Biến Dị Di Truyền Về Khả Năng Bơi Lội Ở Cá Rô Phi

Tốc độ bơi tối ưu ở cá rô phi mang yếu tố di truyền và có thể được xem như một chỉ số hữu ích để dự đoán khả năng tăng trưởng của chúng.

Tính di truyền của khả năng vận động đã nhận được sự quan tâm nghiên cứu đáng kể ở chó, ngựa và người. Có rất ít ước tính thông số di truyền về khả năng bơi lội ở cá, nhưng các nghiên cứu hiện có cho thấy khả năng bơi lội có yếu tố di truyền.

Cá rô phi (Oreochromis niloticus) thường được nuôi trong các ao nhỏ không sục khí. Trong các ao không sục khí, nồng độ oxy hòa tan (DO) giảm xuống dưới mức tới hạn (3 mg/lít) vào ban đêm, ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển của cá. Do đó, có thể dự đoán rằng cá rô phi có hiệu quả hấp thụ oxy cao sẽ phát triển tốt hơn trong điều kiện này so với cá rô phi có hiệu quả hấp thụ oxy thấp. Vì tốc độ bơi tới hạn (Ucrit) có thể phản ánh hiệu quả hấp thụ oxy, nghiên cứu của chúng tôi được mô tả ở đây đã xem xét khả năng cá có Ucrit cao sẽ phát triển tốt hơn trong điều kiện thiếu oxy.

Một phương pháp năng suất cao để đánh giá sự khác biệt giữa các cá thể về hiệu quả hấp thụ oxy là sử dụng bài kiểm tra bơi gắng sức. Trong phương pháp này, tốc độ bơi của cá được tăng dần theo các khoảng thời gian xác định cho đến khi cá kiệt sức và không thể tiếp tục bơi. Khi cá không còn duy trì được một tốc độ nhất định trong một khoảng thời gian quy định, trạng thái mệt mỏi được xác định và từ đó có thể tính toán giá trị Ucrit. Gần đây, phương pháp này đã được phát triển và áp dụng trên cá tráp vàng (Sparus aurata) và cá hồi Đại Tây Dương (Salmo salar).

Những loài cá có khả năng tiêu thụ oxy cao thường có thể bơi nhanh hơn; nói cách khác, cá bơi càng nhanh thì hiệu quả hấp thụ oxy càng lớn. Đối với cá rô phi, mối liên hệ giữa Ucrit và mức tiêu thụ oxy tối đa có thể đặc biệt chặt chẽ, do loài cá này có giá trị Ucrit cao cùng với tốc độ trao đổi chất tối đa rất lớn. Vì vậy, Ucrit có thể được xem là một chỉ số đáng tin cậy để đánh giá hiệu quả hấp thụ oxy của từng cá thể cá rô phi.

Bài viết này được chuyển thể và tóm tắt từ ấn bản gốc [Mengistu, SB et al. 2021. Biến dị di truyền về khả năng bơi lội ở cá rô phi (Oreochromis niloticus) và tương quan di truyền âm tính với tăng trưởng và trọng lượng thu hoạch. Sci Rep 11, 11018 (2021)] thảo luận về một nghiên cứu nhằm ước tính khả năng bơi lội ở cá rô phi để đánh giá tương quan di truyền giữa Ucrit và kích thước cá ở giai đoạn đầu, và để xác định tương quan di truyền giữa Ucrit ở giai đoạn đầu và trọng lượng thu hoạch (HW) cũng như hệ số tăng trưởng hàng ngày (DGC) ở giai đoạn sau.

Chuẩn bị nghiên cứu

Nghiên cứu của chúng tôi sử dụng dữ liệu kiểu hình (những đặc điểm có thể quan sát và đo lường được) thu thập trong chương trình chọn giống GIFT do WorldFish quản lý. Chương trình được triển khai tại Trung tâm Khuyến nông Nuôi trồng Thủy sản thuộc Cục Thủy sản Malaysia, đặt tại Jitra, bang Kedah. Trong thí nghiệm này, các cá thể cá rô phi thuộc dòng GIFT thế hệ thứ 18 được sử dụng làm đối tượng nghiên cứu. Tổng cộng 60 gia đình cá được tạo ra từ 31 cá thể đực và 58 cá thể cái; trong đó có hai cá thể cái được phối giống hai lần với hai cá thể đực khác nhau. Các cá thể có cùng bố mẹ được nuôi tách biệt trong các lồng lưới mắt nhỏ đặt trong ao đất nhằm theo dõi và đánh giá chính xác các đặc điểm sinh trưởng.

