Bài 8: CNSH trong chọn và nhân giống vật nuôi

CNSH TRONG CHỌN VÀ NHÂN GIỐNG VẬT NUÔI GV: ThS. Trương Hải Nhung Email: thnhung@hcmus.edu.vn Nội dung ¨  Vai trò ngành chăn nuôi, các thách thức hiện tại ¨  Định nghĩa Giống và Nhân giống ¨  Chọn và nhân giống theo truyền thống ¨  CN gen trong chọn giống ¨  CNSH trong chăn nuôi gia súc ¨  CNSH trong nuôi trồng thuỷ sản Tài liệu tham khảo: Sách: 1.  Phan Kim Ngọc & Phạm Văn Phúc, Công nghệ Sinh học người và động vật, NXB Giáo dục 2.  Phan Kim Ngọc & cs, Công nghệ tế bào gốc, NXB Giáo dục. 3.  Phạm Thành Hổ, Di truyền học, NXB giáo dục 4.  Một số từ khóa: Livestock, animal breed, genomic, livestock breed selection, biotechnology, animal husbandry Thịt gà Thịt heo Trứng Sữa Trâu kéo cày Bò kéo xe Ngựa kéo xe Voi kéo gỗ Các loại phân bón VAI TRÒ NGÀNH CHĂN NUÔI ¨  CUNG CẤP: nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao cho con người như thịt, trứng, sữa. ¨  CUNG CẤP: sức kéo như trâu, bò, ngựa, voi, ¨  CUNG CẤP: phân bón với số lượng lớn, nhiên liệu khí đốt ¨  CUNG CẤP: nguyên liệu cho ngành công nghiệp nhẹ như lông, sừng, da, xương. $$$$$$$$Lợi ích kinh tế Thách thức trong chăn nuôi ¨  Suy thoái di truyền và hiệu quả sinh sản ¨  Dịch bệnh ¨  Định hướng: yếu tố bên trong và bên ngoài ¨  Chất lượng và số lượng Kim ngạch nhập khẩu Kim ngạch xuất khẩu ĐVT: Triệu USD Thách thức đv ngành chăn nuôi trước Hiệp định Đối tác xuyên Thái Bình Dương (TPP) v Hiện nay, thuế suất nhập khẩu các mặt hàng thịt vào Việt Nam ở mức tương đối cao: thịt bò từ 14% – 30%; thịt lợn từ 15% – 25%; thịt gà từ 15% - 40%; các loại thịt khác cũng từ 5% trở lên v Trong thời gian tới có thể hàng rào bảo hộ trên sẽ không còn, khi Hiệp định Đối tác kinh tế chiến lược xuyên Thái Bình Dương (TPP) được ký kết (có khả năng được ký kết thành công vào cuối năm 2014) Tại sao phải ứng dụng CNSH trong chăn nuôi ¨  Cải thiện di truyền và bảo tồn ¨  Nâng cao chất lượng sản phẩm vật nuôi, sản xuất protein từ động vật ¨  Nâng cao Sức khỏe vật nuôi ¨  Hiệu suất sinh sản ¨  Giống hay phẩm giống trong chăn nuôi là một nhóm vật nuôi hoàn chỉnh của một loài nào đó, có chung nguồn gốc, được tạo thành bởi lao động sáng tạo của con người trong những điều kiện kinh tế và thiên nhiên nhất định. ¨  Gồm ba loại: ¤ Giống nguyên thủy ¤ Giống quá độ (đã được cải tiến) ¤ Giống gây thành. u ĐỊNH NGHĨA GIỐNG, CHỌN GIỐNG VÀ NHÂN GIỐNG Chọn giống vật nuôi là môn khoa học: - Nghiên cứu các qui luật di truyền - Tìm và hoàn thiện các phương pháp tạo giống - Nâng cao năng suất và phẩm chất các giống sẵn có. Chọn giống vật nuôi là gì? Giống nguyên thủy ¨  Tầm vóc nhỏ ¨  Sức sản xuất thấp và kiêm dụng ¨  Chịu đựng bệnh tật cao ¨  Mức độ biến dị không cao (bảo thủ di truyền) ¨  Thành thục muộn Giống quá độ ¨  Tầm vóc được cải tiến ¨  Sức sản xuất đã được nâng lên (vẫn còn kiêm dụng) ¨  Tính bảo thủ di truyền vẫn còn Giống gây thành (giống cao sản) ¨  Sức sản xuất cao (kiêm dụng và chuyên dụng) ¨  Dễ thay đổi do ảnh hưởng ngoại cảnh ¨  Chịu đựng bệnh tật kém ¨  Đòi hỏi điều kiện nuôi dưỡng, chăm sóc trình