Phát huy tiềm năng di truyền của tôm sú

Tôm sú (Penaeus monodon) là loài tôm được nuôi nhiều thứ hai trên toàn cầu, chiếm khoảng 15% tổng sản lượng tôm năm 2014, tương đương 634.521 tấn (FAO 2016).

Mặc dù tăng trưởng sản xuất sớm vào giữa những năm 1980 nhưng việc tiếp tục mở rộng ngành nuôi tôm sú đã không đạt được những kỳ vọng ban đầu, chủ yếu do khó khăn về nguồn cung cấp tôm bố mẹ và sự thuần hóa các loài, sự tàn phá của các bệnh do virus, sự cạnh tranh trên thị trường từ các loài tôm họ penaeid khác, và các rào cản thương mại.

Kết quả là, ngành nuôi tôm chân trắng hoàn toàn thuần hóa và được cải thiện di truyền (Penaeus vannamei) đã trở thành một xu hướng phổ biến, đặc biệt là ở châu Á, nơi mà loài này đã được đưa vào sản xuất thương mại vào năm 1996.

Ở Úc, tôm sú vẫn là loài giáp xác được nuôi chính, chiếm khoảng 95% tổng sản lượng tôm trong năm 2014 (5.000 tấn; APFA 2016). Trong lịch sử, ngành nuôi tôm của Úc đã phụ thuộc rất nhiều vào nguồn tôm bố mẹ tự nhiên làm nguồn sản xuất tôm giống cần thiết cho các trại nuôi tôm, mặc dù các tiến bộ gần đây trong việc nuôi và thuần hóa của một số công ty đang làm giảm sự phụ thuộc này.

Việc thuần hóa bán thương mại cùng với sự chọn lọc để tăng cường phát triển, sự tồn tại và kháng bệnh đã nhấn mạnh những lợi ích và sự tăng năng suất có thể thu được từ việc cải tiến di truyền của các loài (ví dụ, sản lượng cao hơn 39% so với giống tôm tự nhiên; Norman-Lopez. et al 2015. Aquaculture Research doi:. 10,1111 / are.12782). Do vậy, việc lai tạo chọn lọc giống tôm sú là mối quan tâm lớn ở Úc. Tuy nhiên, đến nay, ngành nuôi tôm Úc đã không thu được nhiều lợi nhuận từ việc này.

Hội đồng ARC cho nhân giống tiên tiến tôm sú

Nhận thức được tầm quan trọng của ngành nuôi trồng thủy sản là một ngành công nghiệp cung cấp hải sản lành mạnh và bền vững cho cộng đồng toàn cầu, Hội đồng nghiên cứu Úc (ARC) đã tài trợ 5 năm cho Trung tâm Nghiên cứu Chuyển đổi công nghiệp với các nhà di truyền học động vật, các nhà nghiên cứu về gien, bệnh học và nuôi trồng thuỷ sản hàng đầu từ Đại học James Cook, Tổ chức nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Khối thịnh vượng chung (CSIRO) và Đại học Sydney, các chuyên gia về xác định trình tự bộ gien từ các cơ sở nghiên cứu Bộ gien Úc (AGRF) và Đại học Ghent, và một trong những nhà sản xuất tôm nuôi lớn nhất của Úc, Seafarms Group. (Seafarms Group là người đề xuất dự án Sea Dragon, dự án nhằm mục đích phát triển một trong những trang trại nuôi tôm lớn nhất thế giới bao gồm 10.000 ha ao nuôi ở miền bắc Úc.)

Các mẫu tôm sú là kiểu hình nhuộm màu

Các kết quả của Trung tâm ARC về lai tạo giống tôm tiên tiến nhằm mang lại những kiến thức di truyền của tôm sú đến một mức độ tương đương như ở gia súc, để tạo ra các công cụ và quy trình cần thiết nhằm tiến hành một chương trình nhân giống tiên tiến cho các loài có khả năng mở rộng sản xuất ở quy mô công nghiệp. Đặc biệt, Trung tâm đã nỗ lực chỉ ra các kiến thức về di truyền và kiểu hình giúp các phương pháp thống kê chính xác cao dựa trên các marker bộ gien có thể được sử dụng để dự đoán giá trị di truyền của một vật nuôi.

