Nghiên Cứu Đa Dạng Di Truyền Cây Bí Đỏ Bằng Chỉ Thị Hình Thái

thuần và giống ưu thế lai đáp ứng thị hiếu của thị trường và khả năng chịu hạn, chịu nhiệt, và đặc biệt là chống chịu các loại bệnh trên cây bầu bí.

Đối với chi Cucurbita nói riêng và cây trồng nói chung, hoạt động mô tả, đánh giá nguồn gen lý tưởng được thực hiện một cách hệ thống kết hợp trên nhiều phương diện như thông tin về ngôn ngữ học (tên gọi), nguồn gốc địa lý, điều kiện trồng trọt, thông tin về hình thái học, về sinh hoá và về phân tử. Điều này giúp vừa bảo tồn, vừa sử dụng tập đoàn nguồn gen hiệu quả nhất.

Theo Ales Lebeda et al., (2006) [26], để phân tích đa dạng nguồn gen cây họ bầu bí, có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, từ phân tích các đặc điểm hình thái nông học, protein đến các đặc điểm của phân từ ADN. Tuy nhiên cho tới nay, ở hầu hết các quốc gia, đặc biệt các nước đang phát triển, nghiên cứu đánh giá đa dạng nguồn gen cây họ bầu bí vẫn chỉ sử dụng phương pháp truyền thống- phương pháp phân tích kiểu hình là chủ yếu và vẫn có giá trị lớn: tập trung vào những tính trạng đặc trưng có giá trị về nông học và sàng lọc những đặc điểm hữu ích của nguồn gen.

Tác giả Le et al., (2018) [41] tổng hợp từ một số nghiên cứu của nhóm tác giả thì đa dạng nguồn gen cây bí đỏ là rất cao cả về loài và dưới loài, thể hiện ở sự biến động lớn về hình thái của hoa, quả và hạt thấy rằng cần phải nghiên cứu sâu hơn về nguồn gen bí đỏ nhất là về khai thác sử dụng hiệu quả nguồn gen bí đỏ mang tính bền vừng. Đa dạng di truyền nguồn gen bí đỏ còn là vật liệu ban đầu cho những nghiên cứu cơ bản, công nghệ sinh học; và là nền tảng cho việc chọn lọc và cải tiến giống bí đỏ, tạo thêm sự đa dạng của các loại thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.

1.5.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền cây bí đỏ bằng chỉ thị hình thái‌

Trong nghiên cứu tập đoàn mẫu giống bí đỏ, các đặc điểm hình thái có tính ổn định di truyền cao được sử dụng như một chỉ thị để phân tích đa dạng di truyền giữa các mẫu giống bí đỏ. Theo phương pháp này, tất cả các tính trạng cần được theo dõi đánh giá với mỗi mẫu giống trong tập đoàn nghiên cứu. Sau đó lựa chọn bộ số liệu từ 15-20 tính trạng có tính ổn định di truyền cao để phân tích bằng các mô hình toán thống kê xác định mức độ đa dạng thông qua cây sơ

đồ phát sinh và hệ số tương đồng/khác biệt. Hiện nay, thường sử dụng phần mềm NTSYS pc2.1 để thiết lập bảng hệ số tương đồng và xây dựng sơ đồ mối quan hệ giữa các mẫu nguồn gen [3]. Trên thế giới, chỉ thị hình thái được sử dụng kết hợp với chỉ thị sinh hóa và chỉ thị phân tử đã khá thành công trong việc đánh giá đa dạng nguồn gen, phân loại chi Cucurbita.

Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen cây bí đỏ đã được nhiều tác giả trên thế giới tiến hành nhằm mục đích đưa ra những cơ sở dữ liệu cung cấp thông tin cho các nhà chọn giống sử dụng khi phát triển các giống mới đối với các tính trạng theo hướng như năng suất, chất lượng cũng như tính chống chịu của chúng [50], [61], [65], [75].

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 201 trang tài liệu này.

