Một số ứng dụng Genomic trong chọn giống bò thịt

Ngày đăng: Aug 30, 2017 8:16:38 AM

TS. Chung Anh Dũng (30/08/2017)

Chọn lọc nhân tạo đã được tiến hành trên bò thịt trong nhiều thế kỷ qua bằng nhiều công cụ và phương pháp khác nhau. Việc chọn lọc sớm gia súc căn cứ vào kiểu hình (phenotype) đã giúp cải thiện khả năng sản xuất của các giống bò thịt. Tuy nhiên, việc chọn lọc qua kiểu hình có những hạn chế nhất định, do hệ số di truyền của các tính trạng thường không đồng đều và không cao.

Công cụ chọn lọc mang tính đột phá kế tiếp chính là sự phát triển các phần cứng máy tính và các phần mềm phân tích thống kê, có khả năng lưu trữ, phân tích cùng lúc số lượng lớn các dữ liệu, giúp ước lượng chính xác giá trị giống (Estimated Breeding Value-EBV) và dự đoán những sự khác biệt mong muốn ở đời sau (Expected Progeny Differences-EPD), hay nói cách khác là các thông số này giúp chúng ta xác định được giá trị của con giống (trên tính trạng quan tâm) và khả năng từ đó dự đoán được những sự khác biệt (hay sự cải thiện trên tính trạng quan tâm) ở đời sau khi sử dụng con giống này. Việc sử dụng rộng rãi EPD trong công tác chọn giống trên đàn bò thịt thương phẩm hay đàn bò giống hướng thịt đã giúp tăng nhanh xu hướng di truyền theo hướng chọn lọc trên các tính trạng chủ yếu như sinh sản, tăng trọng và chất lượng thịt trong ngành chăn nuôi bò thịt. EPD là kết quả từ chương trình xử lý số liệu trên máy tính, vì vậy độ chính xác của một chỉ số EPD trên một tính trạng của một cá thể tùy thuộc vào số lượng thông tin liên quan thu thập được và đưa vào trong chương trình. Đối với những bò cái/đực hậu bị, những bò đang trong giai đoạn kiểm tra năng suất, chỉ số EPD có độ chính xác chưa cao, chỉ số này sẽ thay đổi khi bổ sung thêm các thông tin kiểm tra năng suất cá thể thực tế hay các thông tin kiểm tra qua đời sau. Khi bổ sung các thông tin này, chỉ số EPD sẽ có độ chính xác cao hơn và khả năng thay đổi giảm đi.

Đến cuối những năm 80 và đầu những năm 90, những kỹ thuật mới đã được phát triển, cho phép chúng ta tiếp cận với mã di truyền trong cơ thể sống. Dựa trên những khám phá này, ngành chăn nuôi bò thịt đã phát triển “genomic” (là lĩnh vực nghiên cứu về di tryền dựa trên các kỹ thuật của sinh học phân tử như ADN tái tổ hợp, giải mã trình tự AND hay tin-sinh học để phân tích cấu trúc và chức năng của toàn bộ bộ gen trên cơ thể sống) như một công cụ dự đoán một số tính trạng số lượng, bước đầu là gen ứng viên (candidate gene). Việc xuất hiện các thông số về gen như chỉ thị phân tử, bên cạnh các thông số về EPD trong các sổ phả hệ của những bò giống, đã làm cho các chủ trại phân vân khi quyết định chọn mua con giống. Cho đến nay, mặc dù các kỹ thuật trong genomic đã phát triển khá mạnh, toàn bộ genome của bò (giống Hereford) đã được giải mã trình tự với khoảng 22.000 gen, các thông tin về gen ứng viên liên quan đến các tính trạng quan tâm cũng khá đầy đủ, nhưng hiện nay các công cụ về genomic vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn chỉ số EPD trong quyết định chọn giống. Vì vậy, quyết định chọn giống bò thịt hiệu quả nhất khi kết hợp giữa chọn lọc trên kiểu di truyền và kiểu hình.

