Ứng Dụng Công Nghệ Sinh Học Trong Chọn Giống Heo Một Số Kết Quả Bước Đầu

Ngày đăng: Jul 08, 2017 3:59:58 AM

TS. Chung Anh Dũng

Viện KHKT Nông nghiệp miền Nam – Phòng Công nghệ sinh học

1. Tầm quan trọng của ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống heo

Các chương trình chọn lọc cổ điển thường chỉ dựa vào các quan sát kiểu hình, tuy nhiên biện pháp này tỏ ra không hiệu quả trong một số trường hợp gen biểu hiện trễ hay chỉ biểu hiện trong một giới tính (gen liên kết giới tính). Trong trường hợp này chọn lọc kiểu gen tỏ ra hiệu quả hơn, có thể sử dụng sớm ở vật nuôi và cho kết quả ổn định hơn khi môi trường thay đổi.

Những tiến bộ của di truyền ứng dụng được dùng để chọn lọc các tính trạng số lượng ở vật nuôi dựa trên kiểu hình hay ước lượng các giá trị giống (Estimated Breeding Value-EBV) được thu nhận từ kiểu hình, mà trước đó không biết được những gen hay kiểu gen nào ảnh hưởng lên tính trạng. Việc ứng dụng CNSH trong lĩnh vực di truyền phân tử cho phép nghiên cứu cá thể ở mức độ DNA, chọn lọc trực tiếp các gen ảnh hưởng đến tính trạng quan tâm, hoặc số lượng các locus gen (Quantitative Trait Locus-QTL) quy định tính trạng hoặc chọn lọc các marker di truyền liên kết với QTL. Việc tìm ra các gen/QTL có nhiều lợi ích trong chương trình chọn lọc giống vật nuôi, cụ thể như: Làm tăng tính chính xác của chọn lọc thông qua các thông tin liên quan trực tiếp tới kiểu gen; Thiết lập bản đồ gen và sự đa hình di truyền các tính trạng; Thu hẹp khoảng cách giữa thế hệ bằng cách chọn lọc sơ các tính trạng khi các vật nuôi đang còn trẻ bởi gene/QTL cho phép kiểm tra tính trạng không phụ thuộc vào giới tính hay tuổi tác vật nuôi; Tăng độ chính xác khi chọn lọc trên những tính trạng khó như: sinh sản, chất lượng thịt, sức đề kháng bệnh… Giảm quần thể heo kiểm định/hậu bị do chọn lọc ngay chính (kiểu gene) bản thân.

Những thành tựu trong di truyền phân tử và chương trình nghiên cứu giải trình tự gen người đã có đóng góp đáng kể trong lĩnh vực phân tích gen động vật nói chung, trong đó có bộ gen heo. Vào đầu những năm 90 của thế kỷ trước, các nước khối EU đã bắt đầu tiến hành chương trình nghiên cứu genome của heo (PigMap), sau đó là các chương trình nghiên cứu bộ gen heo của Mỹ, Úc, Trung Quốc,… Mục đích của các chương trình này là nhằm tìm ra các chỉ thị di truyền phân tử phục vụ cho các chương trình chọn tạo giống được nhanh và chính xác hơn. Tính đến nay (19/08/2014) đã có 10.497 QTL trên heo đã được báo cáo từ 416 bài báo trên 647 tính trạng khác nhau, trong số đó chủ yếu tập trung vào các tính trạng: Chất lượng thịt (6.442 QTL), Sức khỏe (1.223 QTL), Sinh sản (1.032 QTL), Sản xuất (971 QTL) và tính trạng khác (829 QTL).

Ngày nay việc đánh giá di truyền kết hợp kiểu hình và các dữ liệu kiểu gen trong các phương pháp thống kê được dùng để ước tính giá trị giống vật nuôi. Hiện nay phương pháp chọn lọc có sự hỗ trợ của marker (MAS-Marker Assisted Selection) và phương pháp chọn lọc có sự hỗ trợ của gen (GAS-Gene/Genotypic Assisted Selection) được sử dụng trong việc chọn giống heo. Các phương pháp SHPT được ứng dụng trong việc xác định QTL hay kiểu gene là: RFLP, AFLP, RAPD… Tuy nhiên, phần lớn các tính trạng quan tâm đều là tính trạng số lượng, nghĩa là bị ảnh hưởng bởi nhiều QTL hay nhiều gene khác nhau nằm rải rác trên các nhiễm sắc thể của toàn bộ bộ gen. Vì vậy, nếu chỉ tập trung vào một hay một vài gene liên quan đến một tính trạng quan tâm (như phương pháp MAS hay GAS), công tác đánh giá ảnh hưởng của kiểu gen lên tính trạng sẽ chưa chính xác hoàn toàn, giá trị giống ước lượng sẽ chưa đạt giá trị cao. Do đó, các nhà khoa học đã phát triển một hệ thống kiểm tra bộ gen của một cá thể bằng cách xác định nhanh và cùng một lúc tất cả điểm thông tin di truyền có liên quan đến tính trạng quan tâm, mỗi điểm thông tin di truyền này được gọi là SNPs (single nucleotide polymorphism). Hệ thống kiểm tra toàn bộ bộ gene này được gọi là micro-array scanner (hay DNA microarray). Với hệ thống này, có thể kiểm tra cùng một lúc tất cả các gene (hay tất cà các SNPs) có liên quan đến tính trạng quan tâm. Phương pháp chọn giống dựa trên DNA microarray được gọi là Genomic Selection (GS).

