Ứng Dụng Công Nghệ Cao Trong Sản Xuất, Chọn Tạo Giống Bò Sữa

Ngày đăng: Jul 08, 2017 3:54:12 AM

TS. Chung Anh Dũng

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

Ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất, chọn tạo giống bò sữa

Một số công nghệ cao ứng dụng trong chọn tạo giống bò sữa cao sản:

A. Công nghệ cao trong quản lý, chọn giống bò sữa

Định hướng của thành phố trong công tác quản lý và chọn giống bò sữa là “Ứng dụng quản lý giống bò sữa theo các chương trình quản lý giống tiên tiến như đánh giá tiến bộ di truyền theo phương pháp BLUP và chương trình cải thiện đàn bò theo phương pháp DHI”.

Bằng phương pháp BLUP, có thể ước lượng giá trị giống (EBV – Estimated Breeding Values) của một con bò giống, giúp chúng ta có quyết định chính xác hơn trong việc chọn giống bò. Giá trị giống ước lượng là một giá trị biểu diễn sự sai khác (tăng hay giảm) của một tính trạng (năng suất sữa, tăng trọng, độ dày mỡ lưng …) của một cá thể so với trung bình của đàn hay của giống. EBVs được tính toán trên những tính trạng sản xuất thực sự (lượng sữa/ngày, kg tăng trọng/ngày, mm của độ dày mỡ lưng…). EBV giúp ước lượng tính trạng của một cá thể sẽ được thể hiện ở thế hệ con cháu như thế nào. EBV nhằm mục đích đưa (tính trạng) của tất cả cá thể trong đàn hoặc trong giống lên một “mặt bằng so sánh đồng nhất” để giúp có một quyết định chọn giống phù hợp dựa trên sự so sánh tương đồng (của tính trạng theo dõi) bất chấp hệ thống hay điều kiện sản xuất. Điều cần chú ý là mỗi cá thể cha và mẹ đều đóng góp một nữa di truyền của thế hệ sau.

Ngày nay, việc sử dụng kết hợp phương pháp chọn giống dựa trên sự hỗ trợ của marker di truyền (Marker-assisted selection-MAS) hay gene (Gene Assisted Selection-GAS) hay là chọn lọc dựa trên (kiểu) gene (Genotype Selection) kết hợp với chọn lọc qua kiểu hình (Phenotype Selection) bằng phương pháp BLUP, gọi là MA-BLUP hay G-BLUP, đã mang lại nhiều hiệu quả thiết thực nhờ chọn lọc chính xác hơn, giảm quần thể tham gia chọc lọc từ ban đầu, cũng như giảm chi phí cho việc nuôi dưỡng và loại thải đàn giống sau chọn lọc. Việc ứng dụng MA-BLUP hay G-BLUP là một công cụ mới và hiệu quả, làm tăng tỷ lệ gen có lợi lên 15-30%, giảm thiểu sự rủi ro và rút ngắn thời gian trong chọn giống. Vì vậy, các gen liên quan tới các tính trạng sản xuất trên bò đang được nghiên cứu và sử dụng hiệu quả trong công tác chọn giống.