Một số ứng dụng của genomic trong chọn giống bò thịt:

1. Xác định nguồn gốc huyết thống trong quản lý giống

Yếu tố then chốt trong việc ước lượng độ tin cậy của chỉ số EPD là phải xác định chính xác nguồn gốc huyết thống hay phả hệ của cá thể đó. Những sai lầm trong việc xác định phả hệ của cá thể sẽ gây ảnh hưởng tiêu cực lên độ tin cậy của việc đánh giá di truyền và tiến bộ di truyền tiềm năng (Geldermann et al., 1986; Israel and Weller, 2000). Những sai lầm trong xác định phả hệ dẫn đến những hậu quả trong ước lượng xu hướng của các thông số di truyền, các xu hướng di truyền sai lầm này sẽ gây tổn hại nghiêm trọng đến sự gia tăng tiến bộ di truyền trên đàn gia súc thế hệ sau (Van Vleck, 1970; Senneke et al., 2004). Những thông tin phả hệ không chính xác sẽ phá vỡ mối quan hệ di truyền giữa các thế hệ, làm giảm tính chính xác khi xác định hệ số di truyền của các tính trạng dẫn đến ước lượng không chính xác chỉ số EPD, đặc biệt là trên các cá thể có thông tin phả hệ sai. Với việc ứng dụng genomic trong xác định phả hệ gia súc, các sai lầm này sẽ được loại bỏ (Dodds et al., 2005). Hai phương pháp hiện đang sử dụng để xác định phả hệ của gia súc là microsatellites và SNPs (single nucleotide polymorphism). Việc ứng dụng genomic trong xác định phả hệ, giúp các chủ trại sản xuất bò giống có thể quản lý nhiều con đực giống trên đồng cỏ, và kết hợp giữa phối giống trực tiếp với gieo tinh nhân tạo trong chương trình quản lý giống. Kiểm tra phả hệ bằng genomic cũng giúp tăng số lượng thông tin để ước lượng giá trị di truyền của con giống, nhờ đó cải thiện độ chính xác của việc dự đoán ước lượng giá trị giống. Gần đây, các thông tin cấu trúc phả hệ xuất phát từ genomic được kết hợp với các thông tin về thành tích sản xuất cá thể được sử dụng để tính toán chỉ số EPD cho con giống ở trại giống lẫn trại thương phẩm (Weaber, 2005; Van Eenennaam et al., 2007).

2. Nghiên cứu các tính trạng chất lượng

Việc sử dụng chỉ thị phân tử (molecular markers) để xác định các tính trạng chất lượng (là những tính trạng bị kiểm soát bởi 1 cặp gen đơn giản) như màu lông hay có sừng/không sừng… hay để xác định sự khiếm khuyết di truyền, đã và đang trở nên phổ biến và được thương mại hóa. Ngày nay, kỹ thuật này đã được ứng dụng để phát hiện những cá thể mang gene lặn ảnh hưởng quan trọng lên các tính trạng quan tâm, giúp nhà chọn giống có thêm thông tin trước khi quyết định ghép đôi giao phối cho gia súc. Điều này chắc chắn mang lại thuận tiện và lợi ích kinh tế cho người chăn nuôi trong những trường hợp muốn tạo ra đàn bò không sừng hay có màu lông đồng nhất trong đàn. Tuy nhiên, giá trị lớn nhất của kỹ thuật này là phát hiện và kiểm soát mức độ biểu hiện của những gen lặn gây bệnh hoặc gây chết. Vì vậy, kỹ thuật này giúp giảm tổn thất rất nhiều cho ngành chăn nuôi bò thịt. Lịch sử chăn nuôi bò thịt đã chứng minh hiệu quả của genomic trong việc phát hiện những gen gây chết, cụ thể như trường hợp “Hội chứng bê xoắn” (Curling Calf Syndrome) hay trường hợp “Bệnh tràn dịch não” (Neuropathic Hydrocephalus) được báo cáo thường xảy ra trên giống bò Angus hoặc bò lai với giống Angus (Jonathan Beever, 2008 và 2009). Các nhà nghiên cứu về genomic xác định sự khác biệt rõ ràng giữa những bò mang kiểu gen đồng hợp trội (bò không mắc bệnh) với bò có kiểu gen dị hợp tử (bò mang bệnh) và bò có kiểu gen đồng hợp lặn (bò nhiễm bệnh). Nhờ đó, người chăn nuôi chọn phương thức ghép đôi giao phối sao cho tránh được sự xuất hiện của kiểu gen đồng hợp lặn ở thế hệ sau, và không nhất thiết phải loại bỏ những dòng bò đực Angus có kiểu gen dị hợp nhưng có năng suất cao. Điều này cho thấy, genomic giúp xác định được những cá thể gen gây hại trong quần thể, giúp nhà chọn giống có những quyết định chính xác, mang lại những lợi ích vô giá cho ngành chăn nuôi bò thịt.

