English
Kết quả cho thấy khả năng sống sót được cải thiện trong thí nghiệm cảm nhiễm.
Đây là nghiên cứu đầu tiên ở tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương (Litopenaeus vannamei) cho thấy lợi ích di truyền được thực hiện từ việc chọn lọc gen. Chọn lọc gen đặc biệt hứa hẹn đối với các chương trình lựa chọn động vật sống thách thức với các tác nhân lây nhiễm, và những động vật có thể sống sót sau thách thức không được sử dụng làm giống. Ảnh của Fernando Huerta.
Bệnh do virus gây ra hội chứng đốm trắng (WSSV) gây ra là một vấn đề nghiêm trọng đối với ngành nuôi tôm trên toàn cầu. Nó có khả năng lây nhiễm tất cả các loài tôm nuôi chính và có độc cực cao, thường gây chết trong vài ngày. Mục đích của các hoạt động nuôi trồng thủy sản chủ yếu nhằm loại bỏ các tác nhân gây bệnh và giảm rủi ro về kinh tế liên quan đến bệnh đốm trắng, nhưng việc loại bỏ hoàn toàn chúng ra khỏi các hệ thống ao nuôi ao thường là không thể.
Việc cải thiện đồng thời khả năng tăng trưởng và khả năng kháng WSSV đối với cách chọn lọc truyền thống thường rất phức tạp do tương quan di truyền nghịch giữa các đặc điểm này. Mức tăng di truyền được báo cáo cho mỗi thế hệ trong việc kháng WSSV dao động từ 1.7% – 6.5%. Chọn lọc gen (một khái niệm dựa trên việc sử dụng thông tin DNA để có được giá trị di truyền trực tiếp của động vật) đã được đề xuất là hình thức lựa chọn hiệu quả nhất hiện có đối với các tính trạng số lượng điển hình (là các tính trạng có thể quan sát được, do nhiều gen qui định, và có tác động đến môi trường). Chọn lọc gen có thể được sử dụng để cải thiện lợi ích di truyền trong việc kháng WSSV.
Bài báo này được tóm tắt từ bài báo gốc của (Lillehammer, M. và cộng sự, năm 2020. Chọn lọc gen để kháng virus gây hội chứng đốm trắng ở tôm thẻ chân trắng giúp tăng tỷ lệ sống trong một thử nghiệm cảm nhiễm. Sci Rep 10, 20571 (năm 2020)). Bài báo báo cáo kết quả của cuộc nghiên cứu về tác dụng và độ chính xác trong việc chọn lọc gen để cải thiện tính kháng WSSV ở tôm thẻ chân trắng hoặc chân trắng Thái Bình Dương (Litopenaeus vannamei). Tôm được cảm nhiễm với WSSV, sức đề kháng được đánh giá thông qua việc tôm chết hay sống (DOA) sau 23 ngày tính từ khi nhiễm bệnh.
Thiết lập nghiên cứu
Trong nghiên cứu, hai quần thể L. vannamei đã được lựa chọn cẩn thận để lai tạo trong nhiều thế hệ bởi Benchmark Genetics (trước đây là Ceniacua) ở Colombia (Hình 1). Quần thể đầu tiên bắt nguồn từ quá trình lai tạo ở Bờ biển Đại Tây Dương của Colombia vào năm 1997; quần thể này chưa tiếp xúc với WSSV và được gọi là dòng nhạy cảm hay dòng dễ mắc bệnh (S-line). Sự lựa chọn kết hợp giữa chủng tôm và các chủng trong một chủng có liên quan của quần thể này tập trung vào tốc độ tăng trưởng nhanh, khả năng chống lại Virus gây Hội chứng Taura, tình trạng sức khỏe và tỷ lệ sống chung của ao trong 16 thế hệ theo các quy trình nghiêm ngặt về an toàn sinh học. Quần thể thứ hai được gọi là dòng kháng bệnh (R-line), được lấy từ một quần thể ở Thái Bình Dương vào năm 2008, và nó đã được chọn lọc với cường độ cao để tồn tại khi có WSSV trong bảy thế hệ.
Các quần thể tôm Đại Tây Dương và Thái Bình Dương này được nuôi dưỡng một cách riêng biệt trên các bờ biển Caribe và Thái Bình Dương của Colombia. Tất cả các động vật được sử dụng trong nghiên cứu đều được gọi là “con non” (chưa bị nhiễm virus). Tổ chức Thú y Thế giới (OIE) đã tiến hành kiểm tra PCR ba tháng một lần đối với các loài từ dòng S để tìm tất cả các mầm bệnh trên tôm. Kết quả cho thấy các loài này đều âm tính với tất cả các mầm bệnh được liệt kê trong hơn bốn năm. Trước khi thực hiện thử nghiệm, mẫu đại diện cho các động vật từ dòng R cũng đã được kiểm tra PCR và kết quả cũng là âm tính.