Để biết thông tin chi tiết về thiết lập thí nghiệm và nuôi cá; thử nghiệm bơi; tính toán hiệu suất bơi tối ưu và diện tích bề mặt; và phân tích thống kê, vui lòng tham khảo ấn bản gốc.

Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu của chúng tôi lần đầu tiên cung cấp bằng chứng từ một thí nghiệm quy mô lớn cho thấy khả năng bơi lội của cá rô phi có tính di truyền, đồng thời tồn tại mối tương quan di truyền âm mạnh với trọng lượng thu hoạch, ngay cả khi đã hiệu chỉnh theo kích thước cơ thể tại thời điểm thử nghiệm. Các khía cạnh liên quan đến hệ số di truyền, mối tương quan di truyền, phương pháp đánh giá và khả năng ứng dụng thử nghiệm sức bơi trong chương trình chọn giống đã được trình bày và thảo luận chi tiết trong ấn bản gốc.

Dữ liệu thu được cho thấy sự tồn tại của biến dị di truyền đáng kể trong hiệu suất bơi lội, với hệ số di truyền trung bình (chỉ số phản ánh mức độ khác biệt về gen góp phần tạo nên sự khác biệt của tính trạng) dao động từ 0,41 đến 0,48. Ước tính hệ số di truyền đối với Ucrit ở giai đoạn đầu đời trong nghiên cứu nằm trong cùng khoảng với các báo cáo trước đây trên những loài cá khác cũng như các đặc điểm sinh lý tương tự. Trong bốn nghiên cứu từng ước tính các thông số di truyền liên quan đến khả năng bơi ở cá, chỉ có nghiên cứu đánh giá khả năng bơi bứt tốc là không thể so sánh trực tiếp với chỉ số Ucrit được sử dụng trong nghiên cứu này. Bên cạnh đó, hệ số di truyền của Ucrit tương đối mà chúng tôi ước tính (0,15) không khác biệt đáng kể so với 0, trái ngược với hệ số di truyền 0,55 được ghi nhận đối với tốc độ bơi tối đa tương đối ở cá vược châu Âu. Sự khác biệt này có thể bắt nguồn từ đặc điểm sinh học riêng của từng loài, đặc biệt là sự khác nhau về hình dạng cơ thể, cá rô phi có thân cao trong khi cá vược có thân dài có thể ảnh hưởng đến hiệu suất bơi lội và mức độ di truyền của các chỉ tiêu này.

Sự khác biệt giữa các loài cũng thể hiện rõ trong mối quan hệ giữa Ucrit và kích thước cơ thể. Khi đánh giá khả năng bơi, Ucrit tuyệt đối có tương quan di truyền mạnh với trọng lượng cơ thể, với mức độ cao hơn so với các ước tính mà những nghiên cứu trước đây ghi nhận giữa sức bền bơi và trọng lượng cơ thể ở cá hồi Đại Tây Dương. Tương tự, tương quan di truyền giữa Ucrit tuyệt đối và chiều dài tiêu chuẩn (0,83) cũng khác so với giá trị được báo cáo giữa sức bền bơi và chiều dài thân ở loài cá này. Đáng chú ý, mối tương quan di truyền mạnh giữa Ucrit tuyệt đối với chiều dài và trọng lượng của cá rô phi khi kiểm tra ở giai đoạn đầu đời cho thấy những cá thể lớn hơn có khả năng bơi nhanh hơn về mặt tuyệt đối.