3. Nghiên cứu các tính trạng số lượng

Việc ứng dụng các kỹ thuật khác nhau của genomic để xác định các tính trạng số lượng (là tính trạng bị nhiều điều khiển bởi nhiều cặp gen và chịu ảnh hưởng lớn của môi trường) đã sẵn sàng và đang được thương mại hóa. Việc tính giá trị giống ước lượng dựa trên các thông tin về genomic trên các tính trạng khác nhau đã được ứng dụng và sẵn sàng như các công cụ hữu ích trong chọn giống. Hiện nay, vẫn chưa có chứng cứ xác nhận rằng các thông tin về genomic là công cụ hữu ích hơn chỉ số EPD trong chọn giống. Phương thức hiệu quả nhất là kết hợp giữa các thông tin về genomic với các thông tin về kiểu hình trong đánh giá di truyền để ước tính EPD và gọi là G-EPD hay G-EBV.

Hiện có ba phương thức để kết hợp các thông tin về kiểu gen và kiểu hình vào trong một công cụ chọn giống là:

(1) Phương pháp thứ nhất: tính toán độc lập các giá trị của kiểu gen (gọi là giá trị giống phân tử-MBV) và giá trị của kiểu hình (giá trị giống ước lượng-EBV hay EPD), sau đó kết hợp hai thông số này vào trong chỉ số chọn lọc, trong đó mỗi thông số được tính toán tỷ lệ đóng góp tương ứng vào sự thay đổi di truyền của tính trạng.

(2) Phương pháp thứ hai: thông qua các mối quan hệ di truyền, trong phương pháp này các thông tin về chỉ thị phân tử được sử dụng để đưa vào trong một ma trận quan hệ di truyền (genomic relationchip matrix), ma trận này biểu hiện mối quan hệ di truyền giữa các cá thể ở mức độ SNPs, mục tiêu của ma trận này là gia tăng độ chính xác trong việc ước lượng mối quan hệ di truyền dựa trên phả hệ. Trong phương pháp này, phải biết được kiểu gen thật sự ở mức độ SNP, không phải là các chỉ thị phân tử hay MBV. Phương pháp này được sử dụng trong công tác giống bò sữa.

(3) Phương pháp thứ ba: là xử lý thông tin về MBV khi có thêm các giá trị EPD bên ngoài (là những thông tin EPD từ những gia súc bên ngoài quần thể chọn lọc), phương pháp này hiện đang hiệp hội giống bò Simental Mỹ sử dụng, điều này cho phép MBV ảnh hưởng khác biệt lên các EPD của mỗi gia súc, nhờ vào mối quan hệ giữa gia súc với MBV và quần thể huấn luyện.

Phương pháp thứ nhất đã được sử dụng trong công tác giống bò thịt, tại hiệp hội bò Angus Mỹ (AAA). Chỉ số MBV được bao gồm trong (hệ thống) đánh giá bò quốc gia như là một tính trạng có liên quan (Kachman, 2008). Việc sử dụng thông tin từ MBV sẽ làm gia tăng độ chính xác của EPD, đặc biệt là trên những gia súc hậu bị hay chưa qua kiểm tra đời sau. Mặc dù hiệp hội bò Angus Mỹ là đơn vị sử dụng MBV để tăng giá trị EPD, nhưng hiện nay nhiều đơn vị khác cũng quan tâm đến những lợi ích do phương pháp này đem lại. Cụ thể như Saatchi và cộng sự (2011 và 2012) đã chỉ rõ mức độ liên quan di truyền cao giữa một vài tính trạng quan tâm với chỉ số MBV trên giống bò Hereford và Limousine; hay Kachman và cộng sự (2012) đã sử dụng các tính trạng tăng trọng (khối lượng khi cai sữa và một năm tuổi) để minh chứng hiệu quả của việc sử dụng DNA-chip BovineSNP50 (phát hiện 50.000 SNP trên bộ gen bò thịt) để tính toán MBV trên một vài giống bò thịt trong giai đoạn tập dượt (là giai đoạn phát triển phương thức dự đoán dựa trên các thông tin SNP có ý nghĩa). Các tác giả chỉ ra rằng khi sử dụng chỉ số MBV trên vài giống trong giai đoạn tập dượt, hệ số tương quan di truyền đặc trưng nằm trong khoảng 0,28-0,42. Tuy nhiên, vài tác giả cũng nhận thấy rằng khi sử dụng MBV của một giống này trên một giống khác, hệ số tương quan di truyền có thể gần bằng không. Vì vậy, cần xác định chỉ số MBV (trên từng tính trạng) cho từng giống khác nhau.