độ cao. Chọn lọc giống ¨  Chọn lọc là quá trình mà qua đó một số cá thể được giữ lại và cho phép sinh sản, một số cá thể thì bị loại thải đi. ¨  Chọn lọc là biện pháp đầu tiên để cải tiến di truyền giống vật nuôi. ¨  Chọn lọc không tạo ra các kiểu gen mới, song nó cho phép kiểu gen nào tồn tại nhiều ở thế hệ con cái. Những thay đổi của thú hoang qua quá trình thuần hóa ¨  Thay đổi về mặt ngoại hình ¨  Các bộ phận của cơ thể và chức năng Nguồn gốc giống lợn hiện nay Di truyền tính trạng Tính trạng chất lượng : tính di truyền của tính trạng này được chi phối bởi một hoặc 2 cặp gen. Trạng thái khác nhau, ví dụ: có sừng hoặc không có sừng, có màu hoặc không có màu, Tính trạng số lượng: Tạo ra sự khác nhau giữa các vật nuôi theo mức độ hơn là trạng thái. Thường chịu sự chi phối của nhiều cặp gen. Các tính trạng sản xuất đều thuộc tính trạng số lượng. Ví dụ: khả năng cho thịt, sữa, số con sinh ra/lứa Tính trạng tổng hợp: rất nhiều tính trạng ảnh hưởng đến khả năng sản xuất của vật nuôi. Ví dụ: sữa, thịt là kết hợp của nhiều tính trạng thành phần. -  Khả năng sx thịt ở cừu là tính trạng tổn hợp vì nó liên quan đến nhiều tính trạng khác: khả năng sinh sản của con cái, tỷ lệ sống sót của cừu con, khả năng làm mẹ, khả năng sinh trưởng, Các phương pháp chọn lọc theo huyết thống Ở đời trước Bản thân con vật Ở đời sau Anh chị em Anh chị em Chọn lọc theo đời trước ¨  Chọn lọc theo đời trước là chọn lọc căn cứ vào giá trị kiểu hình, kiểu di truyền của tổ tiên con vật (thường là bố, mẹ, ông bà ...). ¨  Ưu điểm: biết được mức độ di truyền tốt xấu của tổ tiên mà còn có nhận định sớm về con vật cho dù chỉ mới ở mức độ sơ bộ. ¨  Nhược điểm: Hiệu quả chọn lọc không cao đối với những tính trạng có hệ số di truyền thấp. Chọn lọc bản thân ¨  Chọn lọc bản thân còn được gọi là chọn lọc cá thể hay kiểm tra năng suất, chọn lọc kiểu hình. ¨  Ưu điểm: ¤  Có độ chính xác cao đối với những tính trạng có hệ số di truyền cao và có cường độ chọn lọc cao ¤  Đơn giản và dễ thực hiện, rẻ tiền. ¨  Nhược điểm: ¤  Những điều kiện nhất định về cơ sở vật chất, tổ chức và kỹ thuật. ¤  Không chọn lọc được những tính trạng mà ta không đánh giá được trực tiếp ¤  Hiệu quả chọn lọc không cao đối với những tính trạng có hệ số di truyền thấp (sinh sản). Chọn lọc gia đình ¨  Chọn lọc theo gia đình ¤  Ưu điểm: n  Có hiệu quả đối với các tính trạng có hệ số di truyền thấp n  Chọn lọc gia đình có hiệu quả tốt khi môi trường sống của các gia đình là giống nhau. n  Chọn lọc theo gia đình có hiệu quả tốt khi các gia đình có số lượng thành viên lớn. ¤  Nhược điểm: n  Số lượng gia đình ít hơn số lượng gia đình bố mẹ được chọn lọc →mức độ cận thân ở chọn lọc giữa các gia đình cao. n  Môi trường sống giữa các gia đình khác nhau và số lượng anh chị em trong gia đình → hiệu quả chọn lọc thấp n  Một số cá thể có năng suất kém, nhưng vẫn được giữa lại làm giống vì giữ lại toàn bộ gia đình. Chọn lọc gia đình ¨  Chọn lọc theo gia đình ¤  Kiểm tra qua anh chị em ¤  Chọn lọc theo đời sau Chọn lọc gia đình ¨  Chọn lọc trong gia đình ¤ Ưu điểm: n  Có