Gần đây, các phòng thí nghiệm cải thiện di truyền (của đàn bò sữa) ở Mỹ và Canada, đã kết hợp giữa phương pháp Genomic và BLUP, để phát triển một phương thức chọn giống mới gọi là Ước lượng giá trị giống (thông qua) bộ gen (Genomic Estimated Breeding Values – GEBVs). Phương thức chọn giống này được kỳ vọng sẽ là một cuộc “cách mạng” trong chương trình chọn giống bò sữa, bằng cách thay đổi cách chọn lọc con bò đực và bò cái. Chọn lọc di truyền là phương thức sử dụng các thông tin di truyền của từng cá thể để ước lượng giá trị giống của nó. Các nhà khoa học đã phát triển một hệ thống có thể “đọc nhanh” toàn bộ bộ gen của một cá thể, nó có thể xác định nhanh khoảng 50.000-70.000 điểm thông tin di truyền cùng lúc, mỗi điểm thông tin di truyền này được gọi là SNPs (single nucleotide polymorphism). SNPs giống như những marker, chỉ định những kiểu biến đổi di truyền phổ biến, chúng có thể có ích, có hại hay chưa biết rõ sự ảnh hưởng. Genomics là phương pháp mới giúp đánh giá nhanh và chính xác di truyền bò sữa. Các thông tin về bộ gene khi kết hợp với các thông tin truyền thống (qua BLUP) sẽ tăng độ tin cậy và chính xác trong việc dự đoán phẩm chất di truyền của những con bò tơ, và trở thành công cụ chọn giống hữu hiệu hơn bất kỳ công cụ nào trước đây. Tuy nhiên, cũng cần nhớ rằng, các thông tin về bộ gene cũng chỉ giúp dự đoán phẩm chất di truyền của cá thể mới với một kết quả khá biến động. Các nhà chọn giống có thể sử dụng genomic như một công cụ để: thực hiện chọn giống chuyên sâu hơn trên những con bò cái trong đàn, giúp xác định những con bò cái có phẩm chất di truyền tốt nhất để làm bò cho phôi, chọn lọc những đực giống hậu bị tốt nhất trong đàn với độ tin cậy cao hơn. Hiện tại, Canada và Mỹ đã và đang hợp tác để đưa genomic vào trong công tác chọn giống bò sữa bằng việc áp dụng các chip sinh học có chứa khoảng 50.000 SNPs (Bead Chip). Công cụ này được áp dụng tại Mỹ vào tháng 01/2009 và tại Canada tháng 04/2009 và được gọi là phương pháp đánh giá di truyền qua bộ gene (Genomic Genetic Evaluation – GGE) hay Ước lượng giá trị giống qua bộ gene (Genomic Estimated Breeding Values – GEBVs). Với GGE hay GEBVs, tiến bộ di truyền cho thế hệ sau được cải thiện rất nhanh khoản hơn 50%, trong khi các phương pháp khác chỉ đạt tiến bộ di truyền khoảng 4-50%. Phương pháp GEBV là sự kết hợp giữa thông tin di truyền của từng cá thể với trung bình của cha mẹ và thông tin kiểm tra qua đời sau (Progeny Test). Vì vậy, khi thêm thông tin di truyền vào (giá trị) trung bình của cha mẹ, phương pháp ước lượng giá trị di truyền qua bộ gen (GEBV) sẽ có độ tin cậy dao động từ 63-75%. Trong vài trường hợp độ tin cậy của phương pháp này có tăng hoặc giảm khi áp dụng rộng rãi.

Nhìn chung, công tác quản lý giống bò sữa hiện nay tại TPHCM, bao gồm (1) quản lý cá thể để thu thập chính xác các thông tin về khả năng sinh trưởng, phát triển, sản xuất sữa (2) hệ thống thu thập và xử lý số liệu của đàn bò sữa (3) hệ thống đánh giá, ước lượng giá trị giống (EBV) của những bò sữa giống và (4) hệ thống xếp loại giống, công nhận chất lượng giống bò sữa vẫn chưa được tổ chức đầy đủ, đồng bộ nên chưa phát huy hết vai trò trong quản lý và cải thiện chất lượng đàn bò sữa.

B. Công nghệ cao trong lai tạo, nhân giống bò sữa

Các công nghệ sinh sản như: Công nghệ cấy truyền phôi (MOET) để nhân nhanh đàn bò cái cao sản; Công nghệ sản xuất phôi bò in vivo và in vitro, trong đó ưu tiên sử dụng tinh bò đã phân tách để sản xuất phôi bò cái cao sản; Công nghệ sản xuất tinh bò đã phân tách (sexed semen) và đông lạnh, trong đó sử dụng kỹ thuật MOET để sản xuất bò đực giống nhằm tiết kiệm ngoại tệ nhập bò và rút ngắn thời gian tiến hành kiểm ra qua đời sau (progeny test)… cung cấp tinh bò đông lạnh chất lượng cao cho công tác gieo tinh nhân tạo trong toàn quốc.

Kỹ thuật đa xuất noãn và cấy truyền phôi (MOET). Cấy truyền phôi bắt đầu cách đây khoảng 4 thập kỷ, là một công nghệ sinh sản tiến bộ hơn hẵn so với GTNT. Kỹ thuật này đạt thành tựu trong 25 năm qua và đã đánh dấu công nghệ chuyển phôi bò thương mại như là lĩnh vực kinh doanh quốc tế lớn nhất. Sự kết hợp giữa đa xuất noãn, cấy truyền phôi trên con cái và GTNT từ con đực đã cho phép việc nhân nhanh thế hệ sau từ những con bò ưu tú về di truyền. Tuy nhiên, ET và GTNT chỉ thể hữu ích khi đặt trong điều kiện tốt về chăn nuôi, dinh dưỡng và quản lý. Một trong những yếu tố hạn chế của MOET là sự biến động và khó dự đoán số nang noãn phát triển sau khi xử lý bằng kích dục tố. Thực tế, có rất ít tiến bộ đạt được trong gây đa xuất noãn, số phôi (có thể sử dụng ET) trung bình trên một bò cho phôi trong hai thập niên qua. Cũng như GTNT, các quy trình MOET đã thúc đẩy sự phát triển kỹ thuật gây động dục và rụng trứng đồng loạt nhằm giúp cho toàn bộ quy trình xử lý được thuận tiện và rút ngắn hơn nữa. Chuyển phôi vào thời điểm cố định và chuyển phôi đông lạnh trực tiếp là những quy trình mới hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, MOET hiện vẫn còn khá đắt, phần lớn do chi phí nhân công và xử lý hormone. Vì những lý do đó, MOET sẽ tiếp tục được sử dụng mạnh ở những trại bò giống hạt nhân.