Hình 1: Nguồn gốc của tôm trong thí nghiệm. Các động vật được chia thành các quần thể thử nghiệm cảm nhiễm với WSSV và quần thể sinh sản không cảm nhiễm với WSSV để dự đoán giá trị giống ước tính theo bộ gen, gEBV (kỹ thuật sử dụng trình tự DNA duy nhất của động vật để dự đoán giá trị di truyền thực sự của chúng chính xác hơn) đối với khả năng kháng Virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV) ở thế hệ G0 (thế hệ số không). Các động vật ở nhóm quần thể sinnh sản không cảm nhiễm với WSSV ở thế hệ G0 được lựa chọn và giao phối để tạo ra các nhóm gEBV G1 (thế hệ 1) cao, ngẫu nhiên và thấp, hiệu suất (khả năng sống sót sau thực nghiệm) được so sánh giữa các nhóm để đưa ra đánh giá cuối cùng về khả năng của chọn lọc gen. Phỏng theo bản gốc.
Trong nghiên cứu, người ta đã thử nghiệm các họ tôm với virus WSSV và sử dụng dữ liệu kiểu gen từ các quần thể cảm nhiễm và không cảm nhiễm với WSSV để đánh giá tác dụng và độ chính xác của việc chọn lọc gen nhằm mục đích cải thiện khả năng chống lại WSSV. Các quần thể ở nhóm không cảm nhiễm (G0, thế hệ 0) được xếp vào giá trị giống di truyền (dự đoán khả năng truyền các tính trạng nhất định cho thế hệ tiếp theo) đối với tính kháng WSSV. Các động vật trong nhóm này được giao phối để tạo ra hai quần thể G1 (thế hệ đầu tiên), bao gồm quần thể có giá trị cao và quần thể có giá trị giống ước tính về bộ gen thấp. Sự sống sót của các quần thể G1 và con cái từ đàn bố mẹ được giao phối “ngẫu nhiên” được so sánh trong một thử nghiệm cảm nhiễm với virus.
Để biết thông tin chi tiết về thiết kế thí nghiệm và việc nuôi dưỡng; thử nghiệm cảm nhiễm với WSSV; lấy mẫu mô và xác định kiểu gen; các phân tích thống kê và di truyền khác nhau, vui lòng tham khảo bài báo gốc.
Kết quả và thảo luận
Tất cả tôm trong thử nghiệm cảm nhiễm đều được xác định kiểu gen để tìm ra sự khác biệt trong cấu tạo di truyền của các cá thể đối với 18.643 đa hình nucleotide đơn, SNP (sự thay thế của một nucleotide đơn (khối cấu tạo cơ bản của axit nucleic, DNA và RNA,) tại một vị trí cụ thể trong bộ gen; SNP có thể được sử dụng để xác định sự khác biệt về tính nhạy cảm với nhiều loại bệnh). Các cá thể được chọn để nhân giống tôm (G0) được sắp xếp dựa trên các giá trị giống di truyền về tính kháng WSSV.
Hai quần thể G1 được tạo ra, quần thể G0 có giá trị nhân giống cao và quần thể có giá trị giống ước tính về bộ gen thấp. Một quần thể thứ ba được tạo ra từ sự giao phối “ngẫu nhiên” của đàn bố mẹ. Tỷ lệ sống trung bình là 25% ở nhóm thấp, 38% ở nhóm ngẫu nhiên và 51% ở nhóm giá trị nhân giống có bộ gen cao. Kết quả đạt được về mặt di truyền và khả năng di truyền cao đã chứng minh rằng có tiềm năng lớn trong việc cải thiện khả năng di truyền và khả năng kháng WSSV trong quần thể L. vannamei thông qua việc sử dụng chọn lọc gen.
Tỷ lệ sống trung bình trong quần thể G1 tăng từ 38% lên 51% sau một thế hệ thông qua chọn lọc bộ gen kháng WSSV cao đối với tính trạng chết hoặc sống (DOA) so với tỷ lệ sống trung bình ở tôm G1 được chọn ngẫu nhiên. Việc chọn lọc bộ gen kháng WSSV thấp cũng cho một phản ứng tương tự theo hướng ngược lại. Điều này cho thấy việc chọn lọc bộ gen như một công cụ để phát triển tôm L. vannamei kháng lại WSSV thông qua việc sử dụng quần thể “tổng hợp” có chứa sự biến đổi lớn đối với tính kháng WSSV. Sự khác biệt lớn về tính trạng DOA và hệ số di truyền tương đối cao đã giúp cho việc chọn lọc thêm để tạo ra G2 mang lại nhiều lợi ích di truyền hơn so với việc tạo ra G1.
