Xem mẫu
- VIEÄN NGHIEÂN CÖÙU NUOÂI TROÀNG THUÛY SAÛN 2
DI TRUYỀN VÀ SINH HỌC PHÂN TỬ TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN
Trần Thị Thúy Hà*, Lưu Thị Hà Giang1
TÓM TẮT
Trong những năm trở lại đây, tiến bộ về di truyền và sinh học phân tử trên động vật thủy sản đã
cung cấp các thông tin hữu ích và đã được ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản. Vai trò của thao
tác di truyền và sinh học phân tử trong nuôi trồng thủy sản ngày càng được biết đến rộng rãi. Bài
viết này điểm lại những nét chính về ứng dụng của di truyền trong chọn giống, lai tạo, nghiên cứu
nhiễm sắc thể, điều khiển giới tính, chuyển gen và vai trò của sinh học phân tử trong nuôi trồng
thủy sản ở Việt Nam.
Từ khóa: di truyền, nuôi trồng thủy sản, sinh học phân tử.
I. MỞ ĐẦU hệ tiếp theo. Việc chọn này chỉ có thể tiến hành
Thời gian qua, ứng dụng của di truyền và khi có đủ biến dị di truyền cho (những) tính
sinh học phân tử trong nuôi trồng thủy sản đã trạng quan tâm. Các phương pháp chọn lọc
đạt được những kết quả đáng ghi nhận. Chẳng khác nhau bao gồm chọn lọc cá thể (individual
hạn việc tạo ra những dòng cá rô phi có sức hoặc mass selection), chọn lọc giữa các gia
sinh trưởng tốt và khả năng chống chịu tốt đình (between family selection), chọn lọc
với nhiệt độ thấp hay việc chế tạo ra các kít trong từng gia đình (within family selection) và
chẩn đoán bệnh tôm. Để nâng cao chất lượng chọn lọc kết hợp (combined family selection).
di truyền cho các đối tượng thủy sản, có thể Mỗi phương pháp có những ưu điểm nhất định
kết hợp phương pháp truyền thống và phương tùy thuộc vào bản chất của những tính trạng
pháp hiện đại. Phương pháp truyền thống có chọn lọc và nguyên liệu ban đầu cho chương
thể kể đến là lai xa, hay điều khiển giới tính. trình chọn giống (Gjerde,1993; Falconer và
Cấy chuyển gen hay thao tác nhiễm sắc thể Mackay, 1996; Bourdon, 1999; Gjedrem,
và ứng dụng công nghệ sinh học nói chung, 2005). Chọn giống có thể trở nên phức tạp nếu
sinh học phân tử nói riêng được biết đến như mục đích chính là tạo ra các quần đàn cho năng
phương pháp hiện đại. Trong đó, chỉ thị phân suất cao ở nhiều môi trường nuôi. Thực tế, một
tử được dùng như một công cụ hữu hiệu trong số dòng/loài thủy sản có kiểu hình thể hiện tốt
các nghiên cứu về định danh loài, đánh giá đa hơn trong những điều kiện nhất định và tính
dạng di truyền, tìm hiểu quan hệ huyết thống, trạng khác tốt hơn trong điều kiện khác. Điều
lập bản đồ gen và trong các nghiên cứu về này được biết đến như là mối tương tác kiểu
bệnh trên động vật thủy sản phục vụ cho nghề gen - môi trường. Do đó việc chọn lọc ở những
nuôi. điều kiện cụ thể là cần thiết.
II. ỨNG DỤNG CỦA DI TRUYỀN TRONG Ở nước ta, trong những năm gần đây, các
NUÔI TRỒNG THỦY CHỌN GIỐNG chương trình chọn giống trong thủy sản được
Trong một chương trình chọn giống tập trung tập trung cho cá tra (Pangasianodon
truyền thống, những cá thể và các gia đình hypophthalmus), cá rô phi (Oreochromis
được chọn theo những tính trạng quan trọng niloticus), cá giò (Rachycentron canadum),
để cải thiện giá trị của quần thể trong (các) thế tôm thẻ chân trắng (Lipopenaeus vannamei),
1
Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản 1.
