Áp dụng các nghiên cứu công nghệ gen trong chăn nuôi

21/05/2020 | 10:46

(Người Chăn Nuôi) - Một thách thức quan trọng ở những thập kỷ tiếp theo đối với ngành chăn nuôi là thỏa mãn nhu cầu thực phẩm ngày càng cao do dân số thế giới tăng. Đồng thời, cũng đang phải đối mặt với nhu cầu khắt khe của người tiêu dùng về sản phẩm chất lượng cao, an toàn, tôn trọng phúc lợi động vật và bảo vệ môi trường. Để đạt mục tiêu này, các nhà khoa học cùng người chăn nuôi đang tìm kiếm con đường ngắn nhất để cải thiện năng suất, chất lượng sản phẩm vật nuôi bằng các công nghệ hiện đại; trong đó có công nghệ gen.

Nghiên cứu gen chỉ thị: Chiến lược và kỹ thuật

Việc chọn giống dựa trên kiểu gen với sự hỗ trợ của gen marker (marker assisted selection- MAS) đã mang lại nhiều lợi ích như làm tăng tính chính xác của chọn lọc thông qua các thông tin liên quan trực tiếp tới kiểu gen, rút ngắn thời gian chọn giống, thu hẹp khoảng cách giữa thế hệ bằng cách chọn lọc sơ bộ các tính trạng khi vật nuôi đang còn trẻ thông qua kiểu gen; cho phép kiểm tra tính trạng không phụ thuộc vào giới tính hay tuổi tác vật nuôi; tăng độ chính xác khi chọn lọc trên những tính trạng khó; giảm quần thể kiểm định/hậu bị do chọn lọc ngay chính kiểu gen. Các nhà khoa học đã xây dựng được dữ liệu phân tử để làm sáng tỏ về thuần hóa heo bằng cách truy tìm mtDNA. Nghiên cứu mtDNA ban đầu cho thấy, heo ở châu Âu và Trung Quốc đã được thuần hóa một cách độc lập từ phân loài châu Á và châu Âu của heo rừng hoang dã (Giuffra al. 2000) nhưng các nghiên cứu sau đó đưa ra ít nhất 7 sự kiện thuần hóa khắp Eurasia (Larson et al.2005) và Đông Á (Wu et al. 2007). Fang et al (2009) đã nghiên cứu biến thể di truyền trong gen (MC1R) giữa 15 giống hoang dã và 68 giống heo nội địa từ châu Âu và châu Á để giải thích tại sao màu lông thay đổi quá nhiều giữa các giống so với tổ tiên hoang dã. Trên thế giới, gần 400 giống đã được khai thác và số lượng giống lớn nhất được tìm thấy ở châu Âu và châu Á. Hiện nay, các công ty cung cấp giống vật nuôi nổi tiếng trên toàn cầu đều đã áp dụng kỹ thuật di truyền phân tử trong chọn và lai tạo giống như: ABS global (Mỹ), PIC (Mỹ), Monsanto (Mỹ), Semex (Canada), Dansire (Đan Mạch). Ngành chăn nuôi của Pháp, đặc biệt là ngành công nghiệp thịt bò đã nỗ lực rất lớn để xác định các gen chỉ thị có thể đối với các loài động vật với các tính trạng mong muốn.

Bên cạnh sự thành công trong việc nhân bản động vật, những tiến bộ gần đây trong chỉnh sửa gen, một công cụ mạnh mẽ để thao tác bộ gen và đưa các ứng dụng vào các chương trình nhân giống nhằm tăng tốc độ di truyền đã tạo ra sự mối quan tâm của các nhà lai tạo giống vật nuôi. Chỉnh sửa gen cho phép xóa, bổ sung hoặc thay đổi alen tại các vị trí cụ thể trong hệ gen. Những thay đổi như vậy, nếu được tạo ra trong các hợp tử hoặc các tế bào mầm, có thể là ổn định và di truyền cho thế hệ sau.

Sự biểu hiện các tính trạng của vật nuôi là sự tác động qua lại của cả yếu tố di truyền và ngoại cảnh. Một số nghiên cứu đã cho phép đánh giá kỹ lưỡng hơn về các cơ chế trao đổi chất, đặc biệt là ở động vật nhai lại mà các sản phẩm tiêu hóa chính khác biệt về chất lượng so với các động vật có vú khác. Ví dụ, các nghiên cứu gen chỉ thị góp phần vào sự hiểu biết về nguyên nhân của gan nhiễm mỡ ở bò sữa lúc sinh bê (Gruffat et al. 1997). Một nghiên cứu gen chỉ thị được tiến hành trên giống cừu Texel của Bỉ có chứa QTL. Kết quả cho thấy, không có  sự biểu hiện khác biệt của mRNA myostatin ở cừu Texel. Tuy nhiên, một đột biến được xác định ở vùng 3 của gen myostatin. Đột biến này tạo ra một locus cho các microRNA và do đó ức chế sự biểu hiện gen myostatin (Clop et al, 2006). Đối với gia súc có cơ bắp phát triển (Grobet et al. 1997), sự bất hoạt tín hiệu myostatin trong quá trình phát triển là nguyên nhân gây nên sự tăng trưởng cơ bắp.