Cách tiếp cận này được gọi là chọn lọc gien và gần đây đã được thiết lập như một tiêu chuẩn vàng trong chương trình cải tiến vật nuôi và cây trồng. Việc kết hợp chọn lọc gien vào chương trình lai tạo giống đã được chứng minh làm tăng đến 81% lợi ích di truyền đối với một số đặc điểm và có sự gia tăng trung bình 33% trong độ chính xác giá trị giống so với phương pháp dựa vào kiểu hình thuần túy truyền thống (Nielson et al. 2009. Aquaculture Research 289 :. 259-264 & Nielson et al 2011. Journal of Animal Science 89: 630-638).

Hơn nữa, việc chọn lọc bộ gien mang lại nhiều khả năng nhất trong việc lựa chọn các đặc điểm mà không thể đo lường trực tiếp trên các giống tôm tiềm năng (như khả năng chống chịu bệnh, chất lượng thịt và tỷ lệ chuyển đổi thức ăn), vì việc chọn lọc bộ gien nắm bắt được cả các thành phần gia đình trong và giữa các biến trạng gien. Phương pháp tích hợp các chọn lọc gien vào các chương trình lai tạo tôm giống, đặc biệt là những phương pháp kết hợp các đặc điểm kháng bệnh và sinh lý học, hứa hẹn sẽ tăng nhanh chóng các lợi ích di truyền hơn so với việc chọn lọc kiểu hình truyền thống.

Mẫu tôm sú để phân tích AND (nhà nghiên cứu Quyen Quyen Banh và Tansyn Noble).

Trung tâm ARC sẽ mang lại gì cho ngành nuôi tôm của Úc

Các hoạt động cho Trung tâm ARC đối với Chương trình lai tạo giống tôm tiên tiến thuộc 5 đề tài nghiên cứu, mỗi đề tài trong số đó hoặc là chuyển giao kiến thức nền tảng, hoặc các công cụ di truyền để đạt được các mục tiêu bao quát của việc chọn lọc gien. Những đề tài khoa học bao gồm:

Sản xuất giống bố mẹ thuần – Đối với bất kỳ chương trình nhân giống nào, để thành công cần phải có một nguồn tôm bố mẹ đáng tin cậy. Khi làm việc với các nhân viên Seafarms, phương pháp nuôi tiên tiến sẽ được sử dụng để sản xuất số lượng lớn tôm bố mẹ thuần. Đó là một mục tiêu chính của Trung tâm ARC tạo nên rất nhiều các dòng tôm thuần với các số liệu về kiểu hình và bộ gien bao quát có thể trở thành nguồn giống cơ bản cho chương trình chọn lọc tương lai của Seafarms.

Phác thảo bộ gien tôm – Kiến thức về cấu trúc gien của tôm sú có thể cung cấp thông tin cần thiết cho sự phát triển các bản đồ di truyền và chương trình nhân giống gien tiên tiến, cùng với việc cung cấp khả năng để hiểu rõ hơn về chức năng của các gien liên quan đến các đặc điểm thương mại quan trọng. Trung tâm ARC đang sử dụng sự kết hợp của công nghệ giải trình tự thế hệ mới nhất để tạo nên một bộ gien phác thảo, và hệ phiên mã mô cụ thể. Trung tâm cũng sẽ áp dụng phương pháp lập bản đồ so sánh bộ gien của tôm sú với các loài giáp xác khác để tinh chỉnh thêm bộ gien phác thảo. Mục đích là tạo nên bộ gien tôm toàn diện nhất cho đến nay.