Tuy nhiên, các cá thể có chỉ số Ucrit cao trong giai đoạn kiểm tra ban đầu lại thể hiện tốc độ tăng trưởng hàng ngày (DGC) và trọng lượng thu hoạch (HW) thấp hơn ở các giai đoạn sau của vòng đời. Những tương quan di truyền mang tính tiêu cực này không ủng hộ giả thuyết ban đầu rằng cá rô phi có Ucrit cao  phản ánh khả năng hấp thụ oxy hiệu quả hơn sẽ tăng trưởng tốt hơn trong điều kiện ao nuôi không sục khí, nơi thường xuyên xảy ra tình trạng thiếu oxy. Ngược lại, kết quả cho thấy những cá thể có Ucrit cao ở giai đoạn sớm lại có xu hướng tăng trọng ít hơn về sau. Dữ liệu hiện tại cũng chưa cung cấp thông tin chi tiết về hình thái và thành phần cơ thể của cá ở kích thước thu hoạch. Chẳng hạn, có khả năng những cá thể có Ucrit cao sẽ tích lũy ít mỡ hơn ở giai đoạn sau so với cá có Ucrit thấp. Do đó, cá có Ucrit thấp có thể đạt trọng lượng lớn hơn, nhưng không đồng nghĩa với việc có sản lượng phi lê cao hơn. Một số nghiên cứu trên cá tráp vàng có thân hình lớn cũng ghi nhận xu hướng tương tự, khi những cá thể bơi nhanh thường cho khối lượng phi lê thấp hơn ở giai đoạn trưởng thành.

Một cách lý giải hợp lý cho kết quả nghiên cứu của chúng tôi là sự tồn tại của sự đánh đổi giữa khả năng bơi lội và tốc độ tăng trưởng ở cá con. Theo đó, những cá thể có chỉ số Ucrit cao trong giai đoạn đầu đời có thể sẽ tăng trưởng chậm hơn ở các giai đoạn sau. Nói cách khác, cá con có thể “lựa chọn” giữa hai hướng phát triển: bơi lội tốt hơn hoặc tăng trưởng nhanh hơn. Hai đặc điểm này có thể đại diện cho hai chiến lược khác nhau để đối phó với kẻ săn mồi: một là tăng khả năng thoát khỏi sự truy đuổi, hai là lớn nhanh để sớm vượt qua kích thước dễ bị săn mồi.

Nhiều nghiên cứu trước đây cũng cho thấy khả năng tồn tại sự đánh đổi giữa tốc độ tăng trưởng và khả năng vận động. Trong giai đoạn tăng trưởng nhanh, sự phát triển cơ bắp và thể chất của cá có thể bị ảnh hưởng tiêu cực. Chẳng hạn, cá chép chuyển gen hormone tăng trưởng (GH) có tốc độ tăng trưởng cao nhưng lại có khả năng bơi tối ưu thấp hơn so với nhóm cá đối chứng không chuyển gen. Tương tự, cá hồi chuyển gen GH dù có tốc độ bơi tối ưu tương đương nhóm đối chứng, nhưng lại tiêu thụ lượng oxy cao hơn đáng kể, cho thấy chúng có thể phải tăng cường trao đổi chất để bù đắp cho hạn chế trong hiệu suất bơi lội.

Trong nghiên cứu của chúng tôi, tổng cộng 1.493 con cá đã được sử dụng để ước tính các thông số di truyền. So với các nghiên cứu trước đây vốn chỉ sử dụng từ 96 đến 129 cá thể và chủ yếu ước tính tính di truyền theo nghĩa rộng dựa trên các gia đình quy mô mẫu lớn hơn đáng kể của nghiên cứu này đã giúp nâng cao độ chính xác khi xác định các giá trị tính di truyền cụ thể.

Kết quả cũng cho thấy mối tương quan di truyền nghịch giữa Ucrit tuyệt đối và HW, cũng như giữa Ucrit và DGC. Điều này cho thấy khi chọn lọc nhằm đạt trọng lượng thu hoạch cao, quá trình này có xu hướng ưu tiên những cá thể tăng trưởng nhanh nhưng có giá trị Ucrit thấp hơn. Việc xu hướng này có thực sự mong muốn hay không vẫn cần được xem xét thêm. Trong điều kiện thiếu oxy thường gặp ở các ao không sục khí hoặc khi xảy ra hiện tượng tảo nở hoa, những cá thể nhỏ hơn nhưng hoạt động linh hoạt hơn có thể có lợi thế sống sót. Tuy nhiên, trong các hệ thống nuôi được quản lý tối ưu, tốc độ tăng trưởng có thể được cải thiện hơn nữa nếu Ucrit được đưa vào như một tiêu chí trong chương trình chọn giống, bên cạnh mục tiêu về trọng lượng thu hoạch.