Nghiên cứu của Mutschler et al., (1987) [86] chỉ ra rằng, hình dạng và kích thước quả là tính trạng đa gen không tuân theo qui luật Menden. Hai gen đã xác định được có liên kết đến hình dạng quả. Ở C. pepo, gen Di qui định quả hình đĩa (disc) trái ngược với hình quả lê (pyriform) hoặc dạng hình cầu. Loài C. moschata, alen Bn qui định quả hình lê dài (butternut), ngược lại đồng hợp tử lặn (bnbn) qui định quả hình cong cổ (elongated crookneck). Loài C. pepo có màu sắc quả rất khác nhau, hơn một chục gen đã được xác định, một số trong đó là đa alen có xảy ra một số tương tác không cộng gộp. Hai trong số các locut gen quan trọng nhất là đa alen l-1 và l-2. Màu tối, màu sắc đậm của quả trong suốt quá trình phát triển của nó là kết quả của sự tương tác bổ sung của hai alen trội hàng đầu L-1 và L-2, khi một trong hai hoặc cả hai gen l là đồng hợp tử lặn, quả có màu sáng. Gen W là trội so với w, biểu hiện ra ngoài là màu quả sáng bằng cách ngăn chặn sự tích tụ của các sắc tố màu xanh lá cây và màu da cam. Gen Wf qui định màu thịt quả trắng và trội so với wf qui định thịt quả có màu; bằng cách ngăn chặn sự tích tụ của sắc tố màu vàng, nó bổ sung cho gen W qui định màu cam nhạt hoặc màu trắng ở quả chín. Có 2 - 4 alen trội chi phối mở rộng màu vàng vào cuống và tràng hoa. Alen trội B tương tác với alen trội L - 2 để cho thịt quả có màu cam đậm.

Trong chi Cucurbita, sự đa dạng về kiểu hình trong ba loài C. maxima,

C. moschata và C. pepo được nghiên cứu nhiều nhất. Sự đa dạng lớn nhất thể

hiện ở sự biến động về hình dạng quả, kích cỡ quả, màu sắc hoa văn trên vỏ quả và hình thái hạt giống. Trên cơ sở đa dạng hình thái cho thấy mức độ cao của đa dạng di truyền, và còn rất nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu để hiểu biết đầy đủ về sự đa dạng dưới loài của 3 loài này. Phân tích đa dạng di truyền của chúng cần thiết phải tiến hành đồng thời dựa trên đa dạng hình thái (kiểu hình) và đa dạng phân tử (kiểu gen) [24], [36], [71], [77].

Ferriol et al., (2004) [51] đã công bố loài C. maxima có sự đa dạng di truyền cao cả về mặt hình thái và phân tử. Sự đa dạng được thể hiện ở mức độ phong phú của các giống địa phương, giống thương mại về dạng hình sinh trưởng, hình dạng, màu sắc của quả và hạt, mức kháng của virus và thời gian sinh trưởng [74]. Kết quả phân tích biến động hình thái trong các giống bí đỏ Tây Ban Nha [51], đã xác định được 8 nhóm kiểu hình khác nhau, nhưng sự phân nhóm này không hoàn toàn thống nhất với kết quả phân tích chỉ thị AFLP và S-SAP, nhận định rằng có thể đánh giá đa dạng dạng di truyền thực hiện ở mức độ mẫu nhỏ và chỉ ở trên một số địa phương tại đây, chưa thể đánh giá được đầy đủ so với mức độ đa dạng hình thái rất cao của loài này.

Một nghiên cứu năm 1995, của Lira-Saade [74], cho rằng sự đa dạng dưới loài của C. pepo là tương đương hoặc cao hơn ở C. maxima. Sau đó, Decker- Walters et al., (2002) [40] đã sử dụng chỉ thị RAPD để phân tích đa hình quần thể loài C. pepo ở Châu Mỹ. Các giống địa phương và giống thương mại được phân ra ít nhất là 10 nhóm giống liên quan đến hình dạng và chất lượng quả, điều này phản ánh lịch sử tiến hóa của chúng.

C. moschata được trồng ở những nơi có độ cao khác nhau ở cả trong và ngoài Châu Mỹ đã khiến cho loài này tiến hóa thích nghi với các điều kiện môi trường khác nhau [29]. Có sự đa dạng đáng kể về kiểu hình dưới loài về đặc điểm hình thái quả và hạt (màu sắc, hình dạng, độ dày, độ cứng vỏ quả) [28]. Sự tồn tại của giống với thời gian sinh trưởng khác nhau trong các hệ thống nông nghiệp khác nhau trên thế giới và các giống địa phương chịu tác động mạnh mẽ của các phương thức canh tác truyền thống dẫn đến sự biến động về di truyền rất lớn [100]. Từ hai nhóm giống địa phương có thời gian

sinh trưởng ngắn và dài trên bán đảo Yucatans người ta đã tạo ra hầu hết các giống thương mại trong vùng. Ở các tiểu bang Mexico của Guanajuato và Chiapas, các giống địa phương có khả năng chống một số bệnh do virus gây ra đã được đưa vào chương trình cải thiện di truyền các giống bí đỏ [74].