*Email: thuyha@ria1.org
TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 6 - THAÙNG 8/2015 3
- VIEÄN NGHIEÂN CÖÙU NUOÂI TROÀNG THUÛY SAÛN 2
tôm sú (Penaeus monodon) và cua xanh được những kết quả khả quan. Chẳng hạn lai
(Scylla paramamosain). Việc sử dụng chỉ thị cá trê phi (Clarias gariepinus) đực và cá trê
phân tử để đánh giá nguồn vật liệu ban đầu vàng (Clarias macrocephalus) cái cho con lai
là rất cần thiết bởi sẽ cung cấp thông tin về vừa tăng trưởng nhanh giống bố, vừa thịt ngon
tính đa dạng kiểu gen cũng như mức độ thuần giống mẹ hay lai cá cái rô phi vằn Israel với cá
chủng của nguồn vật liệu ban đầu. Chỉ thị phân đực rô phi xanh Israel và cá cái rô phi vằn cho
tử microsatellite, dựa trên sự khác biệt độ dài tỷ lệ cá đực cao và có triển vọng trong thực tiễn
của các đoạn lặp khoảng 2 -5 cặp nucleotide, sản xuất. Bên cạnh đó, việc lai tạo khác loài
thường được sử dụng trong các chương trình trên cá biển cũng thu được những kết quả đáng
này. Các vị trí microsatellite thể hiện tính đa ghi nhận qua việc lai cá song vua (Epinephelus
hình cao, phong phú trong hệ gen và là chỉ thị lanceolatus) với cá song hổ (Epinephelus
đồng hợp trội. Phân tích đa hình microsatellite fuscoguttatus). Mặc dù vậy, nghiên cứu theo
được dựa vào kỹ thuật PCR, chỉ cần một lượng hướng này trên hàu (Crassostrea sp.) và các
nhỏ mô, ví dụ từ vẩy cá, là đủ lượng DNA cho cá có giá trị kinh tế khác cần được nghiên cứu
nghiên cứu (Goldstein và Schlotter, 1999; Liu và quan tâm hơn nữa nhằm tạo ra các con lai
và ctv., 2001; Zane và ctv., 2005; Alam và có ưu thế lai giúp năng cao năng suất và hiệu
Islam, 2005; Boris và ctv., 2011). quả kinh tế.
Mục đích của chọn giống là để cải thiện THAO TÁC NHIỄM SẮC THỂ
di truyền và cung cấp những con giống tốt Đối với nghiên cứu áp dụng thao tác
phục vụ nuôi trồng thủy sản. So với các động nhiễm sắc thể, các dòng thuần và các quần đàn
vật khác, chọn giống trên các đối tượng thủy đơn tính hoặc vô sinh trong nuôi trồng thủy
sản ở nước ta đã có những thành tựu đáng sản đã được sản xuất. Phương pháp can thiệp
ghi nhận trên cá chép (C. carpio), cá rô phi vào nhiễm sắc thể nhằm tạo dòng đơn tính đực
(O. niloticus), cá tra (P. hypophthalmus), hoặc đơn tính cái và tạo đa bội thể (tam bội
tôm thẻ chân trắng (P. vannamei), tôm sú (P. hoặc tứ bội thể) đã được ứng dụng cho nhiều
monodon). Trong tương lai, chọn giống vẫn loài cá và loài nhuyễn thể. Dòng đơn tính cái
còn nhiều tiềm năng trong việc nâng cao năng cũng có thể được sử dụng để sản suất quần
suất, khả năng chống bệnh, chất lượng sản đàn toàn cái trong loài với con cái chỉ mang
phẩm cho đối tượng nuôi trồng thủy sản. nhiễm sắc thể quy định tính cái và xác định
LAI XA nguyên lý hình thành giới tính trên cá. Dòng
Lai xa nhằm cải thiện hiệu suất so đơn tính đực có thể sản xuất quần đàn toàn đực
với loài bố mẹ. Lai giữa 2 loài khác nhau có giá trị thương mại trong nuôi trồng thủy
(hybridization) hoặc giữa các dòng khác biệt sản. Phương pháp này cũng còn được sử dụng
trong cùng một loài (crossbreeding) tạo nên trong việc tạo dòng thuần và phục hồi những
những tổ hợp allele mới tại mỗi locus. Đôi kiểu hình bị mất do quá trình bảo quản tinh
khi, những tổ hợp allele mới này có thể ngẫu đông lạnh. Những cá thể đơn tính đực đã được
nhiên gây ra sự tương tác để những tính trạng sản xuất trong một số loài thuộc họ cá chép
tốt được biểu hiện. Lai tạo là một phương (Cyprinidae), họ cá rô phi (Cichlidae) và họ
pháp chọn giống hiệu quả chỉ khi con lai thể cá hồi (Salominidae).
