCTGA AGCTGAAGAT CGGCGTGCCG GAGAGCGAGC
Khaulaykhao CAACGTGCTC AACCTGCTGA AGCTGAAGAT CGGCGTGCCG GAGAGCGAGC
Yukihikari
CAACGTGCTC AACCTGCTGA AGCTGAAGAT CGGCGTGCCG GAGAGCGAGC
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
260
270
280
290
300
Giangbau
AGTGCTGCCC GTGGCTGGGT GGCCTCGTCG ACCTCGACGC CGCCGTCTGC
Khaulaykhao AGTGCTGCCC GTTGCTGGGT GGCCTCGTCG ACCTCGACGC CGCCGTCTGC
Yukihikari
AGTGCTGCCC GTTGCTGGGT GGCCTCGTCG ACCTCGACGC CGCCGTCTGC
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
310
320
330
340
350
Giangbau
CTCTGCACCG CCATCAAGGC CAACATCCTC GGCATCAATC TCAACATCCC
Khaulaykhao CTCTGCACCG CCATCAAGGC CAACATCCTC GGCATCAATC TCAACATCCC
Yukihikari
CTCTGCACCG CCATCAAGGC CAACATCCTC GGCATCAATC TCAACATCCC
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
360
370
380
390
400
Giangbau
CGTCGATCTC TCTCTCCTTC TCAACTACTG CCACAAGACC TGCCCCTCCG
Khaulaykhao CGTCGATCTC TCTCTCCTTC TCAACTACTG CCACAAGACC TGCCCCTCCG
Yukihikari
CGTCGATCTC TCTCTCCTTC TCAACTACTG CCACAAGACC TGCCCCTCCG
....|....| ....|....|
410
420
Giangbau
ACTTCACCTG CCCTCTCTAA
Khaulaykhao ACTTCACCTG CCCTCTCTAA
Yukihikari ACTTCACCTG CCCTCTCTAA
Hình 4. Trình tự gen LTP của 3 giống Giằng bau, Khẩu lẩy khao và Yukihikari
1102
Nguyễn Thị Ngọc Lan, Nguyễn Như Khanh, Chu Hoàng Mậu
Sau khi đã nhân được đoạn gen mã hoá
LTP (Hình 3a), chúng tôi tiến hành thôi gel để
thu được sản phẩm PCR tinh sạch và tiếp tục
dòng hoá vào vector pBT DHα, sau đó biến nạp
vào tế bào E.coli DH5α. Các khuẩn lạc trắng
được chọn nuôi trong môi trường dinh dưỡng
lỏng. Để kiểm tra sản phẩm chọn dòng, chúng
tôi sử dụng cặp mồi pUC18 cho phản ứng PCR.
Đây là loại mồi thiết kế chung cho các vector
tách dòng giúp nhân đoạn gen vừa biến nạp
cùng với đoạn vector ở hai đầu nối với gen biến
nạp nên kích thước của sản phẩm sẽ cao hơn
đoạn gen mã hoá LTP. Kết quả kiểm tra cho
thấy kích thước của sản phẩm PCR với mồi
pUC18 vào khoảng 0,52Kp (hình 3b) đã chứng
tỏ gen mã hoá LTP được biến nạp vào vector và
đã chọn được dòng mang gen LTPs. Plasmid tái
tổ hợp được tinh sạch bằng bộ kit GeneJET™
Plasmid Miniprep, sản phẩm ADN plasmid được
kiểm tra trên gel agarose 1% (Hình 3c).
nucleotide, nhiều hơn hai giống Giằng bau và
Yukihikari 3bp (CGT) ở các vị trí nucleotide số
39, 40 và 41.
So sánh trình tự gen của giống Giằng bau
với giống Yukihikari cho thấy tỷ lệ tương đồng
của hai giống này là 100%. Giống Khẩu lẩy
khao có tỷ lệ tương đồng đạt 98,1% so với hai
giống Giằng bau và Yukihikari, trong đó có 12
vị trí nucleotide thay đổi cụ thể là ở các điểm:
31, 37, 39, 40,41, 45, 48, 52, 55, 58, 61 và 263
(Hình 4).
Trình tự gen LTP của hai giống lúa cạn
Giằng bau và Khẩu lẩy khao là những trình tự
gen đầu tiên được phân lập từ ADN hệ gen, so
với trình tự gen LTP hoàn chỉnh được phân lập
từ mARN của giống Yukihikari cho thấy hai
trình tự gen LTP mà chúng tôi phân lập và đọc
trình tự đều không mang đoạn intro.