kết quả tốt đối với các tính trạng có hệ số di truyền thấp. n  Một ưu điểm nữa là hạn chế được sự tăng đồng huyết ở các quần thể khép kín. ¤  Nhược điểm: n  Một số cá thể tốt vẫn có thể bị loại thải do trong gia đình chỉ giữ lại một số cá thể để làm giống. n  Phương pháp này tiến hành phức tạp hơn phương pháp chọn lọc cá thể. ¨  Giao phối cận huyết ¤  Nguyên nhân n  Yếu tố tự nhiên n  Yếu tố nhân tạo ¤  Hậu quả: suy thoái cận huyết Nhân giống vật nuôi ¨  Thuần chủng đàn giống ¨  Cố định một tính trạng ¨  Phát huy và bảo tồn huyết thống của các tổ tiên tốt ¨  Phát hiện và loại thải các gen lặn ¨  Gây các dòng cận huyết ¨  Xác định được giá trị di truyền thực tế của một cá thể, của một loại gen đối với các tính trạng khác nhau của vật nuôi. Ứng dụng của giao phối cận huyết ¨  Các yếu tố ảnh hưởng đến suy thoái cận huyết: ¤  Yếu tố di truyền: quan hệ huyết thống càng gần thì mức độ suy hoá cận huyết cao, và ngược lại. ¤  Tính trạng xem xét: Các tính trạng có hệ số di truyền thấp thì mức độ suy hoá cận huyết cao, và ngược lại ¤ Ðiều kiện nuôi dưỡng:Trong điều kiện nuôi dưỡng kém thì mức độ biểu hiện suy hoá cận huyết sẽ rõ, và ngược lại ¨  Ưu thế lai ¤  Phối hai cá thể khác dòng, khác giống, lai giữa hai dòng, hai giống, hai thuần chủng nói chung đã xác nhận hiện tượng ưu thế lai và đời con sinh ra phần lớn cũng khoẻ hơn, chịu đựng bệnh tật tốt hơn, năng suất cao hơn bình quân giống gốc. ¤  VD: Ngựa x Lừa → La Nhân giống vật nuôi ¨  Nhân giống thuần chủng Nguyên tắc của nhân giống thuần chủng: ¤  Xác định mục tiêu xa, gần trong khi bảo vệ và nhân giống thuần chủng. ¤  Cần có nguyên liệu để chọn lọc và cần nghiên cứu kỹ các biến dị di truyền với một số lượng lớn cá thể qua các thế hệ. ¤  Các phương pháp chọn lọc, chọn phối, nhân giống phải thích hợp dựa trên các thông tin về chỉ tiêu sản xuất, dạng hình thông qua việc đánh giá các con đực, con cái đầu dòng, nhóm hạt nhân hay cá biệt. Các phương pháp nhân giống vật nuôi ¨  Nhân giống thuần chủng Lưu ý: o  Mỗi giống gia súc thuần chủng phải có số lượng còn tương đối nhiều và phân bố trên địa bàn nhất định. o  Nghiên cứu kỹ các đặc điểm hình thái, năng suất qua các thế hệ, mức độ cận huyết và liên quan huyết thống. o  Chú ý nuôi dưỡng, chăm sóc tốt các vật nuôi sinh sản, hậu bị, những con còn non nhưng đã được định hướng để chuẩn bị lực lượng cho chọn lọc. o  Trong các cơ sở giống nên tập trung các con đực và cái đã được chọn vào các đàn hạt nhân nếu ở đó chưa có dòng đực được xác nhận. Các phương pháp nhân giống vật nuôi ¨  Tạo dòng ¤  Chọn đực đầu dòng ¤  Chọn phối. ¤  Kiểm ra đời con ¤  Làm thủ tục công nhận dòng Các phương pháp nhân giống vật nuôi ¨  Nhân giống theo dòng Các phương pháp nhân giống vật nuôi •  Giao dòng Lai giống Khi sử dụng lai gây thành cần chú ý mấy điểm sau: - Phải xác định rõ mục tiêu của giống mới sẽ được gây thành. - Xác định giống nào là nền, tức là giống đó sẽ chiếm ưu thế trong con lai sau này. - Sau khi đã được các đời lai đạt yêu cầu đặt ra thì cần chọn lọc, bồi dục con giống, sử dụng cận huyết để cố định các