Cơ Sở Khoa Học Về Di Truyền Liên Quan Đến Tính Trạng Sinh Trưởng Của Dê

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU‌

1.1. Cơ sở khoa học về di truyền liên quan đến tính trạng sinh trưởng của dê

1.1.1. Bản chất di truyền các tính trạng liên quan đến sinh trưởng

Sinh trưởng là quá trình tích lũy các chất do đồng hóa và dị hóa, là sự tăng lên về chiều cao, chiều dài, chiều ngang, khối lượng của các bộ phận và toàn bộ cơ thể con vật trên cơ sở đặc tính di truyền từ thế hệ trước. Thực chất của sinh trưởng chính là sự tăng trưởng và sự phân chia của các tế bào trong cơ thể (Dương Mạnh Hùng và cs., 2017). Bản chất về sự tăng khối lượng, thể tích tế bào cũng như toàn bộ cơ thể là do quá trình tích lũy các chất dinh dưỡng thông qua thức ăn, trao đổi chất với ngoại cảnh làm cho cơ thể đạt tới khối lượng nhất định nào đó (bởi khả năng này còn được quy định bởi gen di truyền mà thế hệ trước để lại). Tế bào phân chia mạnh ở giai đoạn phát triển của phôi thai, tăng thể tích và các chất chứa trong tế bào và đó là cả quá trình từ khi hình thành phôi thai tới khi cơ thể đạt tới sự ổn định về thể vóc.

Theo quan điểm di truyền học, sinh trưởng thuộc tính trạng số lượng. Ở tính trạng này có sự sai khác về mức độ các cá thể, rõ nét hơn là sự sai khác về chủng loại. Vì vậy, khi nghiên cứu tính trạng về số lượng là nghiên cứu đặc điểm di truyền và ảnh hưởng của môi trường xung quanh tác động lên các tính trạng đó.

Giá trị đo lường của tính trạng số lượng trên một cá thể được gọi là giá trị kiểu hình (Phenotype value - P). Các giá trị có liên quan với kiểu gen là giá trị kiểu gen (Genotype value - G). Giá trị có liên hệ với môi trường là sai lệch môi trường (Environmental deviation - E). Vì vậy kiểu gen quy định một giá trị nào đó của kiểu hình và môi trường gây ra một sự sai lệch với giá trị kiểu

gen theo hướng này hoặc hướng khác. Những tính trạng có lợi ích kinh tế như tăng khối lượng, tăng năng suất thịt... đều là tính trạng số lượng, mà tính trạng này phải có môi trường thích hợp mới biểu hiện hoàn toàn.

Theo quy luật di truyền sự biểu hiện kiểu hình chính là kiểu gen và chịu sự tác động của môi trường. Quan hệ này được biểu thị bằng công thức:

P = G + E

Giá trị kiểu gen (G) của tính trạng số lượng do nhiều gen có hiệu ứng nhỏ (minorgen) cấu tạo thành. Đó là các gen mà hiệu ứng riêng biệt của từng gen thì rất nhỏ, nhưng tập hợp nhiều gen nhỏ sẽ có ảnh hưởng rõ rệt tới tính trạng nghiên cứu, hiện tượng này gọi là hiện tượng đa gen (polygen). Các minorgen này tác động lên tính trạng theo 3 phương thức cộng gộp, trội và át gen, vì vậy giá trị kiểu gen hoạt động thể hiện qua công thức:

G = A + D + I

Trong đó G là giá trị kiểu gen; A là giá trị cộng gộp và đóng vai trò quan trọng nhất của kiểu gen vì nó ổn định, có thể xác định được và di truyền cho đời sau; D là giá trị sai lệch trội và I là giá trị sai lệch tương tác và cũng có vai trò quan trọng vì đó là giá trị giống đặc biệt và chỉ xác định thông qua con đường thực nghiệm.

Các tính trạng số lượng còn chịu ảnh hưởng của sai lệch môi trường (E), bao gồm 2 thành phần là Eg và Es, do đó E được biểu diễn qua công thức:

E = Eg + Es

Trong đó Eg (Genral Environmental Deviation) là sai lệch môi trường chung, do các nhân tố môi trường tác động thường xuyên lên tính trạng một cách lâu dài. Đó là các yếu tố thức ăn, khí hậu, chế độ chăm sóc, nuôi dưỡng… tác động lên một nhóm cá thể hay một quần thể gia súc. Es (Special Environmental Deviation) là sai lệch môi trường riêng, do các nhân tố môi

trường tác động riêng rẽ lên từng cá thể riêng biệt trong nhóm vật nuôi hoặc một vài bộ phận riêng của một cá thể nào đó trong quần thể trong một thời gian ngắn và không thường xuyên.