Những con cá có chỉ số Ucrit cao thường cho thấy khả năng đề kháng tốt hơn. Việc bơi lội thường xuyên giống như một hình thức “tập luyện”, giúp cải thiện thể lực tổng thể, nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ tim mạch và hô hấp, đồng thời làm tăng mật độ ty thể và mức độ mao mạch hóa trong mô cơ. Bên cạnh đó, năng lực của hệ miễn dịch cũng có vẻ liên quan đến khả năng bơi lội. Một số nghiên cứu trên cá hồi Đại Tây Dương cho thấy ở những cá thể bơi kém có tới 21 gen liên quan đến phản ứng với virus được phát hiện khác biệt so với những cá thể bơi giỏi.

Kết luận

Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy ở cá con tồn tại sự đánh đổi giữa khả năng bơi lội và tốc độ tăng trưởng. Cụ thể, những cá thể có tốc độ bơi tới hạn (Ucrit) cao ở giai đoạn đầu đời thường có xu hướng tăng trưởng chậm hơn trong điều kiện thiếu oxy. Đồng thời, chỉ số Ucrit ở cá rô phi sông Nile mang tính di truyền và có thể được sử dụng như một chỉ báo để dự đoán hiệu suất tăng trưởng.

Việc bổ sung chỉ số Ucrit tuyệt đối vào tiêu chí chọn giống, cùng với trọng lượng thu hoạch (HW) và hệ số tăng trưởng hàng ngày (DGC), có thể mang lại lợi ích nếu mục tiêu là chọn lọc các cá thể có sức khỏe và khả năng thích nghi tốt hơn, đặc biệt trong môi trường thiếu oxy. Chỉ số Ucrit tuyệt đối có thể được đo ở giai đoạn sớm trên chính các cá thể được chọn lọc có năng suất cao và bằng phương pháp không xâm lấn, mặc dù kích thước cá thử nghiệm có thể bị giới hạn do khó tạo ra tốc độ dòng chảy đủ lớn.

Tuy nhiên, nếu tiến hành chọn lọc dựa trên Ucrit với cường độ 10% đối với những cá thể có giá trị Ucrit cao nhất, trọng lượng thu hoạch trung bình của đàn con có thể giảm khoảng 19% so với phương pháp chọn lọc trực tiếp theo trọng lượng thu hoạch. Vì vậy, chúng tôi đề xuất áp dụng chiến lược chọn lọc hai giai đoạn: ở giai đoạn đầu, giữ lại khoảng 90% cá thể có chỉ số Ucrit tốt nhất nhằm đảm bảo sức khỏe và khả năng vận động; sau đó, ở giai đoạn hai, tiếp tục chọn lọc dựa trên trọng lượng thu hoạch.

Nghiên cứu này là công trình đầu tiên chứng minh sự tồn tại của phương sai di truyền cộng tính đáng kể đối với tốc độ bơi tối đa (Ucrit) ở cá rô phi. Kết quả cũng cho thấy mối tương quan di truyền thuận lợi giữa Ucrit và một số đặc điểm ở giai đoạn đầu đời. Tuy nhiên, chúng tôi ghi nhận mối tương quan di truyền âm giữa Ucrit với trọng lượng thu hoạch cũng như với tốc độ tăng trưởng hằng ngày ở giai đoạn sau đời. Tóm lại, việc đưa chỉ số Ucrit vào mục tiêu chọn giống có thể góp phần nâng cao khả năng chống chịu của cá rô phi.

Theo Samuel Bekele Mengistu, Arjan P. Palstra, Han A. Mulder John AH Benzie, Trong Quoc Trinh, Chantal Roozeboom, TS Hans Komen

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/heritable-variation-in-swimming-performance-in-nile-tilapia/

Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hoá Bình Minh

Xem thêm:

• Các Quyết Định Quan Trọng Trong Việc Thu Hoạch Và Đóng Gói Tôm, Phần 1
• Các Quyết Định Quan Trọng Trong Việc Thu Hoạch Và Đóng Gói Tôm, Phần 2
• Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Nuôi Trồng Thủy Sản