Kỹ thuật siêu âm: là một trong những kỹ thuật hình ảnh quan trọng nhất được ứng dụng rộng rãi trong sinh sản trên bò, từ mục đích nghiên cứu đến thương mại. Giữa thập niên 1980s, nhiều báo cáo đã trình bày về độ chính xác của siêu âm như là công cụ hữu hiệu để nghiên cứu sự tiến bộ của sinh sản trên bò. Kỹ thuật siêu âm là kỹ thuật không xâm lấn, cho phép nghiên cứu trên bò sống trong giai đoạn mang thai mà không làm tổn thương bào thai. Bằng cách sử dụng siêu âm, hiện tượng nang noãn phát triển trên bò đã được khám phá và mô tả rõ ràng, điều này cho phép chúng ta hiểu rõ và điều khiển chu kỳ động dục cũng như sinh sản gia súc. Siêu âm vượt qua kỹ thuật khám (qua) trực tràng trong điều kiện thực tiễn để đánh giá, mô tả và nâng cao khả năng sinh sản của bò trên cả hai quy mô cá thể và toàn đàn. Siêu âm đã được sử dụng hiệu quả nhằm đánh giá cấu trúc và hoạt động của buồng trứng, chẩn đoán bệnh trong đường sinh sản của con đực và cái, khám phá những mang thai bất thường, xác định khả năng sống của phôi và bào thai, xác định mang thai đôi, dự đoán giới tính của thai và chẩn đoán sớm sự mang thai, chết phôi/thai... Siêu âm là một công cụ chẩn đoán sớm và chính xác đã được sử dụng để cải thiện hiệu quả sinh sản của cả đàn bò và giúp nâng cao khả năng quản lý sinh sản đàn bò. Tỷ lệ thụ thai thấp và tỷ lệ chết thai là những vấn đề chung của chăn nuôi bò sữa, đặc biệt trong điều kiện chăn nuôi thâm canh. Để tối ưu hóa sinh sản gia súc, siêu âm hình ảnh được sử dụng để mô tả chính xác tình trạng sinh sản của từng cá thể. Nhờ vậy,quyết định của người chăn nuôi hay biện pháp xử lý sẽ chính xác và hiệu quả hơn nhằm rút ngắn khoảng cách hai lứa đẻ và giúp bò sớm lên giống trở lại sau khi sinh.

Thụ tinh trong ống nghiệm (IVF): kỹ thuật IVF nhằm phát triển một hệ thống sản xuất phôi hoàn chỉnh trong phòng thí nghiệm. Những thành tựu đạt được của kỹ thuật này thực sự ấn tượng trong thời gian gần đây. Sản xuất phôi in vitro (IVP) bao gồm ba bước chính: nuôi trứng thành thục (IVM), thụ tinh trong vi giọt (IVF) và nuôi phôi (IVC). Ngày nay, sản xuất phôi bò in vitro đã được sử dụng phổ biến trong các mục đích nghiên cứu khoa học, bảo tồn và thương mại. Kỹ thuật IVP đã gia tăng hiệu quả đáng kể trong vài năm qua, cả về số lượng lẫn chất lượng, đã được chứng minh tỷ lệ thụ thai tăng lên sau khi chuyển phôi in vitro cho bò nhận. Rất nhiều lợi ích của kỹ thuật này đã được xác định khi so sánh với hệ thống sản xuất phôi truyền thống, đặc biệt khi chú ý đến giá thành sản xuất phôi như là yếu tố quan trọng nhất. Tính đến 2010, số phôi in vitro được sản xuất ra là 453.471 phôi so với số lượng phôi in vivo là 732.862 phôi, bằng khoảng 61,87%, đã chứng minh sự phát triển mạnh mẽ của IVP. Tại châu Á, trong đó chủ yếu là Nhật, đã sản xuất gần 62.418 phôi in vitro, nhưng chủ yếu để phục vụ bảo quản đông lạnh và mới chỉ có 17,3% (tương đương 10.785 phôi) được sử dụng cho cấy phôi (IETS, 09/2012).