Tổng quát lại, quan hệ giữa kiểu gen, kiểu hình và môi trường của một cá thể được thể hiện như sau:

P = G + E = A + D + I + Eg + Es

Như vậy, các tính trạng năng suất ở các vật nuôi khác cũng như ở dê là kết quả tác động giữa các yếu tố di truyền và các yếu tố môi trường. Yếu tố di truyền được thể hiện cao hay thấp phụ thuộc vào nhiều môi trường sống, đặc biệt là các yếu tố khí hậu, thức ăn, chăm sóc, nuôi dưỡng, quản lý. Vì thế trong thực tiễn công tác giống, muốn vật nuôi đạt được năng suất chất lượng cao, cần phải chú ý đến việc thay đổi kiểu gen (G) qua việc tiến hành chọn lọc chặt chẽ giá trị gây giống (A), lai tạo để có những tổ hợp gen mới (D và I), kết hợp với việc cải tiến môi trường nuôi dưỡng, chăm sóc đối với con vật (Trần Huê Viên, 2001).

1.1.2. Mối liên quan đa hình gen đến tính trạng sinh trưởng của dê

1.1.2.1. Tổng quan về một số gen liên quan đến tính trạng sinh trưởng của dê

Trong nghiên cứu về gen trên gia súc, hàng nghìn, hàng trăm các locus về tính trạng số lượng - QTL (quantitative trait loci) đã được xác định và có 9 bộ gen đã được sàng lọc, kiểm tra các đặc điểm như hình thể, sự tăng trưởng, chất lượng sợi (fiber quality), chất lượng, thành phần của sữa và nghiên cứu đạt được những tiến bộ đáng kể nhưng chỉ có một số ít nghiên cứu đã xác định được các locus về tính trạng số lượng QTL ở dê. Việc phân tích di truyền về đặc điểm sản xuất ở dê hiếm khi được thực hiện trên quy mô toàn bộ hệ gen mà có một số nghiên cứu xác định mô tả một số đặc điểm nhỏ lẻ, có thể kể đến trong bảng 1.1.

Đặc điểm	Kiểu hình	Nhiễm sắc thể	Quần thể dê	Tài liệu tham khảo
	Chiều dài đầu	1,4
Hình thể	Chiều dài cơ thể	8	Angora	Marrube và cs. (2007)
Hình thể	Độ sâu ngực	2	Angora	Marrube và cs. (2007)
	Chu vi vòng ngực	9
	Khối lượng cơ thể	4, 8, 17, 27	Angora	Visser và cs. (2013)
	Cân nặng cai sữa	16, 19	Angora	Visser và cs. (2013)
Sự phát triển	Khối lượng cơ thể, mức tăng trung bình hàng ngày			Mohammad Abadi và cs. (2009)
	Khối lượng cơ thể, mức tăng trung bình hàng ngày	1, 2, 5	Rayini	Mohammad Abadi và cs. (2009)

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 306 trang tài liệu này.

Bảng 1.1. Các locus về tính trạng số lượng quan trọng trong kinh tế được xác định ở dê‌

Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của gen đến tính trạng sinh trưởng và tính trạng quy định năng suất thịt rất ít. Chỉ có kết quả nghiên cứu về các locus được phân tích chuyên sâu nhất là những locus liên quan đến hormone tăng trưởng như GH, IGF-I, leptin (LEP), MSTN, POU1F1. Những gen này điều khiển quá trình cấu tạo xương, khối lượng lúc sơ sinh, khối lượng lúc cai sữa, thể trạng và sinh trưởng của cơ.

Trong đó, gen GH là hormone do thùy trước tuyến yên tiết ra. Gen nằm trên nhiễm sắc thể 19q22 của dê (Schibler và cs., 1998; Pinton và cs., 2000), được mã hóa bởi 1.800 cặp cơ sở (bq), bao gồm 5 exon và được phân tách bằng 4 chuỗi tương tác (Kioka và cs., 1989). Hormone GH còn được gọi là somatotropic hormone (SH) hay somatotropin là một protein có kích thước nhỏ với 191 axit amin tạo thành chuỗi đơn có khối lượng phân tử 22.005 đvC. Gen GH có tác dụng làm phát triển hầu hết các mô có khả năng tăng trưởng trong cơ thể. Do đó làm tăng khối lượng cơ thể, kích thước các phủ tạng, chuyển các tế bào sụn thành các tế bào tạo xương. Gen GH có vai trò,

kích thích sinh tổng hợp protein do tăng vận chuyển axit amin qua màng tế bào, tăng cường quá trình sao chép ADN và tạo ARN thông tin, tạo năng lượng từ nguồn lipid do làm tăng thoái hoá lipid. Ngoài ra, gen GH còn có tác dụng lên quá trình chuyển hoá carbohydrat. Gen GH được tiết ra dưới sự điều khiển gần như hoàn toàn của hai hormone vùng dưới đồi là GHRH và GHIH. Nhiều nghiên cứu về đa hình gen GH đã xác định được vùng điều khiển, vùng không dịch mã, vùng exon. Một số vị trí đa hình đã được mô tả đặc điểm cụ thể về sự thay đổi nucleotid và amino acid, trong đó 2 vị trí đa hình định vị trên exon 1 và 2; 4 vị trí trên exon 3; 7 vị trí trên exon 4 và 5 vị trí trên exon 5 (Missohou và cs., 2006).