hiện dị hợp tử (Bourdon, 1999; Lakra, 2001; Tạo đa bội thể là việc sản xuất những
Gjedrem, 2005). cá thể với bộ nhiễm sắc thể nhiều hơn bình
Theo hướng này, nghiên cứu trên cá thường (2n). Cá thể đa bội được tạo ra bằng
nước ngọt ở nước ta đã được triển khai và thu cách xử lý hợp tử bằng các tác nhân gây đột
biến như áp suất thủy tĩnh, nhiệt độ hoặc hóa
4 TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 6 - THAÙNG 8/2015
- VIEÄN NGHIEÂN CÖÙU NUOÂI TROÀNG THUÛY SAÛN 2
chất. Ngay sau khi trứng được thụ tinh, nếu Ở nước ta, có thể kể đến cá rô phi (O.
dùng một trong các tác nhân này tác động vào niloticus) và cá hồi vân (O. mykiss), với các
giai đoạn trung kỳ của một trong hai lần giảm công nghệ sử dụng hormone để chuyển giới
phân có thể thu được các thể tam bội. Còn nếu tính, từ cá cái thành cá đực (cá rô phi) hoặc
tác động vào giai đoạn tiền kỳ nguyên phân ngược lại từ cá đực thành cá cái (cá hồi vân)
của hợp tử sẽ cho dạng tứ bội (Beaumont và để phục vụ nuôi trồng thủy sản cho năng suất
Hoare, 2003; Komen và Thorgaard, 2007). và hiệu quả cao. Thành công về điều khiển
Ở nước ta, việc thử nghiệm sản xuất cá giới tính hai đối tượng này đã đóng góp những
thể tam bội đối với đối tượng thủy sản đã được thành tựu lớn về năng suất, sản lượng cũng như
quan tâm. Cá thể tam bội thường vô sinh và hiệu quả kinh tế. Phương pháp di truyền cũng
trong nhiều trường hợp, có sức sinh trưởng đã giúp điều khiển giới tính trên tôm càng xanh
tốt hơn các thể lưỡng bội. Động vật thủy sản (Macrobrachium rosenbergii). Bằng phương
thân mềm như hàu cửa sông (Crassostrea pháp vi phẫu cắt bỏ tuyến androgenic, tôm cái
rivularis) đã được tập trung nghiên cứu tam giả đã được tạo ra và lai với tôm đực khác để
bội thể và có những dấu hiệu thành công bước tạo ra quần đàn tôm càng xanh toàn đực.