Kết quả so sánh trình tự amino acid suy
diễn trong protein do gen LTP mã hoá cho thấy
có 7 điểm thay đổi loại amino acid giữa giống
Khẩy lẩy khao với hai giống Giằng bau và
Yukihikari (Hình 5). Trong đó, có bốn vị trí
chuyển từ loại amino acid leucine của protein
LTP của giống Giằng bau thành loại amino acid
Kết quả giải trình tự gen LTP được thể hiện
trên hình 4. Gen LTP của giống Giằng bau gồm
có 417 nucleotide và bằng với số nucleotide của
giống lúa Yukihikari (trình tự gen của giống
Yukihikari là lấy từ Ngân hàng gen quốc tế);
còn ở giống Khẩu lẩy khao, gen LTP gồm 420
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
10 20 30 40 50
MAGKKVQVCA LF-LALNVLF TMQMGAVVQA CEPYCPTPTP PVTPPPSPPS
Giangbau
Khaulaykhao MAGKKVQVCA VFVVALNMVI SMQMGAVVQA CEPYCPTPTP PVTPPPSPPS
Yukihikari MAGKKVQVCA LF-LALNVLF TMQMGAVVQA CEPYCPTPTP PVTPPPSPPS
....|....| ....|....| ....|....| ....|....| ....|....|
60
70
80
90
100
Giangbau
GGGNKCPIDA LKLSVCANVL NLLKLKIGVP ESEQCCPLLG GLVDLDAAVC
Khaulaykhao GGGNKCPIDA LKLSVCANVL NLLKLKIGVP ESEQCCPLLG GLVDLDAAVC
Yukihikari GGGNKCPIDA LKLSVCANVL NLLKLKIGVP ESEQCCPLLG GLVDLDAAVC
....|....| ....|....| ....|....| ....|....
110
120
130
Giangbau
LCTAIKANIL GINLNIPVDL SLLLNYCHKT CPSDFTCPL
Khaulaykhao LCTAIKANIL GINLNIPVDL SLLLNYCHKT CPSDFTCPL
Yukihikari LCTAIKANIL GINLNIPVDL SLLLNYCHKT CPSDFTCPL
Hình 5. So sánh trình tự amino acid suy diễn trong protein do gen LTP mã hoá
1103
Khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn địa phương (Oryza sativa L.)
Lê Trần Bình, Lê Thị Muội (1998). Phân lập gen và
valine ở protein LTP của giống Khẩu lẩy
khao, cụ thể là ở các vị trí amino acid số: 11, 13,
14 và 19. Sự chuyển loại amino acid khác nhau
của protein LTP của hai giống lúa cạn nghiên
cứu dẫn tới kết quả là giống Khẩu lẩy khao có
sự gia tăng lượng amino acid valine, còn ở giống
Giằng bau là loại amino acid leucine. Các thay
đổi loại amino acid ở ba vị trí còn lại của giống
Giằng bau là sự chuyển đổi từ Val ở vị trí 18
thành Met, ở vị trí 20 Phe → Ile và Thr → Ser ở
vị trí 21 so với giống Khẩu lẩy khao. Như vậy,
sự sai khác về trình tự nucleotide và trình tự
amino acid giữa các giống lúa có khả năng chịu
hạn tốt và chịu hạn kém có thể làm thay đổi
mức độ biểu hiện của gen LTP. Và sự thay đổi
đó làm cho các giống chịu hạn tốt có mức độ biểu
hiện gen cao hơn so với các giống chịu hạn kém
chọn dòng chống chịu ngoại cảnh bất lợi ở cây lúa.
Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, Hà Nội.
Trần Văn Đạt (2005). Sản xuất lúa gạo thế giới: Hiện
trạng và khuynh hướng phát triển trong thế kỷ 21.
Nhà xuất bản Nông nghiệp.
Gawel N.J. and Jarret R.L. (1991). A modified CTAB
DNA extraction procedure for Musa and Ipomoea.
Plant Molecular Biology Reporter, 9: 262-266.
M. Hassanzadeh, A. Ebadi, M. Panahyan-e-Kivi, A.G.
Eshghi, Sh. Jamaati-e-Somarin, M. Saeidi and R.
Zabihi-e-Mahmoodabad. (2009). Evaluation of
Drought Stress on Relative Water Content and
Chlorophyll Content of Sesame (Sesamum indicum
L.) Genotypes at Early Flowering Stage. Research
Journal of Environmental Sciences. (3): 345-350.
Jean-Claude Kader (1996). Lipid-transfer proteins in
plants. Annual Reviews. Plant Physiology, 47:
627-654.
Trần Thị Phương Liên, Lê Thị Thu Hiền, Nguyễn Đăng
Tôn, Cao Xuân Hiếu, Nông Văn Hải, Lê Thị Muội,
Trần Đình Long (2003). Nghiên cứu sự đa dạng
của gen chaperonin CCT ở cây đậu tương. Tạp
chí Sinh học, 25(3): 77-82.
4. KẾT LUẬN
Khả năng chịu hạn của 25 giống lúa cạn địa
phương ở giai đoạn mạ đã được xác định. Trong
đó, giống Gb là giống có khả năng chịu hạn tốt
nhất còn thấp nhất là giống Klk.
Longenberger, Polly; Smith, Wayne; Burke, John;
McMichael, Bobbie (2007). Drought tolerance
classification via chlorophyll fluroescence in
upland cotton (Gossypium hirsutum L.).