Nhìn chung, các ước tính về khả năng di truyền trong nghiên cứ về việc kháng WSSV dựa trên bộ gen lớn hơn các ước tính thu được từ các đánh giá thông thường trước đây. Ở tôm G1, người ta thấy rằng hệ số di truyền cao so với tôm G0. Sự chênh lệch này có thể do một số nguyên nhân như sự khác biệt về hệ số di truyền thực, các điều kiện thử nghiệm khác nhau và / hoặc thành phần di truyền khác nhau giữa các quần thể. Nhưng nó cũng có thể là do ước tính không chính xác, ví dụ như ước tính này gần với hệ số di truyền thực hơn ước tính kia.
Hình 2: Tỷ lệ sống sót trong mỗi họ tôm được cảm nhiễm đối với giá trị giống ước tính bộ gen (gEBV) cao (A), ngẫu nhiên (B) và thấp (C). Việc tô bóng các ô vạch nhằm biểu thị phần trăm kháng bệnh của tổ tiên trong họ tôm đó (màu đen 100%, màu xám 75%, màu trắng 50% và cột sọc thể hiện nguồn gốc quần thể của bố hoặc mẹ không xác định). Các đường ngang cho thấy tỷ lệ trung bình giữa các họ tôm sống sót đối với các nhóm gEBV G1 cao (màu xanh), ngẫu nhiên (màu cam) và thấp (màu đỏ). Các đường liền mạch liên quan đến tổng thể G1 được thể hiện trong mỗi ô. Phỏng theo bản gốc.
Nghiên cứu đã đưa ra một số yếu tố tích cực trong việc lựa chọn gen để kháng WSSV ở L. vannamei. Đầu tiên, phương pháp dựa trên bộ gen đã xác định được sự biến đổi di truyền về khả năng kháng bệnh trong quần thể G0 ban đầu. Thứ hai, việc phát hiện sự khác biệt đáng kể giữa các nhóm chọn lọc cho thấy rằng sự chọn lọc đã làm tăng tính kháng WSSV trong thế hệ chọn lọc đầu tiên này. Thứ ba, tìm ra được sự khác biệt lớn trong các nhóm. Thứ tư, phản ứng của việc lựa chọn lớn hơn mong đợi so với cường độ lựa chọn được áp dụng, hệ số di truyền ước tính và các biến số khác. Cuối cùng, tỷ lệ sống sót được cải thiện 13% trong một thế hệ, con số này lớn hơn so với các phương pháp chọn lọc thông thường, nó cũng có giá trị về mặt thương mại.
Mức độ sống sót từ kết quả của nghiên cứu là hơn 60% trong các quần thể tốt nhất, nhưng nó có thể không đạt yêu cầu trong việc sản xuất thương mại. Tuy nhiên, khi việc tiêm phòng được sử dụng như một biện pháp để bảo vệ quần thể chống lại dịch bệnh, thì quần thể có thể được bảo vệ một cách hiệu quả mà không cần tiêm phòng cho từng cá thể do hiệu ứng bầy đàn. Tương tự như vậy, có thể làm chậm sự phát triển của dịch bệnh hoặc chấm dứt nó một cách triệt để khi quần thể được tiêm chủng với một mức độ nhất định. Biện pháp tiêm chủng cùng với việc quản lí mầm bệnh cũng như dịch bệnh có thể là điều kiện đủ để kiểm soát WSSV cho việc sản xuất thương mại.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bằng cách sử dụng chọn lọc gen có thể nhanh chóng tăng khả năng chống lại các tác nhân gây bệnh. Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng công cụ này có thể cung cấp cho người nuôi những quần thể tôm có thể sống sót và sinh sản một cách bình thường khi có sự xuất hiện của WSSV mà không cần phải tiêu diệt hoàn toàn sinh vật gây bệnh.