Nghiên cứu của Ahmet Balkaya et al., (2010) [25], cho rằng đặc điểm hạt của các giống bí đỏ địa phương thuộc C. moschata thu thập trên lãnh thổ Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy sự thay đổi đáng kể trong kiểu gen qui định màu sắc, hình dạng, độ sáng, kích thước, và trọng lượng của hạt giống. Theo kết luận, đánh giá quần thể trong nghiên cứu này biểu hiện sự đa dạng của các đặc điểm hạt giống để lựa chọn và kết hợp các kiểu gen đáng quan tâm về đặc điểm hạt để phát triển giống bí lấy hạt.

Trong một nghiên cứu khác, Xiaohua Du et al., (2011) [118], cho rằng tính đa dạng di truyền và sự khác biệt di truyền giữa các dòng thuần của loài

C. moschata là điều cần thiết để có cơ sở tạo giống lai. Hai mươi tính trạng nông học đã được nghiên cứu và sự đa dạng phong phú đã được thể hiện trong 39 dòng thuần C. moschata của Trung Quốc. Dựa theo mức độ tương đồng khác nhau giữa các tính trạng, có thể tóm tắt sự đa dạng trong 20 tính trạng theo 3 thành phần chính: lá, quả và yếu tố chất lượng thịt quả. Tuy nhiên, dòng thuần bố mẹ có con lai biểu hiện ưu thế lai cao về khối lượng quả, hàm lượng chất rắn hoà tan (soluble solid) và dạng quả được phân vào các nhóm hoặc tiểu nhóm khác nhau. Có ý kiến cho rằng các kiểu gene trong các cụm tương tự có thể đại diện cho các thành viên của một nhóm ưu thế lai.

1.5.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền cây bí đỏ bằng chỉ thị phân tử ADN‌

Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen cây bí đỏ đã được nhiều tác giả trên thế giới tiến hành nhằm mục đích cung cấp thông tin cho các nhà nghiên cứu để phát triển các giống mới với các tính trạng mong muốn năng suất, chất lượng, chống chịu [59], [65], [50], [75].

Nghiên cứu đa dạng dưới loài bí đỏ C. moschata bằng chỉ thị ADN cũng được Trung Quốc rất quan tâm trong thời gian gần đây. Theo Junxin Wu et

al., (2011) [57], nghiên cứu đặc điểm phân tử, sử dụng chỉ thị AFLP được tiến hành với các mẫu nguồn gen của C. moschata thu thập ở Trung Quốc và một số nguồn gen từ các nước khác cho thấy một mức độ đa hình cao. Các mẫu nguồn gen từ Trung Quốc được phân thành hai cụm, phân biệt rõ ràng với các mẫu nguồn gen có nguồn gốc từ Mexico, Guatemala, Honduras và Ecuador. Nhóm giống Trung Quốc có liên quan về di truyền chặt chẽ với nhóm giống của các nước châu Á khác (Ấn Độ và Nhật Bản). Nhìn chung, các mẫu nguồn gen từ châu Mỹ có một số lượng lớn các locus độc đáo hơn so với các mẫu nguồn gen ở Trung Quốc. Sự khác biệt có thể là do một số hạn chế về du nhập và trôi dạt di truyền. Châu Mỹ là trung tâm nguồn gốc của C. moschata và do đó đa dạng hơn. Với phân tích chỉ thị AFLP, các mẫu nguồn gen chia theo nhóm không có sự liên quan rõ ràng theo hình dạng quả.

Một nghiên cứu khác của Marilene Hilma et al., (2012) [71], với vật liệu là giống địa phương Cucurbita thu thập từ các trang trại nhỏ ở Brasil, sử dụng chỉ thị RAPD và ISSR kết quả nghiên cứu cho thấy, hai chỉ thị phân tử này rất hiệu quả trong việc phân nhóm giữa các loài (C. moschata, C. maxima, C. pepo), nhưng đã không hiệu quả trong phân tích sự đa dạng giống của từng loài cụ thể. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cho thấy có sự đa dạng di truyền cao khi phân tích chỉ thị hình thái đối với các tính trạng quả như kích cỡ, hình dạng và màu sắc vỏ quả. Trên cơ sở đó đã kết luận, về cơ bản, có thể phân biệt các mẫu nguồn gen bản địa/địa phương một cách tốt hơn bằng cách sử dụng đặc điểm hình thái học và nông học. Theo nghiên cứu sơ bộ đánh giá về kỹ thuật gieo trồng (việc trộn lẫn hạt giống địa phương và thương mại khi gieo hạt) và trộn lẫn giữa các giống địa phương cũng là nguyên nhân tạo ra sự đa dạng cao của nguồn gen C. moschata ở một số địa phương của Brasil.

