Ứng dụng sinh học phân tử trong chọn giống heo - phần 2

Ngày đăng: Aug 09, 2017 3:10:16 AM

TS. Chung Anh Dũng (09/08/2017)

TẦM QUAN TRỌNG CỦA SHPT TRONG CHỌN GIỐNG HEO

Trong các kỹ thuật quan trọng của chương trình chọn giống nêu trên, việc xác định chính xác giá trị giống của các cá thể trong đàn giống kiểm định (hậu bị) là bước đi quan trọng đầu tiên, quyết định mức độ thành công của chương trình chọn giống.

Trước đây, việc xác định giá trị giống được đánh giá qua kiểu hình (phenotype) là chủ yếu, căn cứ vào học thuyết của của Ronald Fisher (1919) và Sewall Wright (1921) với công thức phổ biến:

Kiểu hình = Kiểu gene + Môi trường (Phenotype = Genotype + Environment)

Vào những năm 60-70 thế kỷ 20, phương pháp chỉ số chọn lọc được ứng dụng rộng rãi trong các chương trình chọn lọc giống gia súc ở hầu hết các nước chăn nuôi phát triển. Tuy nhiên từ thập niên 80 TK 20 trở đi, phương pháp chỉ số chọn lọc đã phải dần dần nhường chỗ cho phương pháp ước tính giá trị giống bằng mô hình hồi quy không gây sai lệch và chính xác nhất, được gọi tắt là phương pháp BLUP.

1.1. Ước lượng giá trị giống theo kiểu hình bằng phương pháp BLUP

Henderson C.R là người đề xuất ra phương pháp BLUP. BLUP là tên viết tắt tiếng Anh:

B: Best nghĩa là công cụ (dự đoán giá trị giống) chính xác nhất

L: Linear nghĩa là giá trị kiểu hình được xem như một hàm tuyến tính

U: Unbiased nghĩa là thừa nhận rằng không biết được các nhân tố ngoại cảnh và ước tính nhân tố ngoại cảnh theo cách không gây ra những sai lệch

P: Prediction nghĩa là dự toán/ước lượng (giá trị giống)

Do vậy BLUP là phương pháp ước tính giá trị giống chính xác nhất dựa trên cơ sở giá trị kiểu hình của bản thân con giống cũng như của các con giống họ hàng, trong đó ảnh hưởng của một số nhân tố ngoại cảnh được loại trừ.

v Để thực hiện chọn lọc theo chỉ số cần tiến hành các bước sau:

Xác định các nhân tố cần hiệu chỉnh (năm, đàn, giống, lứa đẻ...) và tính toán các giá trị hiệu chỉnh, hiệu chỉnh các giá trị kiểu hình, tính chỉ số cho các con vật trên cơ sở các giá trị kiểu hình đã hiệu chỉnh, sắp xếp các con vật theo giá trị chỉ số của chúng.

v Những ưu điểm cơ bản của phương pháp BLUP:

Sử dụng được tất cả các nguồn thông tin về giá trị kiểu hình của các con vật có họ hàng với vật cần đánh giá vì vậy giá trị giống được ước tính một cách chính xác hơn, cũng do đó hiệu quả chọn lọc bằng BLUP cũng cao hơn.

Loại trừ được những ảnh hưởng của các nhân tố cố định như năm, đàn gia súc, lứa đẻ... do sử dụng nguồn thông tin của những con vật họ hàng thuộc các đàn nuôi trong điều kiện ngoại cảnh khác nhau.

Đánh giá được khuynh hướng di truyền của các đàn gia súc do xử lý các nguồn thông tin thu được trong một khoảng thời gian nhất định.

Sử dụng được các nguồn thông tin dưới dạng số liệu giữa các nhóm không cân bằng BLUP đã được ứng dụng trong chọn lọc bò, cừu và gần đây trong chọn lọc heo.

v Những hạn chế của phương pháp BLUP:

Đòi hỏi phải có thông tin phả hệ đánh tin cậy và trên quần thể rộng. Điều này khó thực hiện ở những nước chăn nuôi heo đang phát triển, với chăn nuôi quy mô nông hộ còn phổ biến.

Các thông số sản xuất của đàn heo phải được thu thập bằng các phương pháp chính xác và cần có sự ước tính thông số di truyền cho các tính trạng kinh tế. Điều này cũng khó thực hiện trong chăn nuôi heo quy mô nông hộ.

Cần có thời gian đủ để các tính trạng thể hiện ra ngoài, vì vậy thời gian chọn lọc kéo dài, tăng chi phí nuôi dưỡng đối với cả quần thể chọn lọc (đàn kiểm định hay hậu bị).

v Những ứng dụng phát triển của phương pháp BLUP

Trên cơ sở nguyên tắc của phương pháp BLUP, các ứng dụng ngày càng được áp dụng rộng rãi trong chọn giống dựa vào kiểu hình của con giống. Đặc biệt, các ứng dụng này thường được dùng để đánh giá chọn lọc đối với một quần thể lớn, sử dụng một tập hợp lớn các số liệu theo dõi của nhiều cá thể có quan hệ họ hàng với nhau.

v Một số ứng dụng BLUP vào đánh giá vật nuôi

Mô hình đánh giá con đực (Sire Model): Mô hình này là những ứng dụng đầu tiên của phương pháp BLUP dùng để đánh giá giá trị giống của con đực giống trong chăn nuôi bò sữa. Trong mô hình này, người ta sử dụng các số liệu theo dõi ở đời con của các đực giống. Hạn chế chủ yếu của mô hình này là không xem xét đánh giá con mẹ.

Mô hình gia súc (Animal Mode): Trong mô hình này, người ta đánh giá giá trị giống của đời con thông qua bố và mẹ của chúng.

Mô hình lặp lại (Repeatability Model): Mô hình này được sử dụng trong trường hợp mỗi cá thể có một số liệu lặp lại, chẳng hạn các kỳ tiết sữa, các lứa đẻ khác nhau....

Mô hình nhiều tính trạng (Multivariate Animal Model): Mô hình này tương tự như trường hợp chỉ số chọn lọc nhiều tính trạng. Hiện nay trong sản xuất chăn nuôi ở nhiều nước tiên tiến , người ta đang sử dụng các phần mềm máy tính của mô hình này, chẳng hạn chương trình PIGBLUP dùng để chọn lọc heo ở Australia...[2]

1.2. Ước lượng giá trị giống theo kiểu gen

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 trong một 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. 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 thuận lợi trong chương trình chọn lọc giống vật nuôi:

- 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.

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 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 có liên quan đến tính trạng quan tâm. Phương pháp chọn giống dựa trên DNA micro-array được gọi là Genomic Selection (GS).