Đa dạng di truyền của quần thể cây cao su Rondonia Hevea brasiliensis Muell. Arg. được bảo tồn tại Việt Nam

VŨ VĂN TRƯỜNG

ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ CÂY CAO SU

RONDONIA (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) ĐƯỢC BẢO TỒN TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khoa học Cây trồng Mã số : 9.62.01.10

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 190 trang tài liệu này.

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022

VŨ VĂN TRƯỜNG

ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA QUẦN THỂ CÂY CAO SU

RONDONIA (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) ĐƯỢC BẢO TỒN TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khoa học Cây trồng Mã số : 9.62.01.10

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

1. Tiến sĩ Huỳnh Văn Biết

2. Tiến sĩ Vincent Le Guen

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu mà tôi đã trực tiếp tiến hành và tổ chức thực hiện, dưới sự hướng dẫn của TS. Huỳnh Văn Biết và TS. Vincent Le Guen. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và đã được công bố từng phần trên các Tạp chí trong và ngoài nước.

Tác giả luận án

Vũ Văn Trường

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, quý Thầy Cô Phòng Đào tạo Sau Đại học và Khoa Nông học của Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã quan tâm tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án.

Chân thành cảm ơn quý Thầy TS. Huỳnh Văn Biết và TS. Vincent Le Guen đã cùng đồng hành trong suốt quá trình thực hiện chương trình đào tạo tiến sĩ.

Chân thành cảm ông Phan Thành Dũng, Viện trưởng Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam đã tạo điều kiện về thời gian và cũng như hỗ trợ kinh phí thực hiện.

Xin cảm ơn Ông Lê Mậu Túy, nguyên Trưởng Bộ môn Giống, TS. Trần Thanh, nguyên Trưởng phòng Nghiên cứu Di truyền - Giống và toàn thể cán bộ nghiên cứu của Phòng Nghiên cứu Di truyền - Giống đã hỗ trợ, giúp đỡ và cũng như đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Lời cảm ơn thân thành xin được gửi đến gia đình, người thân và bạn bè thân hữu đã động viên tinh thần để tôi hoàn thành chương trình học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.

Tác giả luận án

Vũ Văn Trường

TÓM TẮT

Đề tài “Đa dạng di truyền của quần thể cây cao su Rondonia (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) được bảo tồn tại Việt Nam” đã thực hiện từ năm 2016 đến năm 2021. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá di truyền ở mức độ phân tử một phần của bộ sưu tập quỹ gen cây cao su ở Việt Nam nhằm xác định sự đa dạng, mối quan hệ di truyền giữa các nguồn gen và tiềm năng của các mẫu giống có nguồn gốc từ bang Rondonia (Brazil) để sử dụng hiệu quả và bền vững trong dài hạn. Đề tài được thực hiện gồm 5 nội dung (i) kiểm tra chất lượng mẫu DNA được sử dụng trong nghiên cứu; (ii) đánh giá khả năng tạo băng đa hình của các chỉ thị SSRs và đa dạng di truyền của các nguồn gen cây cao su; (iii) xác định mối quan hệ di truyền giữa các mẫu giống và giữa các nhóm giống cao su dựa vào chỉ thị SSRs; (iv) phân tích cấu trúc di truyền của các mẫu giống cao su có nguồn gốc từ bang Rondonia (Brazil) đang bảo tồn ở Việt Nam; (v) mối quan hệ giữa các mẫu giống cao su tiềm năng về sinh trưởng và năng suất mủ trong mỗi nhóm giống được sưu tập từ bang Rondonia (Brazil).

Bộ mẫu giống đưa vào nghiên cứu gồm 1.127 mẫu DNA được ly trích từ lá cao su đều đạt yêu cầu chất lượng và nồng độ cho phản ứng PCR với chỉ thị SSRs; Sản phẩm PCR của các mẫu giống với 15 chỉ thị SSRs có tỷ lệ thành công đạt 98%. Mức độ đa hình cao của 15 chỉ thị SSRs tạo ra từ các mẫu giống cao su với số lượng đạt từ 15 đến 47 băng đa hình, do đó 15 chỉ thị SSRs được ứng dụng để đánh giá đa dạng di truyền cho các nguồn gen cao su ở Việt Nam là phù hợp và đáng tin cậy. Tất cả các nhóm giống cao su có nguồn gốc từ các tiểu vùng thuộc bang Rondonia (Brazil) là rất đa dạng di truyền với các chỉ số di truyền cao, số allele trung bình (Na) đạt 13,7 và dị hợp tử kỳ vọng (He) đạt 0,78; nguồn gen cây cao su được sưu tập từ bang Rondonia đa dạng di truyền hơn các nguồn gen đã được chọn tạo giống như nguồn gen Wickham và Wickham x Amazon, kể cả nguồn gen hoang dại từ bang Mato Grosso (Brazil). Nguồn gen Wickham đã xảy ra hiện tượng thoái hóa giống, nhưng nguồn gen từ bang Rondonia vẫn còn nguyên trạng ban đầu từ khi đưa vào bảo tồn tại Việt Nam. Dựa vào 15 chỉ thị SSRs đã phát hiện 105 mẫu giống có quan hệ di