đặc điểm tốt. - Dựa vào tình hình gây giống mà không ngừng bổ sung, thay đổi kế hoach gây giống để nhanh chóng đạt mục tiêu đề ra. Lai giống u  CNSH trong chọn giống ¨  Chọn lọc có hỗ trợ marker (MAS) ¤  Tiếp cận gen ứng viên: n  Nghieân cöùu moái lieân quan trong caùc quaù trình sinh lyù (ví duï söï toång hôïp protein söõa) vaø xaùc ñònh moãi gen, moãi allele gaây keát quaû ra sao trong kieåu hình quan taâm (ví duï ñaëc tính choáng ñoâng) ¤  Tạo dòng vị trí n  Nguyeân lyù nhö sau: trong suoát quaù trình giaûm phaân, moãi giao töû ñôn boäi nhaän n NST, keát quaû töø söï laáy maãu ngaãu nhieân caùc ñoaïn lôùn beân trong moãi caëp NST boá meï. Keát quaû laø, hai trình töï DNA (hay locus) ñònh vò gaàn vôùi nhau treân cuøng NST boá meï coù leõ ñaõ ñöôïc chuyeån cuøng nhau ñeán caùc giao töû, vaø sau ñoù laø caùc theá heä con caùi. Kĩ thuật CNSH trong chọn giống ¨  Xác định gen ảnh hưởng lên tính trạng - gen marker ¤  Cách tiếp cận gen ứng viên n  VD: gen receptor estrogen (ESR) ảnh hưởng lên kích cỡ lứa đẻ ở heo ¤  Cách tiếp cận quét bộ gen (Cách tiếp cận marker phân tử): Söû duïng caùc marker naëc danh traûi khaép boä gen ñeå xaùc ñònh QTL/ETL Kĩ thuật CNSH trong chọn giống ¨  Sử dụng các thông tin marker hay gen marker ¤ Đánh giá di truyền ¤ Chọn lọc trong một giống ¤ Chương trình lai giống Các gen marker quan trọng Somatocrinin (GHRH): Một nghiên cứu tiến hành trên 89 con bò đực Holstein-Friesian thụ tinh nhân tạo (AI), đã ghi chú kiểu gen hiếm (AA, 7,7%) thu nhận được, sau khi phân tích cắt giới hạn bằng enzyme HaeIII PCR-RFLP, chúng có vai trò đáng tin cậy về tỷ lệ và sản lượng mỡ. Các gen marker quan trọng Pit-1 n Pit1 là nhân tố phiên mã chuyên biệt quan trọng cho cơ chế hoạt hoá sự biểu hiện của prolactin (PRL), và các gen GH trong vùng trước tuyến yên. n phát hiện 2 allele: A (Hinfl-) và B (HinfI+) n các allele A có ảnh hưởng cao của đối với việc sản lượng sữa và protein, ảnh hưởng thấp lên tỷ lệ mỡ, và ảnh hưởng cao tới trọng lượng cơ thể. Các gen marker quan trọng Hormone tăng trưởng: n Hai allele tạo các dạng thay đổi hàm lượng của GH bò có một đầu là Leu hay Val tại vị trí 127 n Kiểu gen allele Val, là tốt hơn cho sản xuất sữa. Chọn lọc giống có hỗ trợ marker phân tử (MAS) Loại marker 1.  Markers hình thái •  Màu sắc, kích thước 2.  Markers Phân tử •  Isozyme marker (non-DNA): hạn chế vì số lượng enzyme trong hệ thống lưu trữ chưa nhiều. •  DNA based markers: marker dựa trên sự khác biệt profile DNA của từng cá thể. •  Được tìm ra thông qua mapping •  Marker liên kết nằm gần với gen quan tâm và không phải là một phần của gen đó •  Là một phần của gen quan tâm •  Khó làm nhưng độ tin cậy rất cao nếu sử dụng marker loại này MAS? Khái niệm về việc sử dụng marker phân tử (marker bản chất là DNA) để phát hiện và theo dõi sự di truyền của gen trong quá trình nhân giống. 1. Cải thiện hiệu quả chọn lọc 2.  