2. Một số kết quả bước đầu ứng dụng CNSH trong chọn giống heo ở phía Nam

Từ nhận thức về tầm quan trọng của ứng dụng CNSH trong công tác chọn giống heo nêu trên, các công trình nghiên cứu gần đây đang tập trung theo hướng kết hợp giữa chọn lọc theo kiểu hình với chọn lọc theo kiểu gen. Một số kết quả bước đầu trong việc xác định các gen và kiểu gen liên quan đến tính trạng quan tâm, làm cơ sở dữ liệu để phục vụ công tác chọn giống heo như sau:

v Xác định ảnh hưởng của gen H-FABP lên khả năng sinh trưởng và chất lượng thịt heo (Chung Anh Dũng, Bùi Anh Xuân, Nguyễn Đắc Thành, Nguyễn Thị Bích Hiền, Tô Hoàng Yến, Nguyễn Hữu Tỉnh, Nguyễn Văn Hợp)

Nghiên cứu được thực hiện trên 410 cá thể heo giống thuộc 3 nhóm giống Duroc, Landrace và Yorkshire. Các kiểu gen H-FABP khác nhau được xác định dựa trên tính đa hình của nucleotide (SNPs) tại 3 vị trí là 1324TàC 1489TàC và 1811GàC, bằng phương pháp PCR-RFLP với 3 enzyme cắt giới hạn là HinfI, MspI và HaeIII (theo thứ tự SNPs). Mục tiêu là nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của kiểu gen H-FABP lên các tính trạng sinh trưởng (ADG, tăng khối lượng bình quân/ngày), tỷ lệ mỡ giắt (IMF), độ dày mỡ lưng (BFD) và độ dày thăn thịt (LD). Từ đó kết hợp với phương pháp BLUP nhằm tăng độ chính xác khi ước lượng giá trị di truyền (gọi là GEBV) của từng cá thể trên các tính trạng này Kết quả cho thấy:

- Đối với kiểu gen H-FABP/HaeIII : kiểu gen dd có ảnh hưởng tích cực lên tăng trọng (ADG) nhưng lại làm giảm chất lượng thịt, với tỷ lệ mỡ giắt (IMF) thấp, độ dầy mỡ lưng (BFD) cao. Kiểu gen DD giúp heo tăng trọng đạt mức bình quân toàn đàn nhưng chất lượng thịt heo tốt hơn hẵn, với tỷ lệ mỡ giắt và độ dầy thăn thịt (LD) tốt nhất.

- Đối với kiểu gen H-FABP/MspI : kiểu gen AA có ảnh hưởng tích cực nhất lên tăng trọng, mặc dù các chỉ tiêu chất lượng thịt không tốt bằng hai nhóm heo có kiểu gen còn lại, nhưng gần đạt mức bình quân chung của toàn đàn, nên có thể xem kiểu gen AA có ảnh hưởng tốt lên khả năng sản xuất của heo.

- Đối với kiểu gen H-FABP/HinfI : kiểu gen hh có ảnh hưởng tích cực nhất lên tăng trọng, nhưng tỷ lệ mỡ giắt lại thấp nhất. Vì vậy, nếu căn cứ vào kiểu gen để chọn lọc đàn heo có tỷ lệ mỡ giắt cao, kiểu gen HH là lựa chọn tốt nhất, trong khi kiểu gen hh lại giúp chọn ra những con heo có khả năng tăng trọng tốt nhất.

- Đối với kiểu gen H-FABP kết hợp (trên cả 3 vị trí đa hình của nucleotide): hai kiểu gen ddAAHh và ddAAhh có ảnh hưởng tốt nhất đến sinh trưởng nhưng lại có chất lượng thịt kém hơn khi tỷ lệ mỡ giắt thấp hơn và độ dầy mỡ lưng cao hơn bình quân chung toàn đàn. Trong khi đó, hai kiểu gen DDAaHH và DdAaHH có ảnh hưởng tốt nhất lên tỷ lệ mỡ giắt nhưng lại có khả năng sinh trưởn kém hơn bình quân chung toàn đàn. Xét tổng hợp trên cả 4 chỉ tiêu theo dõi về sinh trưởng và chất lượng thịt nêu ra, kiểu gen DdAAHH đáp ứng được ¾ chỉ tiêu chọc lựa, khi có mức ADG, IMF và LD cao hơn bình quân chung toàn đàn.