Một thực tế khác đáng được đề cập là thông thường tên gọi của giống địa phương được gọi rất khác nhau điều này gây ra sự thiếu chính xác khi xác định các mẫu nguồn gen. Tại bang Rio de Janeiro, hầu hết các sản xuất nông nghiệp được thực hiện bởi người nông dân, những người chịu trách nhiệm cho hầu hết các loại rau thương mại tại các thị trường địa phương. Cạnh tranh về năng suất

và chất lượng sản phẩm của họ tại thị trường dẫn đến việc sử dụng các giống cải tiến với các kiểu gen có sẵn, do đó loại bỏ các nguồn gen bản địa, làm ảnh hưởng việc bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền quan trọng. Thành phần đa dạng di truyền được lưu giữ duy trì trong các quần thể cây trồng truyền thống được các gia đình nông dân quản lý, lưu giữ trên đồng ruộng, là kết quả của một quá trình lựa chọn lâu dài và đa dạng, điều chỉnh phù hợp với thực tế địa phương. Do đó cho thấy, những nỗ lực của cộng đồng là vô cùng cần thiết để duy trì sự đa dạng di truyền này. Điều này không chỉ cần thiết ở Brasil mà còn cần thiết ở tất cả các nước có trồng bí đỏ trong đó có Việt Nam.

Nghiên cứu đa dạng nguồn gen Cucurbita sử dụng chỉ thị ADN được nhiểu tác giả sử dụng với sự đa dạng các mẫu giống bí đỏ từ các vùng địa lý khác nhau như chỉ thị RAPD [45], [53], [112]; chỉ thị SSR [62],[63],[80],

[90], [103].

Khi tiến hành nghiên cứu 64 mẫu giống bí đỏ thuộc loài C. pepo thu thập từ các địa phương khác nhau của Trung Quốc, nhóm tác giả Wang et al., (2020) [109], sử dụng 45 tính trạng hình thái và 300 chỉ thị SSR thấy rằng mối tương quan giữa đa dạng về hình thái và phân tử ở mức trung bình. Sự phân tích đa dạng chi Cucurbita sử dụng các chỉ thị ADN cũng đã được thực hiện nhưng chưa nhiều. Trong chi Cucurbita, loài C. pepo được nghiên cứu đa dạng nguồn gen mức độ phân tử ADN nhiều nhất [36], [45], [60], [89]. Tiếp đó là loài C. moschata với việc thiết lập quan hệ di truyền giữa các giống và giữa các loài với nhau [30], [38], [79], [94], [108].

Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền của 20 nguồn gen bí đỏ C. moschata thu thập từ các vùng khác nhau của Ấn Độ thông qua việc đánh giá các tính trạng hình thái và ADN đa hình khuếch đại ngẫu nhiên (RAPD) Muralidhara & Narasegowda (2014)[78] thấy rằng: đã có tổng cộng 21 điểm được tạo ra từ 3 mồi RAPD, trong đó có 1 mồi là đơn hình, 1 mồi là đa hình. Một nhóm là các kiểu gen thành 2 cụm A và B ở khoảng cách liên kết 9. Cụm B là nhóm chính bao gồm 12 nhóm, kiểu gen CM - 14 thấy rằng đa dạng các kiểu gen khác được nhóm lại dưới cụm B. Cụm B lại

được chia thành 6 nhóm phụ. Cụm A thứ hai bao gồm 8 phần được phân tách ở 3 khoảng cách liên kết và được chia thành 2 nhóm. Ma trận khác biệt di truyền dựa vào khoảng cách di truyền dựa trên khoảng cách bình phương, thấy rằng sự khác biệt tối đa (10%) giữa các kiểu gen Bangalore local - 2 và Magadi local và sự khác biệt tối thiểu (1%) giữa CO - 2 và Solan Badam, CO

- 2 và Banganlore - 1, KIC - 1 và IIHR - 5.

Murovec et al., (2015) [85] đã tiến hành đánh giá 51 dòng bí được thu thập từ nhiều nguồn và quốc gia khác nhau, với đặc điểm vỏ hạt khác nhau. Phân tích di truyền sử dụng 18 chỉ thị phân tử SSR cho thấy 37,59% tổng số đa dạng di truyền là do sự khác biệt giữa các quần thể và 62,41% do sự khác biệt của các cá thể trong quần thể. Sự khác biệt di truyền trung bình giữa các dòng từ 0,030 đến 0,760.