Cần số lượng mẫu nhỏ 3. Marker đồng trội cho phép kiểm tra chính xác 4. Có thể tiến hành trên các tính trạng trước khi chúng biểu hiện 5. Tiết kiệm thời gian. MAS Marker 1 (gần hơn marker 2) 1 2 Gen mục tiêu Markers phải liên kết với loci quan tâm ¨  Lý tưởng: khoảng cách từ marker đến gene hoặc QTL <5 cM Marker A QTL 5 cM Độ tin cậy chọn lọc marker A : 1 – rA = ~95% Marker A QTL Marker B 5 cM 5 cM markers A và B: 1 - 2 rArB = ~99.5% Markers đa hình (polymorphic) 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 RM84 RM296 P1 P2 P1 P2 Không đa hình Đa hình! PCR-based DNA markers ¨  Sử dụng PCR ¨  Đơn giản và chi phí thấp Điện di trên gel Agarose hay Acrylamide gels PCR PCR Buffer + MgCl2 + dNTPS + Taq + Primers + DNA template Máy luân nhiệt Đánh giá kết quả trên gel agarose Đèn UV UV transilluminator CNSH trong chăn nuôi gia súc, gia cầm ¨  Nhân nhanh số lượng ¨  Chọn lọc giống (dựa vào marker), chọn lọc giới tính à nâng cao chất lượng ¨  Phòng bệnh Kích thích thu nhận trứng Sự biểu hiện động dục qua tình trạng kích thích về sinh dục, sẵn sàng chịu phối và hiện tượng “rượng đực” Bao Graaf Thể vàng biến mất. Không có sự sản xuất progesterone GÂY SIÊU BÀI NOÃN Thu được nhiều phôi có chất lượng cao - PMSG - FSH - HMG Là quá trình tác động để một lần động dục buồng trứng bò có nhiều trứng phát triển chín và rụng đồng thời Mục đích Cần chú ý đến hội chứng quá mẫn buồng trứng????? ¨  Lấy tinh bằng các dụng cụ hỗ trợ: âm đạo giả LỌC CHỌN BẢO QUẢN GIEO TINH Nhân nhanh đàn gia súc bằng cấy truyền phôi Cloning phôi Vieän Chaên nuoâi Quoác gia thaønh coâng caét phoâi boø 3.3.2OO2 CHOÏN LOÏC GIÔÙI TÍNH PHOÂI Ñieàu khieån giôùi tính laø moät mong muoán cuûa con ngöôøi ñaõ coù töø laâu tuøy vaøo muïc ñích chaên nuoâi chaên nuoâi Vieäc xaùc ñònh giôùi tính thoâng qua phoâi coù theå ñöôïc thöïc hieän qua vieäc xaùc ñònh giôùi tính tinh truøng vaø xaùc ñònh tröïc tieáp giôùi tính cuûa phoâi Xác định giới tính tinh trùng - Döïa vaøo tính tích ñieän, troïng löôïng rieâng hay kieåu hình khaùc bieät giöõa cuûa tinh truøng mang nhieãm saéc theå X hay Y Phòng bệnh vật nuôi Vaccine ¨  Vaccine là chế phẩm có tính kháng nguyên dùng để tạo miễn dịch đặc hiệu chủ động, nhằm giúp đề kháng của cơ thể chống lại một số tác nhân gây bệnh cụ thể (virus,vi khuẩn) Phân loại ¨  Vaccine vô hoạt ¨  Vaccine nhược độc ¨  Vaccine dạng độc tố ¨  Vaccine từ vỏ polysaccharid vỏ vi khuẩn ¨  Vaccine tái tổ hợp ¨  Vaccine DNA Vaccine DNA Gene gây bệnh Plasmid biểu hiện Plasmid mang gen Tái tổ hợp Vi khuẩn Chuyển vào tế bào vi khuẩn Plasmid DNA Plasmid DNA được khuếch đại Plasmid DNA Purified Ready to use CNSH trong thuỷ sản ¨  Nâng cao sản lượng: chọn lọc quần thể đơn tính ¨  Phòng bệnh: đốm trắng ở tôm cá ¨  Trước đây, sử dụng hormone để chuyển giới tính, hoặc dùng biện pháp lai chéo để tạo ra sự phân bố lệch giới tính trong thế hệ sau để sản xuất cá rô phi đơn tính. ¨  Tuy nhiên: gây tâm lý lo ngại cho người tiêu dùng, không đáp ứng đủ nhu cầu về năng suất của người nuôi. Ñaïi hoïc KHTN TP HCM thaønh coâng trong nghieân cöùu chuyeån ñoåi giôùi tính caù lia thia Vieän Nuoâi troàng Thuûy saûn II coù caùc nghieân cöùu bieán ñoåi giôùi tính treân toâm caøng xanh qua cô cheá hormon ART for our diversity