Trên thực tế, các quá trình sinh lý của vật nuôi được điều chỉnh bởi một số gen hoạt động trong sự tương tác chung hơn là chỉ một hoặc một vài gen riêng lẻ. Bằng cách phát hiện tất cả các cấu trúc gen trong các mô, các nhà khoa học hy vọng phát hiện các gen tiềm năng và cơ chế phân tử có thể là dấu chỉ sinh học liên quan đến chất lượng sản phẩm mong muốn ở vật nuôi. Một số đánh giá chi tiết về các giới hạn và ưu điểm của bộ gen đã được công bố (Hocquette 2005; Mullen et al. 2006).  Kết quả mong đợi là xác định các gen mới từ một chỉ thị phân tử cụ thể và ứng dụng của chúng để phát hiện các giống vật nuôi với các tính trạng mong muốn phục vụ công tác chọn giống. Trong số các kỹ thuật, microarrays DNA là những công cụ có giá trị để nghiên cứu tác động của các yếu tố khác nhau và phương pháp xác định biểu hiện gen, đặc biệt là để phát hiện các gen mới chưa từng được tham gia vào một phản ứng sinh lý hoặc trao đổi chất. Tuy nhiên, giới hạn của microarrays có liên quan đến nhiều gen và khó khăn trong việc phát hiện các thay đổi sao chép (Lehnert et al, 2007). Tuy nhiên, cho đến nay, các nghiên về gen chỉ thị không phải lúc nào cũng mang lại các kết quả như mong đợi vì một số tính trạng ở động vật được điều chỉnh bởi các yếu tố di truyền hoặc ngoại cảnh khác nhau, vì vậy trong một số trường hợp không có bất kỳ thông tin thực sự nào về chức năng của gen chỉ thị được phát hiện.

 

Hệ gen (Genomics)

Những năm gần đây, đã có sự chuyển dịch nghiên cứu về dinh dưỡng và tăng trưởng của vật nuôi theo hướng sinh học phân tử. Theo đó, các nghiên cứu hệ gen (genomics), sinh học phân tử nhằm đánh giá vai trò của các gen đơn, cấu trúc và chức năng đã và đang được triển khai ở nhiều quốc gia. Đây được coi là phương pháp tiếp cận di truyền hiện đại.

Một số sáng kiến di truyền đang được tiến hành trên toàn thế giới và sẽ góp phần làm sáng tỏ hệ gen của vật nuôi trong tương lai gần. Ví dụ, Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia Pháp (INRA) đã phát động chương trình nghiên cứu gen động vật đối với 4 loài vật nuôi chính (gia súc, heo, gà và cá hồi). Năm 2002, một chương trình nghiên cứu hợp tác, được gọi là AGENAE (Phân tích bộ gen của động vật trang trại) đã được bắt đầu (Chevalet et al. 2007). 

 

Nghiên cứu về dinh dưỡng

Thuật ngữ “nutrigenomics” đề cập đến hệ gen học dinh dưỡng, tức là sự tương tác giữa môi trường dinh dưỡng và biểu hiện gen. Nó hứa hẹn trong việc xác định chỉ dấu sinh học của tình trạng dinh dưỡng, bệnh tật và nhu cầu cá thể của động vật về chất dinh dưỡng. Nutrigenomics là mối quan tâm đặc biệt trong quản lý sản xuất vật nuôi. Các nghiên cứu transcriptomic đã thực hiện để xác định các gen chi phối một số tính trạng do hạn chế về chế độ dinh dưỡng ở bò và heo. Ví dụ, ảnh hưởng của dinh dưỡng trước sinh sản lên biểu hiện gen ở gan đã được nghiên cứu trên bò Holstein (Loor et al. 2006). Hạn chế về năng lượng gây ra sự biểu hiện tăng lên của một số gen liên quan đến quá trình ôxy hóa axit béo, sự tổng hợp gluconeogenesis và cholesterol. Ngược lại, việc cho ăn không hạn chế đã thúc đẩy sự biểu hiện của một số gen liên quan đến tổng hợp chất béo, do đó làm cho bò bị nhiễm mỡ gan. Những dữ liệu này đã nâng cao tầm quan trọng của việc định hình chế độ dinh dưỡng trước sinh của bò sữa và việc tăng mật độ năng lượng của khẩu phần bò trước khi sinh nên được xem xét lại. Một nghiên cứu khác về tác động của việc cho ăn hạn chế trên gan của heo đã được công bố (Cheonet al. 2005). 