Gen IGF (insulin - like growth factor) đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của các loài động vật có vú (Zhang và cs., 2008), gen kích thích các quá trình đồng hóa giúp tế bào tăng sinh, phát triển khung xương, tóc và protein tổng hợp. Gen IGF - I (insulin - like growth factor 1) được mã hóa bởi một gen duy nhất nằm trên nhiễm sắc thể 5 (Schibler và cs, 1998), bao gồm 3 exon sinh trưởng (1 w, 1 và 1a) và 3 exon (3, 4 và 6), trong đó exon 3 và exon 4 mã hóa IGF - I trưởng thành peptit (Mikawa và cs., 1995). Hệ thống tín hiệu IGFs, bao gồm IGF - I, IGF - II và 6 liên kết protein (IGFBP - 1 - IGFBP - 6) đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng, phát triển của vật nuôi (Miller và Gore, 2001; Li và cs., 2006; Lan và cs., 2007). Đến nay, cũng đã có nhiều nghiên cứu về đa hình gen IGF-I trên gia súc. Đa hình của gen IGF-I với mức độ tăng trưởng hàng ngày trên giống gia súc Pesisir địa phương từ miền đông Sumatera, Indonesia. Nghiên cứu đã chỉ ra trong 3 đa hình gen, chỉ có 1 đa hình IGF-I/Rsal có liên kết với tăng trường hàng ngày trung bình trên gia súc Pesisir (Yurrnalis và cs., 2017).

Gen MSTN còn có tên là myostatin (còn được gọi là gen yếu tố tăng trưởng và khác biệt - 8, GDP - 8). Gen MSTN nằm trên NST 2q11 - q12 (Schibler và cs., 1998; Pinton và cs., 2000). Gen MSTN được coi là một gen

đóng vai trò quan trọng cho sinh trưởng và phát triển của vật nuôi vì nó ức chế sự sinh trưởng của tế bào cơ, giữ cho kích thước cơ bắp ở trạng thái được kiểm soát. Các tế bào cơ bắp tăng sinh, tạo nên những sợi cơ và búi cơ phát triển mạnh hơn, có khối lượng cơ bắp và sức mạnh lớn hơn so với những cá thể bình thường. Vì vậy, gen này đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong chăn nuôi nói chung và chăn nuôi dê nói riêng (Supakorn, 2009; Zhang và cs, 2012). Li và cs. (2006) đã giải trình tự gen để xác định các đa hình nucleotide đơn (SNP) của đoạn 379 bp bao gồm một phần của exon 2 và exon

3 của gen MSTN. Tổng cộng có 8 SNP (A1980G, G1981C, A1982G, G1984T, A2121G, T2124C, G2174A và A2246G) đã được xác định trong số các con dê được giải trình tự. Các SNP được tìm thấy đều nằm trong exon 2 ngoại trừ A2246G, là một đột biến tương đồng ở exon 3. Bốn haplotype được sắp xếp từ tám SNP này, trong đó haplotype I (AGAGATGA) và haplotype II (GCGTGTAA) là hai haplotype chính với tần suất lần lượt là 77,8% và 14,8%. SNP được tìm thấy ở các vị trí 1980, 1981, 1982, 1984 và 2121 có thể được liên kết hoàn toàn. Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy tương quan giữa đa hình gen MSTN với đặc điểm sinh trưởng ở dê (Risu Na, 2020; Yi Bi, 2021; Zhengyi He, 2018). Nghiên cứu sàng lọc đa hình gen MSTN trên dê đen Dazu cho thấy, có tổng 20 vị trí đa hình nucleotid đơn (SNP) trên 148 con dê đen và các con dê có kiểu đa hình nucleotid GtC 3 có trọng lượng sinh và trọng lượng cai sữa cao hơn các kiểu gen còn lại (Risu Na, 2020).