Những năm gần đây, Nontuthuko et al., (2015) [85] sự đa dạng di truyền của 7 dòng C. pepo bằng sử dụng các chỉ thị phân tử (RAPD) và chỉ thị (SSR) cho thấy trong 36 và 55 mồi thử nghiệm, có 9 mồi RAPD và 10 mồi SSR được chọn vì có khả năng tái lập và tính đa hình cao. Sử dụng RAPD đã phát hiện 100 băng, có đến (94%) băng được coi là đa hình. Các chỉ thị SSR cho tổng số 56 alen, trong đó 38 (68%) alen là đa hình. Các kích thước của các băng dao động từ 75 đến 1800 bp và từ 124 đến 251 bp tương ứng trong các chỉ thị RAPD và SSR. Sự khác biệt về di truyền giữa các quần thể dao động từ 0,0022 và 0,0100 với chỉ thị RAPD và từ 0 đến 0,0076 với chỉ thị SSR. Cả hai kỹ thuật đều phân biệt các dòng rất hiệu quả, nhưng chỉ có chỉ thị RAPD mới có thể phân biệt các dòng theo sự thay đổi màu sắc của quả khi trưởng thành cũng như nguồn gốc nông sinh học của chúng.

Theo Moya-Hernández et al., (2018) [76] phân tích phân nhóm khi sử dụng chỉ thị AFLP cho thấy 89,4-99,4% sự giống nhau trong bộ gen của một số loài Cucurbita được thu thập ở các địa điểm khác nhau. Kết quả nghiên cứu của Gong et al., 2012 [49] cho thấy, giá trị khoảng cách di truyền trung bình giữa các loài Cucurbita dao động từ 0,37 đến 0,78.

Nhóm nghiên cứu Daniela et al., (2018) [34] đã tiến hành đánh giá mức độ đa dạng di truyền của 9 quần thể Cucurbita argyrosperma sử dụng 20 cặp mồi SSR. Kết quả tám mươi bảy alen với 75% đến 100% locut đa hình đã được xác định. Sự đa dạng di truyền càng lớn trong các quần thể C. argyrosperma hoang dại có thể là sản phẩm của sự tái tổ hợp giữa những quần thể này được thúc đẩy bởi sự thụ phấn và sự chọn lọc của con người.

Njung’e et al., (2019) [84] đã tiến hành đánh giá đa dạng di truyền một số loài C. pepo sử dụng 39 chỉ thị phân tử SSR. Kết quả cho 132 alen, trung bình 4,40 alen trên mỗi locut và có thông tin đa hình trung bình (PIC) và đa dạng kiểu gen tương ứng là 0,44 và 0,49.

Chỉ thị phân tử (molecular marker) hay chỉ thị ADN là một loại chỉ thị di truyền, bao gồm những đặc tính sinh học được xác định bằng dạng hình alen gen hoặc locut gen và có thể được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác [8]. Chỉ thị ADN là chỉ thị đại diện cho các vị trí cụ thể trên nhiễm sắc thể, là loại chỉ thị phổ biến nhất, không phụ thuộc vào các giai đoạn phát triển của cây và không bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường [12].

Chỉ thị ADN gồm nhiều loại khác nhau, như RAPD, RFLP, SSR, AFLP, v.v… đã được sử dụng để mô tả nguồn gen họ bầu bí, nghiên cứu mối quan hệ phát sinh ở mức độ trên loài, loài và dưới loài. Chỉ thị plasmid cũng được dùng trong nghiên cứu ADN lục lạp, làm cho chúng đặc biệt có giá trị cho việc thể hiện mối quan hệ phát sinh ở mức độ loài hoặc cao hơn mức độ loài và làm sáng tỏ mối quan hệ giữa những nhóm Cucurbita đã được thuần hoá [35], [113].

Ngày nay, các chỉ thị phân tử được xem là công cụ đánh giá đa dạng di truyền hiệu quả. Các chỉ thị phân tử cung cấp một lượng thông tin, mô tả các mẫu giống nghiên cứu. Có nhiều kỹ thuật, loại chỉ thị phân tử khác nhau, một số chỉ thị đã được sử dụng để phân tích đa dạng di truyền nguồn gen bí đỏ như RAPD, RFLP, AFLP, SSR, ISSR … và phương pháp sử dụng dữ liệu trình tự ADN.