Sản xuất các nguồn tài nguyên di truyền – Việc hiểu về cấu trúc gien và cấu trúc di truyền đặc điểm là một điều kiện tiên quyết quan trọng của bất kỳ chương trình chọn giống tiên tiến nào. Trung tâm ARC sẽ tạo ra nguồn gien mở rộng toàn diện cho tôm sú sử dụng phương pháp kiểu gien theo trình tự. Cách tiếp cận này sẽ xác định hơn 50.000 marker hiện tượng nhiều hình thái nu-clê-ô-tít đơn (SNP), trong đó, thông qua việc sử dụng các dữ liệu phả hệ, sẽ gắn liền với bản đồ liên kết di truyền. Những marker này sẽ tạo cơ sở cho việc dự đoán giá trị giống di truyền của một cá thể khi tương quan với thông tin về kiểu hình.

Việc thu thập các dữ liệu kiểu hình và sự phát triển của các công nghệ thu nhận kiểu hình nhiều đặc điểm

Các chương trình nhân giống tôm đòi hỏi việc thu thập các hồ sơ kiểu hình từ hàng chục ngàn cá thể tôm mỗi thế hệ. Ngay cả đối với một đặc điểm duy nhất, việc này cần một sự đầu tư rất lớn lao động để thu thập đủ số lượng dữ liệu nhằm đưa ra quyết định lựa chọn đáng tin cậy. Kết quả là các chương trình cải thiện tôm giống thường bị hạn chế trong việc chọn lọc tăng trưởng, sự tồn tại và khả năng kháng bệnh.

Tôm trong quá trình đặt kiểu hình nhuộm màu

Một trong những mục tiêu chính của Trung tâm ARC là thu thập dữ liệu kiểu hình trên quy mô công nghiệp cho rất nhiều đặc điểm đồng thời sử dụng các phương pháp tự động. Như vậy, các nhà nghiên cứu đã phát triển phần mềm để ước tính trọng lượng và thông số về cơ thể tôm từ hình ảnh kỹ thuật số và cũng đang thử nghiệm quang phổ học hồng ngoại (NIRS) để xác định nhanh chóng kiểu hình tôm với những đặc điểm sinh hóa quan trọng như hàm lượng protein và axit béo omega-3.

Ước lượng tham số di truyền và chọn lọc gien

Cuối cùng Trung tâm ARC nhằm mục đích lần đầu tiên thực hiện lựa chọn gien ở tôm sú. Để làm điều này, tất cả phả hệ, thông tin di truyền và kiểu hình thu thập trong suốt các chương trình nghiên cứu sẽ được tích hợp sử dụng một cơ sở dữ liệu xây dựng có mục đích, liên kết bộ gien với hệ tính trạng, và các thuật toán dự báo ước tính giá trị lai tạo bộ gien của một cá thể. Trung tâm ARC sẽ xác nhận các thuật toán dự báo trong thế giới thực, cung cấp chương trình lai chọn tạo giống đa tính trạng tiên tiến nhất trên thế giới đối với loài tôm.

Triển vọng

Việc lai tạo tôm giống tiên tiến của Trung tâm ARC đã được tiến hành trong một năm rưỡi, trong thời gian đó các nhà nghiên cứu đã lấy mẫu và lấy kiểu hình của hơn 22.000 con tôm từ 130 họ thu hoạch từ các ao nuôi thương mại Seafarms. ADN đã được lấy để phân tích nguồn gốc và bộ gien, trong khi tại cùng một thời điểm tôm đã được lấy mẫu để thử nghiệm khả năng chống chịu vi-rút (GAV) và khả năng chịu stress. Về tổng thể, người ta dự đoán rằng khoảng 35.000 con tôm sẽ được sẽ được xác định kiểu hình và kiểu gien để thiết lập các thuật toán dự đoán cần thiết cho việc chọn lọc bộ gien.

Biên dịch: NGỌC THƠ

Biên soạn: 2LUA.VN