Trong việc áp dụng chọn lọc gen để kháng bệnh, chúng ta cũng cần xem xét sự tồn tại của mối tương quan di truyền bất lợi giữa tốc độ tăng trưởng và khả năng kháng WSSV. Tốc độ tăng trưởng của tôm nhanh hơn mong muốn so với sự phát triển của tôm nuôi bình thường. Có thể đạt được sự cải thiện đồng thời cả hai tính trạng bằng cách kết hợp dòng S phát triển nhanh với dòng R có sức đề kháng cao trong thiết kế hệ số nhân để cung cấp tôm bố mẹ cho việc sản xuất thương mại. Cũng có thể sử dụng chọn lọc gen sao cho cả hai tính trạng đều được chọn lọc tích cực, nhưng điều này cần được nghiên cứu thêm.
Một cân nhắc khác cho việc áp dụng chọn lọc gen này là khả năng chi trả và khả năng tiếp cận. Nhu cầu về kiểu gen sẽ làm tăng thêm chi phí cho chương trình lai tạo, nhưng nó cũng có thể làm giảm nhu cầu cho việc ghi chép phả hệ có hệ thống, vốn tốn kém và cũng gây ra sự kém hiệu quả trong quá trình chọn lọc do việc nuôi riêng biệt, vì nó có thể được lấy từ các kiểu gen. Nhiều dấu hiệu di truyền đã được xác định ở L. vannamei và các công nghệ tạo kiểu gen với số lượng cao đang trở nên sẵn có và ít tốn kém hơn để áp dụng.
Khó khăn lớn khác gặp phải khi sử dụng phương pháp lựa chọn bộ gen để kháng WSSV ở tôm là thực tế không thể sử dụng những con sống sót sau các thử nghiệm cảm nhiễm với WSSV làm giống lai tạo vì chúng có thể truyền virus theo chiều dọc và lây nhiễm sang quần thể con. Hơn nữa, thực tế có nhiều khó khăn thực tế trong việc làm sạch những con sống sót để đưa chúng vào các chương trình nhân giống tạo ra tôm bố mẹ sạch bệnh đặc hiệu với WSSV. Việc không thể sử dụng những con sống sót trong thực tế và việc thiếu thông tin về khả năng sống sót của các con giống được lai tạo cũng như mối quan hệ di truyền thực sự với các con giống (mối quan hệ phả hệ là tiêu chuẩn cho các nghiên cứu trước đây), hạn chế độ chính xác của việc chọn lọc kiểu hình thông thường.
Các nhà nghiên cứu cho rằng khả năng đánh giá giá trị giống cá thể thông qua chọn lọc gen là lý do chính để giải thích rằng tại sao tỷ lệ tăng lợi ích di truyền đạt được khi chọn lọc gen cao hơn so với việc lựa chọn kiểu hình thông thường về tính kháng WSSV ở L. vannamei. Dựa trên kết quả nghiên cứu cho thấy lợi ích di truyền đạt được và khả năng di truyền cao đã chứng tỏ rõ ràng tiềm năng to lớn của việc sử dụng chọn lọc gen để cải thiện khả năng di truyền và khả năng kháng lại WSSV trong quần thể L. vannamei.
Quan điểm
Kết quả của nghiên cứu cho thấy cải thiện di truyền và khả năng kháng lại WSSV có thể đạt được trong chương trình nhân giống L. vannamei bằng cách áp dụng phương pháp chọn lọc bộ gen. So với các phương pháp thông thường, việc sử dụng dữ liệu bộ gen dẫn đến các ước tính trong hệ số di truyền cao hơn và cải thiện độ chính xác của việc lựa chọn gen để cung cấp cho việc sản xuất thương mại.
Đây là nghiên cứu đầu tiên với L. vannamei chứng minh lợi ích di truyền được thực hiện từ việc chọn lọc gen. Phương pháp chọn lọc gen đặc biệt hứa hẹn đối với các chương trình chọn lọc cảm nhiễm động vật sống với các tác nhân lây nhiễm khi những con sống sót sau đó không thể được sử dụng làm giống.
Theo Tiến sĩ Nicholas Andrew Robinson
Biên dịch: Huyền Thoại – Công ty TNHH PTTS Bình Minh
“Tôm Giống Gia Hóa – Chìa Khóa Thành Công”
Xem thêm:
- Các Nhà Khoa Học Singapore Sử Dụng Chất Thải Nuôi Trồng Thủy Sản Phục Vụ Cho Việc Sửa Chữa Tế Bào
- Ứng Dụng Công Nghệ Chỉnh Sửa Gen CRISPR Trong Nghiên Cứu Thức Ăn Thủy Sản
- Đánh Giá Ảnh Hưởng Của Bốn Loại Tảo Biển Trong Khẩu Phần Ăn Của Tôm Thẻ Chân Trắng Thái Bình Dương