đầu. Bên cạnh đó, các đối tượng cá như cá tra CẤY CHUYỂN GEN
(P. hypophthalmus) và cá rô phi (O. niloticus) Kỹ thuật chuyển gen nhằm đưa một số
cũng đã được thử nghiệm tạo tam bội thể ở bản copy của gen tiềm năng vào trứng mới thụ
quy mô nhỏ. Việc phát triển đàn bố mẹ tứ bội tinh với mục đích hợp nhất DNA lạ với hệ gen
phục vụ cho việc lai tạo với đàn lưỡng bội để của phôi đang phát triển. Bằng việc đưa những
sản xuất tam bội thể cũng đã và đang được tính trạng di truyền mong muốn vào động
quan tâm. Tuy nhiên, khả năng sinh trưởng vật thủy sản, những đối tượng được chuyển
của quần đàn tam bội cần được quan tâm hơn gen tốt có thể được sản xuất trong nuôi trồng
nữa để giúp thúc đẩy phát triển các đối tượng thủy sản. Những tính trạng này bao gồm tốc
này theo hướng thương mại hóa. độ tăng trưởng nhanh, tiêu hóa thức ăn hiệu
ĐIỀU KHIỂN GIỚI TÍNH quả, chịu đựng nồng độ oxy hòa tan thấp và
Việc sử dụng kỹ thuật điều khiển giới nhiệt độ không tối ưu. Trong đó, tốc độ tăng
tính để tác động lên những loài có giá trị kinh trưởng là tính trạng được quan tâm nhiều nhất
tế cao đang trở thành một công cụ quan trọng do khả năng ứng dụng vào thực tiễn cao. Mặc
nhằm tăng sản lượng nuôi trồng thủy sản. Công dù công nghệ cấy chuyển gen có tiềm năng rất
nghệ này cho phép sản xuất các quần đàn đơn lớn trong nuôi trồng thủy sản, ở Việt Nam các
tính và là công cụ tiềm năng cho những loài nghiên cứu theo hướng này còn nhiều hạn chế.
mà một giới tính có giá trị hơn giới tính còn Các nghiên cứu theo hướng này được biết đến
lại. Có hai phương pháp cơ bản của kỹ thuật là chuyển tổ hợp gen hormone sinh trưởng vào
điều khiển giới tính là sử dụng hormone và cá cảnh thuộc họ Cyprinidae và cá chạch bùn
thao tác di truyền. Sử dụng hormone hay điều (Misgurnus anguillicaudatus). Với một số kết
khiển nội tiết tố đồng nghĩa với việc tập trung quả bước đầu đã đạt được, việc nghiên cứu tạo
vào xử lý hợp chất steroid trong suốt giai đoạn cá chuyển gen cần được tiếp tục tiến hành. Để
đầu đời trước khi hình thành giới tính của đối phát triển và ứng dụng ở quy mô thương mại,
tượng thủy sản. Thao tác di truyền giúp can các đối tượng chuyển gen cần được kiểm tra
thiệp giới tính để sản xuất quần đàn toàn cái, và một số vấn đề xã hội và kinh tế cần được
toàn đực hoặc vô sinh được coi như phương giải trình cụ thể.
pháp đa bội. Việc xác định giới tính có thể Những phát triển gần đây trong sinh học
thông qua di truyền phân tử. phân tử ví dụ như PCR (Polymerase Chain
TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 6 - THAÙNG 8/2015 5
- VIEÄN NGHIEÂN CÖÙU NUOÂI TROÀNG THUÛY SAÛN 2
Reaction), giải trình tự tự động, dự án lập bản đa dạng di truyền của các quần thể cũng như
đồ gen để phục vụ cho những nghiên cứu phát đánh giá biến dị di truyền của các nguồn vật
triển xa hơn trong nghiên cứu chuyển gen đối liệu thuộc các chương trình chọn giống cá tra
với các loài thủy sản. (P. hypophthalmus), cá rô phi (O. niloticus),
III. VAI TRÒ CỦA SINH HỌC PHÂN TỬ cá giò (R. canadum), tôm thẻ chân trắng (P.
TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN vannamei), tôm sú (P. monodon) và cua xanh
Với những kết quả khiêm tốn đã đạt (S. paramamosain).