- Sự ảnh hưởng kết hợp giữa giống và kiểu gen H-FABP lên sinh trưởng và chất lượng thịt heo: nhóm giống heo Duroc với kiểu gen HH có chất lượng thịt tốt nhất, với IMF và LD đạt cao nhất. Trong khi đó, nhóm heo giống Landrace với hai kiểu gen AA và HH có độ dày mỡ lưng thấp nhất và nhóm giống heo Yorkshire với kiểu gen AA có mức tăng trọng cao nhất trong đàn. Có thể sử dụng kết quả này khi kết hợp sử dụng kiểu gen để chọn lọc heo trên từng giống khác nhau.

Kết quả gần đây của Gjerlaug-Enger và cộng sự (2014) nghiên cứu trên 4.576 con heo Landrace và 3.408 con heo Duroc, khi ước lượng giá trị giống bằng phương pháp đánh giá trên kiểu hình (EBV) so với ước lượng giá trị giống kết hợp với genomic (GEBV) bằng SNP chip trên tính trạng tỷ lệ mỡ giắt (IMF) được đo lường trong 6 năm từ 2008-2014, cho thấy độ chính xác của EBV chỉ đạt 0,36 (dao động từ 0,25-0,54 tùy giống heo), trong khi đó độ chính xác của GEBV là 0,63 (dao động từ 0,53-0,82 tùy giống heo). Kết quả này cho thấy ước lượng giá trị giống kết hợp với genomic có độ chính xác cao gấp đôi so với phương pháp truyền thống.

v Cải thiện khả năng sinh trưởng và chất lượng thịt heo bằng việc nâng cao tần suất gen PIT-1 trong đàn heo giống (Chung Anh Dũng, Bùi Phú Nam Anh, Hồ Quế Anh, Nguyễn Đắc Thành, Lương Thị Thu Thảo)

Kết quả khảo sát kiểu gen PIT1 tại hai vị trí đa hình của nucleotide tại vùng intron 3 (với enzym cắt MspI) và vùng intron 4 đến đầu 3’UTR (bằng enzym cắt RsaI) trên 132 con heo, để tìm sự ảnh hưởng của gen này lên sinh trưởng và chất lượng thịt heo:

- Trong kiểu gen Pit1-MspI, các allele C và D có ảnh hưởng ý nghĩa đến mức sinh trưởng/ngày, với allele C cho mức sinh trưởng/ngày lớn hơn. Đối với tính trạng tỷ lệ mỡ giắt, allele D lại có ảnh hưởng tích cực giúp tăng tỷ lệ mỡ giắt cao hơn so với allele C. Chưa thấy ảnh hưởng rõ rệt của các allele này đến độ dày mỡ lưng và độ dày thịt lưng trong quần thể quan sát.

- Để cải thiện tốc độ tăng trọng đàn heo, cần tăng tần suất allele C có lợi của gen Pit1-MspI trong quần thể heo thương phẩm, bằng cách sử dụng chương trình nhân giống chọn lọc (selective breeding) với những con đực giống hoặc heo nái có kiểu gen CC và CD.

- Để cải thiện tỷ lệ mỡ giắt trong thịt heo, cần tăng tần suất allele D có lợi của gen Pit1-MspI trong quần thể heo thương phẩm, bằng cách sử dụng chương trình nhân giống chọn lọc (selective breeding) với những con đực giống hoặc heo nái có kiểu gen DD và CD.

3. Kết luận

Việc ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống vật nuôi, cụ thể là chọn giống với sự hỗ trợ của một số marker (MAS), gene (GAS) hay toàn bộ gen (GS), là xu hướng phát triển tất yếu, nhằm tăng hiệu quả chọn lọc, giảm chi phí trong quá trình chọn lọc con giống. Chính vì vậy, ngày càng có nhiều công ty giống heo trên thế giới đang áp dụng các phương pháp này vào chương trình chọn giống. Để tiến tới việc áp dụng chọn giống dựa trên thông tin của toàn bộ gen (GS), việc khảo sát sự ảnh hưởng cụ thể của từng SNPs lên các tính trạng quan tâm là cần thiết, nhằm cung cấp những thông tin cơ sở. Đây là công việc cần tiến hành thường xuyên trên cả đàn heo giống lẫn đàn heo thương mại. Để đảm nhận vai trò là khu vực được quy hoạch phát triển chăn nuôi heo ngoại công nghệ cao của cả nước, TPHCM cần đẩy mạnh việc ứng dụng những kỹ thuật tiên tiến này.