Gen POU1F1 (Pituitary - Specific positive transcription factor 1) là yếu tố phiên mã đặc hiệu tuyến yên, còn được gọi với tên khác như PIT-1 hoặc GHF-1. Gen POU1F1 điều hoà dương cho gen GH, prolactin, hormone kích hoạt thyroid và chính nó trong động vật có vú (Lan và cs., 2007) mã hóa cho protein kiểm soát sự biểu hiện của một số gen liên quan đến sự phát triển và biểu hiện hormone tuyến yên (PRL và GH và TSH - β) (Simmons và cs., 1990, Steinelder và cs., 1991, Li và cs., 2016). Gen POU1F1 có kích thước

dài 450 bp, nó mã hóa cho protein quy định sự biểu hiện của một số gen liên quan tích cực đến các tính trạng sinh sản và các tính trạng khối lượng của động vật có vú. Gen POU1F1 nằm trên NST 1q21 - 22 là một gen có chiều dài 16.078 bp, gồm 6 exon có vị trí nucleotide trên gen (1..264, 3862..4011, 10973..11197, 13638..13802, 14552..14612, 15633..16078) được mô tả trên hình 1.1, gen mã hóa cho protein quy định sự biểu hiện của một số gen liên quan tích cực đến các tính trạng sinh sản và các tính trạng khối lượng của các loài động vật có vú (Woollard và cs., 2000). Protein POU1F1 có ba miền cấu trúc quan trọng miền kích hoạt phiên mã N-terminal (chủ yếu là mã exon 1, exon 2 và exon 3 của gen POU1F1), vùng đặc thù POU (chủ yếu là mã exon 3 và exon 4 của gen POU1F1) và vùng tương đồng POU (chủ yếu là mã exon 5 và exon 6 của gen POU1F1). POU1F1 chủ yếu được biểu hiện ở các tế bào tuyến yên trước. Chức năng chính của nó là điều chỉnh sự phân hóa tế bào và phát triển của động vật. Nó có thể nhận ra chuỗi gen cụ thể và kết hợp với nó, dẫn đến sự phiên mã gen nội bào, phiên mã và biểu hiện của hormone tăng trưởng, prolactin, kích thích tuyến giáp hormone tế bào B ở tuyến yên trước, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng, phát triển và sinh sản của động vật (Lan và cs., 2007).

Hình 1.1. Cấu trúc gen POU1F1

1.1.2.2. Đa hình gen và mối tương quan đa hình kiểu gen của gen POU1F1 đến tính trạng sinh trưởng

Tính đa hình gen do allele quyết định, gen có nhiều allele thì tính đa hình càng cao. Các nghiên cứu đa hình gen ở dê đều nhằm mục đích đánh giá các biến thể di truyền trong và giữa các giống để phục vụ mục đích bảo tồn giống, đồng thời xác định được mối tương quan đa hình gen của các gen liên quan đến các tính trạng sinh trưởng của dê. Trên cơ sở đó giúp các nhà khoa học đưa ra được các phương án cải thiện di truyền giống, lựa chọn được những cá thể vượt trội về tính trạng sinh trưởng.

Trong các gen liên quan đến tính trạng sản xuất của dê thì gen POU1F1 là gen quan trọng. Gen POU1F1 không những liên quan đến tính trạng sinh trưởng mà còn liên quan đến tính trạng sinh sản, năng suất và chất lượng sữa do gen này tham gia điều khiển hoạt động của các gen GH, PRL và TSHβ (Feng và cs., 2012; Daga và cs., 2013; Lan và cs., 2009).

Khi phân tích đa hình đoạn gen POU1F1 bằng enzyme DdeI thu được các dạng allele tương ứng như sau:

Allele D1: 200 bp - 118 bp - 102 bp - 20 bp - 11 bp

Allele D2: 200 bp - 118 bp - 113 bp - 20 bp

Từ 2 allele trên ta có các kiểu gen tương ứng như sau:

Kiểu gen D1D1 gồm các băng có kích thước 200 bp - 118 bp - 102 bp - 20 bp - 11 bp. Các cá thể mang kiểu gen D1D1 là các cá thể đồng hợp tử về đoạn cắt gen POU1F1. Khi điện di sẽ thu được 3 băng có kích thước 200 bp, 118 bp và 102 bp. Hai băng có kích thước 20 bp và 11 bp quá nhỏ không thể nhìn thấy sau khi điện di.

Kiểu gen D1D2 gồm các băng có kích thước 200 bp - 118 bp - 113 bp - 102 bp - 20 bp - 11 bp. Các cá thể mang kiểu gen D1D2 là các cá thể dị hợp tử về đoạn cắt gen POU1F1. Sau khi điện di sẽ thu được 4 băng có kích thước 200 bp, 118 bp, 113 bp và 102 bp. Hai băng có kích thước 20 bp và 11 bp quá nhỏ không thể nhìn thấy sau khi điện di.