được, vai trò của sinh học phân tử trong nuôi Những ứng dụng quan trọng khác của
trồng thủy sản dần được khẳng định. Trong đó, sinh học phân tử tới nuôi trồng thủy sản cũng
chỉ thị phân tử được coi là công cụ hữu hiệu liên quan đến sản xuất cá chuyển gen. Đánh
với nhiều ứng dụng. Chẳng hạn có thể dùng giá độ thích ứng, biểu hiện và sự cấy chuyển
chỉ thị phân tử để định danh cá thể giúp xác tế bào mầm của những gen đưa vào hoàn toàn
định đúng tên khoa học và phân loại chính xác phụ thuộc vào công nghệ DNA. Thêm vào đó,
đến loài. Trong các nghiên cứu này, DNA ty sinh học phân tử dựa trên kỹ thuật PCR được
thể đã cung cấp những thông tin có giá trị để sử dụng nhiều trong chuẩn đoán và kiểm soát
trả lời câu hỏi về phát sinh loài, tiến hóa và cấu bệnh trên động vật thủy sản. Ở nước ta, việc
trúc quần thể. Trong nghiên cứu về đa dạng di chế tạo các bộ kít thử dựa trên nền tảng công
truyền, phả hệ hoặc đánh giá chất lượng các nghệ sinh học cao cho phép xác định các nhân
quần đàn bố mẹ trong các chương trình chọn tố gây bệnh và kiểm soát bệnh ở mức độ chính
giống, chỉ thị phân tử đã thể hiện nhiều tính xác cao đã được thử nghiệm. Bên cạnh đó, việc
ưu việt (Wolfus và ctv., 1997; Valles- Jiménez nghiên cứu và sản xuất vắc xin để bảo vệ nhiều
và ctv., 2005; Perez-Enriquez và ctv., 2009; loài cá có giá trị kinh tế cao cũng đã được chú
Artiles và ctv., 2011). Bên cạnh đó, chỉ thị trọng. Tuy nhiên, để ứng dụng rộng rãi trong
phân tử giúp đánh dấu các cá thể trong quần thực tế, những nghiên cứu sâu với quy mô lớn
đàn nghiên cứu cũng như phân biệt cá thể giữa cần được quan tâm hơn nữa.
các gia đình. IV. KẾT LUẬN
Một ứng dụng mạnh mẽ của công nghệ Kỹ thuật di truyền đã đóng góp cho các
DNA là tìm ra mối liên kết giữa chỉ thị phân chương trình chọn giống và nâng cao năng
tử và gen liên quan đến các tính trạng quan suất và sản lượng đối tượng thủy sản cũng như
trọng (Quantitative Trait Loci hay QTLs). trợ giúp trong chuẩn đoán, điều trị và phòng
Khi những chỉ thị này được xác định, chương ngừa các bệnh ở động vật thủy sản. Ứng dụng
trình chọn giống sẽ được hỗ trợ đắc lực (Liu công nghệ sinh học đã đem lại cho các nhà
và Cordes, 2004; Chauhan và Rajiv, 2010). khoa học những kiến thức và công cụ mới để
Những nỗ lực trong suốt những năm vừa qua có thể đạt những kết quả nghiên cứu tốt hơn
đã được cống hiến cho việc phát triển chỉ thị và hiệu quả hơn. Ở nước ta, việc ứng dụng
phân tử cho nhiều loài thủy sản và hỗ trợ trực các công nghệ sinh học phân tử và các chiến
tiếp cho các nghiên cứu QTLs. Bên cạnh đó, lược chọn giống mới cho động vật thủy sản đã
chỉ thị phân tử cũng được sử dụng như một được quan tâm song còn thiếu những nghiên
công cụ mạnh, khẳng định sự thành công trong cứu dài hạn, thiếu cách hoạt động phù hợp, giá
can thiệp nhiễm sắc thể. Đối với nghiên cứu trị thương mại thấp và chưa lựa chọn được môi
theo các hướng này, ở nước ta đã và đang trường sản xuất phù hợp. Công nghệ mới đem
thực hiện các chương trình liên quan đến đến nhiều cơ hội để phát triển thủy sản nhưng
định danh loài bằng chỉ thị phân tử, tìm hiểu cũng tạo ra thách thức mới cho các lĩnh vực
nghiên cứu phục vụ nuôi trồng thủy sản.
6 TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 6 - THAÙNG 8/2015
- VIEÄN NGHIEÂN CÖÙU NUOÂI TROÀNG THUÛY SAÛN 2
TÀI LIỆU THAM KHẢO Komen, H., and Thorgaard, G.H., 2007.
Alam, S., and Islam, S., 2005. Population genetic Androgenesis, gynogenesis and the
structure of Catla catla (Hamilton) revealed production of clones in fishes: a review.
by microsatellite DNA markers. Aquaculture Aquaculture 269, 150-173.