Kỹ thuật thu trứng trên buồng trứng (Ovum Pick Up – OPU) bò sống là một kỹ thuật không phẫu thuật, được thực hiện trên người vào cuối thập niên 1980s, bằng cách sử dụng một kim chuyên dụng với sự hướng dẫn của siêu âm để chọc hút trứng từ trong nang noãn trong nhiều giai đoạn tuổi khác nhau. Sau khi chọc hút, trứng thu được sẽ được sử dụng cho quá trình sản xuất phôi in vitro. Việc ứng dụng kết hợp OPU và IVP là nhằm xử lý những bò cái cao sản nhưng vô sinh để phục vụ cho ET thương mại nhằm nâng cao hiệu quả của các chương trình giống bò. Ngoài ra, thực hiện OPU-IVP trên bò cái tơ có thể giúp tăng tiến bộ di truyền lên đến 22%. Thông qua OPU, tiềm năng sử dụng của một bò cái cho phôi có thể đạt năng suất 15-20 trứng/tuần. Khi quan tâm tính toán đến tỷ lệ sử dụng kỹ thuật này và loại bớt những hao hụt trong quá trình IVP và ET, một bò cái có tiềm năng sản xuất đến 50-100 bê trong một năm. Vì vậy, không có gì đáng ngạc nhiên khi kỹ thuật OPU-IVP-ET đã được sử dụng phổ biến rất nhanh trong thập niên qua. Hiện tượng này thấy rất rõ ở Brazil, nơi có khoảng 130.000 ca cấy phôi từ IVF trong một năm, phần lớn từ những giống bò Zebu, chiếm gần 50% số ca ET từ phôi IVF trên toàn thế giới trong năm 2005, và vượt qua số ca ET sử dụng phôi in vivo ở Brazil trong cùng giai đoạn.

Xác định giới tính của tinh trùng và phôi: trong tự nhiên, nuôi bò thịt thích có bê đực hơn vì khả năng tăng trọng cao, hiệu quả sử dụng thức ăn tốt hơn, ngược lại, trong chăn nuôi bò sữa lại thích bê cái hơn vì chúng mới sản xuất sữa. Vì vậy, phương pháp xác định giới tính của phôi và tinh trùng đã được phát triển để có thể kiểm soát giới tính của thế hệ sau. Vì tinh trùng mang nhiễm sắc thể X có nhiều hơn 3,8% DNA so với tinh trùng mang NST Y, nên tinh trùng trong tinh dịch có thể phân tách ra riêng dựa vào hàm lượng DNA của chúng thông qua thiết bị phân loại tế bào (Flow cytometer). Vài công ty đã thương mại hóa kỹ thuật này. Mặc dù tiến trình phân tách tinh trùng mang NST X hay Y là chậm, nhưng thiết bị có thể phân tách khoảng 10 tinh trùng trong một giờ, đó là số lượng tinh trùng sống cần thiết cho một liều tinh đông lạnh sử dụng trong GTNT, độ chính xác khi phân tách là 90-95%. Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ thuật này liên quan đến việc giảm số lượng tinh trùng được phân tách trong thời gian đặc biệt, tỷ lệ tinh trùng sống thấp sau khi tan băng và tỷ lệ thụ tinh thấp hơn. Kỹ thuật PCR đang được sử dụng để xác định giới tính phôi trên quy mô nhỏ. Khả năng kỹ thuật này được sử dụng đề thay thế kỹ thuật xác định giới tính của tinh trùng. Tuy nhiên, tầm quan trọng của PCR được chuyển dần sang để chẩn đoán các tính trạng hay bệnh liên quan đến di truyền.

Các công nghệ sinh sản này đang được các nước chăn nuôi phát triển ứng dụng mạnh, không những góp phần nhân nhanh đàn bò sữa cao sản, giúp rút ngắn thời gian trong công tác đánh giá và chọn giống bò sữa, giúp cải thiện nhanh năng suất sữa qua các thế hệ. Các kỹ thuật này đã và đang được đưa vào ứng dụng trên đàn bò sữa tại TPHCM, nhưng vẫn chưa thể phổ biến rộng rãi ra các trại nhỏ vì nhiều nguyên nhân khác nhau.

Liên hệ TS. Chung Anh Dũng để có bài viết chi tiết của nội dung này