Characterization and enhancement of plant
resistance to water-deficit and thermal stresses.
Plant Stress and Germplasm Development. ASA-
CSSA-SSSA Annual Meeting Abstracts.
Đã thiết lập sơ đồ hình cây thể hiện mối
quan hệ di truyền của 25 giống lúa cạn và xác
định hệ số tương đồng giữa các giống lúa cạn là
79% đến 92% bằng kỹ thuật RAPD với 20 mồi
ngẫu nhiên.
Masuta, C., Furuno, M., Tanaka, H., Yamada, M. and
Koiwai, A. (1992). Molecular cloning of a cDNA
clone for tobacco lipid transfer protein and
expression of the functional protein in Escherichia
coli. FEBS Lett, 311 (2): 119-123
Đã phân lập và xác định được chính xác
trình tự gen mã hoá LTP từ hai giống lúa cạn
địa phương có khả năng chịu hạn khác nhau. Độ
tương đồng về trình tự gen LTP của giống Giằng
bau với giống Yukihikari của Nhật Bản là 100%
và giữa giống Giằng bau với giống Khẩu lẩy
khao có độ tương đồng là 98,1%. Trong trình tự
amino acid của protein LTP của giống Khẩu lẩy
khao có sự gia tăng lượng amino acid valine, còn
ở giống Giằng bau là loại amino acid leucine.
Chu Hoàng Mậu, Nguyễn Thị Thu Hiền (2007). Đánh
giá khả năng chịu hạn và tách dòng gen mã hoá
protein dehydrin (LEA-11) của một số giống đậu
tương (Glycine max L.) địa phương miền núi. Tạp
chí Sinh học, 29 (4): 31-41.
Chu Hoàng Mậu, Nguyễn Vũ Thanh Thanh, Trần Thúy
Liên, Nguyễn Thị Mai Lan (2009). Tách dòng gen
LTP (Lipid transfer proteins) của cây đậu xanh,
Tạp chí Khoa học và Công nghệ-Đại học Thái
Nguyên, 52 (4): 94-98.
Mukai, T., Sakaki, T. and Akiyama,T. (2003). A gene
coding for putative lipid transfer protein (LTP) is
down-regulated by drought stress, ABA and
methyl jasmonate in ric. (Oryza sativa L.). Oryza
sativa (japonica cultivar-group) lipid transfer
protein-like protein (LTP1) mRNA, complete cds.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Arunyanark, A; Jogloy, S; Akkasaeng, C; Vorasoot,
N; Kesmala, T; Nageswara Rao, R. C; Wright, G.
C;Patanothai, A. (2008). Chlorophyll stability is an
indicator of drought tolerance in peanut. Journal of
Agronomy and Crop Science, 194(2): 113-125.
1104
Nguyễn Thị Ngọc Lan, Nguyễn Như Khanh, Chu Hoàng Mậu
Rohlf FJ, (2000). NTSYS-pc: Numerical taxonomy and
multivariate analysis system, version 2.1. Exeter
Software, Setauket, New York.
Trần Nguyên Tháp (2001). Nghiên cứu xác định một số
đặc trưng của các giống lúa chịu hạn và chọn tạo
giống lúa chịu hạn CH5. Luận án Tiến sỹ Nông
nghiệp. Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt
Nam.
Sambrook J., Russell D.W. (2001). Molecular Cloning.
A Laboratory Manual. 3rd Edition, Cold Spring
Haror Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.
Torres-Schumann, S., Godoy, J.A. and Pintor-Toro,
J.A. (1992). A probable lipid transfer protein gene
is induced by NaCl in stems of tomato plants. Plant
Mol. Biol, 18 (4): 749-757.
Somerville C, Briscoe J (2001). Genetic engineering
and water. Science, 292: 2217.
Thoma, S., Hecht, U., Kippers, A., Botella, J., De
Vries, S. and Somerville, C. (1994). Tissue-
specific expression of a gene encoding a cell wall-
localized lipid transfer protein from Arabidopsis.
Plant Physiol, 105 (1): 35-45
Tchang, F., This, P., Stiefel, V., Arondel, V., Morch,
M.-D., Pages, M., Puigdomenech, P. Grellet, F.,
Delseny, M., Bouillon, P., Huet, J.-C., Guerbette,
F., Beauvais-Cante, F., Duranton, H., Pernollet, J.-
C. and Kader, J.-C. (1988). Phospholipid transfer
protein: full-length cDNA and amino acid
sequence in maize. Amino acid sequence
homologies between plant phospholipid transfer
proteins. J. Biol. Chem., 263 (32): 16849-16855
Zhang JZ, Creelman RA, Zhu J-K. (2004). “From
laboratory to field. Using information from
Arabidopsis to engineer salt, cold, and drought
tolerance in crops”. Plant Physiol, 135: 615-621.
1105
10 trang
08/01/2024
1240
Bạn đang xem tài liệu "Khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn địa phương (Oryza Sativa L.)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- kha_nang_chiu_han_cua_mot_so_giong_lua_can_dia_phuong_oryza.pdf