truyền với các mẫu giống khác từ 95% đến 100% bao gồm 85 cặp mẫu và 10 bộ ba trong số 1.127 mẫu giống. Bên cạnh đó, những mẫu giống từ cùng một tiểu vùng sưu tập thuộc bang Rondonia (Brazil) đã nhóm lại với nhau theo từng cụm di truyền riêng biệt và biến lượng di truyền chủ yếu là do nội tại của các mẫu giống (74%), nhưng giữa các nhóm giống vẫn có sự khác biệt di truyền và giữa các nhóm giống có mối quan hệ di truyền gần gũi hơn so với các nguồn gen khác. Đối với nguồn gen Wickham và Wickham x Amazon, biến lượng di truyền giữa các mẫu giống đã giảm đáng kể và không khác biệt, nhưng giữa hai nguồn gen vẫn có sự khác biệt di truyền. Những mẫu giống cao su từ bang Rondonia (Brazil) đang bảo tồn ở Việt Nam chủ yếu được hình thành từ hai nguồn gen, một nguồn gen gồm các mẫu giống từ tiểu vùng Ariquemes, một nguồn gen khác gồm các mẫu giống từ tiểu vùng Costa Marques, Ji-Parana và Ouro Preto; giữa hai nguồn gen có mối quan hệ di truyền gần gũi hơn so với các nguồn gen bên ngoài bang Rondonia. Cấu trúc di truyền của các nguồn gen phù hợp với các tiểu vùng địa lý được sưu tập và giữa các mẫu giống trong cùng một tiểu vùng có quan hệ di truyền gần gũi hơn so với mẫu giống từ các tiểu vùng khác. Nguồn gen cao su hoang dại từ bang Rondonia (Brazil) đã thể hiện khả năng sinh trưởng khỏe, nhưng biến thiên thấp (17%); trong khi, năng suất mủ thấp nhưng biến thiên rất cao (90%). Những mẫu giống có sinh trưởng khỏe và năng suất mủ cao gần như không phụ thuộc vào số lượng mẫu của các nhóm giống; những mẫu giống có tiềm năng vượt trội chỉ tập trung một số nhóm giống và đồng thời cũng xuất hiện trên cụm di truyền từ cây phả hệ thuộc về các nhóm giống tương ứng đó, những mẫu giống vừa có sinh tưởng khỏe và năng suất mủ tập trung ở nhóm giống RO/C/9 và RO/JP/3; mẫu giống có sinh trưởng khỏe thuộc về nhóm giống RO/A/7 và RO/C/8.

SUMMARY

The study entitled “Genetic diversity of the Rondonia rubber tree (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) population conserved in Vietnam” was carried out from 2016 to 2021. This study aimed to genetically evaluate a part of the Hevea germplasm in Vietnam at a molecular level to evaluate genetic diversity, the genetic relationship between the genetic resources, and the potential of the rubber accessions for efficient and sustainable use in the long term breeding program. The objectives of this research were: (i) to examine the quality of DNA samples used in this study; (ii) to assess polymorphic banding patterns of SSR markers and genetic diversity of Hevea genetic resources; (iii) to determine the genetic relationship among the accessions and between groups of accessions collected from different geographical regions based on SSR markers; (iv) to analyze the genetic structure of rubber accessions originating Rondonia, Brazil which are being conserved in Vietnam; (v) to evaluate the relationship between potential rubber accessions in terms of growth and latex yield in each geographical group of accessions.

A set of 1,127 accessions was included in this study, of which DNA samples were extracted from rubber leaves and met the quality and concentration requirements for PCR using SSR markers; the PCR products of these accessions were successfully generated using 15 SSR markers with the rate of 98%. The number of polymorphic bands resulting from amplification of DNA from these accessions using 15 SSR markers ranged from 15 to 47, indicating the high polymorphism of these SSR markers, thus application of these 15 SSR markers to assess the genetic diversity of Hevea genetic resources conserved in Vietnam were considered suitable and reliable. All geographical groups of accessions from Rondonia had high genetic diversity with the average number of alleles (Na) of 13.7, the expected heterozygosity (He) of 0.78; the genetic resources from Rondonia were more genetically diverse than Wickham, Wickham x Amazon genetic resources, and even the wild genetic resources from the state of Mato Grosso, Brazil. The Wickham genetic resource showed inbreeding

depression, but Rondonia genetic resources remained wild in the germplasm. Thanks to genetic evaluation using these 15 SSR markers, 105 accessions were detected to have close genetic relationships to other accessions from 95% to 100%, including 85 pairs and 10 triplets out of 1,127 accessions. In addition, the accessions collected from the same geographical regions of Rondonia were grouped into distinct genetic clusters, and the genetic variation was mainly occurred within accessions, accounting for 74% of the total genetic variability; however, the genetic variations among the geographical groups were also highly significant and the groups of genetic resources from Rondonia were more closely genetically related than those from other genetic resources. With regard to the Wickham and Wickham x Amazon genetic resources, the genetic variability detected between accessions was significantly reduced and there was no difference among accessions, but these two genetic resources were genetically different. The Rondonia conserved in Vietnam was primarily derived from two genetic pools, one of them was collected from the Ariquemes district and the other was from the Costa Marques, Ji-Parana, and Ouro Preto districts; it was obvious that these two genetic pools were genetically closer to each other than to the populations from outside of Rondonia. The genetic structure of the groups from the Rondonia population was in agreement with the geographical areas from which the studied accessions were collected, and there was more genetic proximity among the accessions within the same geographical groups than among geographical groups. The wild accessions collected from Rondonia exhibited vigorous growth but its variation was low (17%), while latex productivity was low but its variation was high (90%). The best growth and latex yield of the accessions were almost independent of the number of accessions in each accessions group. Interestingly, those accessions having outstanding growth and latex yield were found in accession groups which were also grouped into the same genetic clusters corresponding to groups in the phylogenetic tree. The accessions with both vigorous growth and high latex yield were found in the accession groups RO/C/9 and RO/JP/3, and the accession with vigorous growth belonged to the accession groups RO/A/7 and RO/C/8.