246, 151-160. Lakra, W.K., 2001. Genetics and Molecular
Artiles, A., Rodríguez, I., Pérez, A., Pérez, L., and Biology in Aquaculture - Review. Asian-
Espinosa, G., 2011. Low genetic variability Australasian Journal of Animal Sciences
in the fifth introduction of Litopenaeus 14(6), 894-898.
vannamei in Cuba, as estimated with Liu, Z.J. and Cordes, J.F., 2004. DNA marker
microsatellite markers. Biotecnologia technologies and their applications in
Aplicada. 28, 147-150. aquaculturegenetics. Aquaculture 242(1-4),
Beaumont, A.R., and Hoare, K., 2003. 735-736.
Biotechnology and Genetics in Fisheries and Liu, Z.J., Li, P., Kocabas, A., Ju, Z., Karsi, A., Cao,
Aquaculture. Oxford: Blackwell Science. D., and Patterson, A., 2001. Microsatellite
Boris, B., Xenia, C.O., and Marcel, S.V., 2011. containing genes from the channel catfish
Genetic diversity of six populations of red brain: evidence of trinucleotide repeat
hybrid tilapia, using Microsatellite genetic expansion in the coding region of nucleotide
Markers. Rev. MVZ Cordoba 16 (2), 2491- excision repair gene RAD23B. Biochem.
2498. Biophys. Res. Commun. 289, 317-324.
Bourdon, M. R., 1999. Understanding Animal Perez-Enríquez, R., Hernández-Martínez, F., and
Breeding, 2nd edition. Cruz, P., 2009. Genetic diversity status
Chauhan, T., and Rajiv, K., 2010. Molecular of White shrimp Penaeus (Litopenaeus)
markers and their applications in fisheries vannamei broodstock in Mexico. Aquaculture
and aquaculture. Advances in Bioscience 297, 44-50.
and Biotechnology1, 281-291. Wolfus, G.M., Garcia, O.K., and Alcivar-Warren,
Falconer, D.S., and Mackay, T.F.C., 1996. A., 1997. Application of the microsatellite
Introduction to Quantitative Genetics. technique for analyzing genetic diversity in
Longman, Essex, U.K., 4th ed. shrimp breeding programs. Aquaculture 152,
Gjedrem, T., 2005. Selection and breeding 35-47.
programs in aquaculture. Springer ISBN-10 Zane, L., Bargelloni, L., and Pataenello, T., 2002.
1-4020-3341-9. 364p. Strategies for microsatellite isolation: a
Gjerde, B., 1993. Breeding and Selection. In: review. Mol. Ecol. 11,1-16.
Salmon Aquaculture. Fishing News Books.p. Valles-Jiménez, R., Cruz, P., and Perez-Enriquez,
278 p. R., 2005. Population genetic structure of
Goldstein, D.B., and Schlotterer, C., 1999. Pacific White shrimp (Litopenaeus vannamei)
Microsatellites: Evolution and application. from Mexico to Panama: microsatellite ADN
Oxford uni. Press. variation. Mar. Biotechnol. 6, 475-484.
TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 6 - THAÙNG 8/2015 7
- VIEÄN NGHIEÂN CÖÙU NUOÂI TROÀNG THUÛY SAÛN 2
GENETICS AND MOLECULAR BIOLOGY IN AQUACULTURE
Tran Thi Thuy Ha1*, Luu Thi Ha Giang1
ABSTRACT
In recent years, the advance in genetics and molecular biology of aquatic animals has
provided useful information and has been applied in aquaculture. The roles of modern
genetic manipulations and biotechnological innovations to aquaculture have been realized.
This article reviews some points of the applications of genetics in breeding, hybridization,
chromosome engineering, sex control, gene transfer and molecular technologies for enhanced
aquaculture productivity in Vietnam.
Keywords: aquaculture, genetics, molecular biology.
Người phản biện: TS. Trịnh Quốc Trọng
Ngày nhận bài: 29/5/2015
Ngày thông qua phản biện: 03/8/2015
Ngày duyệt đăng: 07/8/2015
1
Research Institute for Aquaculture No 1
*Email: thuyha@ria1.org
8 TAÏP CHÍ NGHEÀ CAÙ SOÂNG CÖÛU LONG - 6 - THAÙNG 8/2015
nguon tai.lieu . vn