Ngành sữa đang đối mặt với một vấn đề do hàm lượng axit béo bão hòa cao trong sữa gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng. Do đó, một thách thức lớn là tối ưu hóa axit béo của sữa đối với các khuyến cáo về chế độ dinh dưỡng hợp lý. Ở Pháp, ảnh hưởng của các yếu tố chế độ ăn uống đối với cấu trúc tuyến vú liên quan đến tiết sữa và thành phần sữa đang được nghiên cứu ở động vật nhai lại. Thiếu dinh dưỡng trong 48 giờ đã làm thay đổi năng suất và thành phần sữa dê (Ollier et al. 2007). Điều đó được thể hiện bằng việc xác định 161 gen phản ứng với sự thiếu thốn dinh dưỡng, hầu hết trong số đó (88%) có biểu hiện giảm. Biểu hiện của các gen liên quan đến cấu trúc tế bào và tuổi thọ tế bào cũng bị thay đổi. Đây có thể là nguyên nhân làm giảm sự tăng sinh tế bào và sự phân hóa và định hướng của các tế bào tuyến vú. Việc phân tích tác động của việc bổ sung lipid trong khẩu phần lên biểu hiện gen cấu trúc tuyến sữa ở vú chắc chắn sẽ mang lại thêm thông tin bổ ích đối với động vật nhai lại.

 

Ứng dụng cho chất lượng thịt

Chất lượng thịt, đặc biệt là độ mềm, phụ thuộc vào các yếu tố có liên quan đến cấu trúc cơ của động vật sống, mà đặc tính này phụ thuộc vào yếu tố di truyền, dinh dưỡng và chế độ chăm sóc nuôi dưỡng. Cho đến nay, thông tin về chất lượng thịt gia súc chỉ có thể xác định sau khi giết mổ, đó là một hạn chế đối với việc cung cấp thịt có chất lượng. Vì vậy, ngành công nghiệp thịt bò đang tìm kiếm các chỉ số sinh học hoặc phân tử để xác định chất lượng thịt lúc động vật còn sống với các thuộc tính mong muốn nhằm định hướng chọn lọc giống phù hợp với hệ thống sản xuất. Hệ gen được cho là hữu ích để đạt được mục tiêu chung này (Hocquette et al. 2007). Gần đây, nghiên cứu dựa trên biểu hiện gen liên quan đến chất lượng thịt bò đã xác định các quá trình phân tử liên quan đến các đặc tính chất lượng thịt như độ dai (Lehnert et al. 2006). Các nghiên cứu khác tập trung tìm hiểu sự phát triển cơ bắp của bào thai, sự phát triển chất béo trong cơ bắp (mỡ giắt). Theo đó, các nghiên cứu đã được thực hiện trên một số giống bò có hệ cơ bắp đặc biệt phát triển, đó là giống bò thịt BBB của Bỉ. Sử dụng 2DE, các nhà khoa học đã phát hiện 17 đồng vị troponin T trong Semitendinosus ở cơ bò, 11 trong số chúng thuộc loại nhanh (fTnT) và có nguồn gốc từ việc ghép nối thay thế độc quyền của fTnT exon 16 và fTnT exon 17. So sánh các proteome từ các cơ Semitendinosus của 2 nhóm bò đực Bỉ có hoặc không có sự khử myostatin thấy rằng, troponin T isoform patterning đã bị thay đổi bởi sự mất chức năng myostatin và cũng có thể là một dấu hiệu cho dự đoán khối lượng cơ bắp (Bouley et al. 2004). Sự khác biệt của những đồng dạng này có thể có ý nghĩa quan trọng trong chất lượng thịt bò vì mối quan hệ giữa troponin T và sự mềm mại của thịt đã được chứng minh (Tsitsilonis et al .2002).

Trong khuôn khổ chương trình AGENAE của Pháp hợp tác với ngành công nghiệp thịt bò, (Bernard et al. 2007) việc tìm kiếm các gen biểu hiện khác nhau liên quan đến sự thay đổi độ mềm của thịt bò, sự ngon ngọt và hương vị đã xác định được các chỉ số mới về chất lượng thịt ở giống bò Charolais. Họ phát hiện ra rằng biểu hiện của gen DNAJA1 liên quan chặt chẽ đến sự mềm mại của thịt bò sau 14 ngày bảo quản. Protein DNAJA1 là một thành phần của nhóm protein 40 kDa. Nó là đồng hợp tử của protein Hsc70 và dường như đóng một vai trò trong việc nhập protein vào ty thể. Một giả thuyết mới nổi là DNAJA1 có thể làm giảm quá trình apoptosis và do đó, lão hóa thịt và sự mềm mại của nó trong những ngày sau khi giết mổ. Cần nghiên cứu sâu hơn để mô tả sự tham gia của ADNJA1 vào sự mềm mại của thịt bò và xem xét mối quan hệ giữa mức độ biểu hiện DNAJA1 và sự mềm mại trong các giống vật nuôi khác nhau.

Nguyễn Thanh Sơn

Gửi bình luận

Gửi Làm lại