Khoa học nông nghiệp

Các công nghệ tạo giống và sức khỏe vật nuôi (08/06/2017)

Trong một quá trình tương tự với tạo giống và bảo vệ thực vật, các tiến bộ trong sinh học phân tử có tác động quan trọng đến quản lý vật nuôi. Trong nhiều thế kỷ, các nhà chăn nuôi gia súc đã được thấy sự thay đổi các tính trạng trong tạo giống động vật nuôi và lựa chọn những con có những đặc điểm vượt trội về mặt di truyền, chẳng hạn như tốc độ tăng trưởng, chất lượng/số lượng sản phẩm (sữa, thịt, trứng), khả năng sinh sản, sống sót trong môi trường khác nhau, và khả năng kháng bệnh.

Trên toàn thế giới, từ năm 1993 đã có 783 giống bò, 863 giống cừu, 263 giống lợn, và khoảng 1.260 giống gà. Quá trình chọn giống động vật phải mất nhiều thập kỷ để đạt được một phả hệ vật nuôi có năng suất cao. Thông qua một quá trình lâu dài, việc chọn giống động vật đã chứng minh sự thành công được thể hiện qua sản lượng sữa từ bò sữa tăng gấp ba lần trong khoảng thời gian 50 năm mà không cần bất kỳ kiến thức về quan hệ giữa gen và tính trạng. Tuy nhiên, việc sử dụng thông tin di truyền mới xuất hiện rất có thể sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình tạo giống cũng như nâng cao sức khỏe của gia súc năm vào năm 2040.

Công nghệ chọn lọc dựa trên chỉ dấu trong tạo giống vật nuôi

Lập trình tự bộ gen của vật nuôi quan trọng về kinh tế đã được tiến hành nhanh chóng bằng cách tận dụng các công nghệ được áp dụng trong Dự án Bộ gen người. Các trình tự bộ gen của gà, bò, lợn, cừu, cá, và ngựa hiện có cung cấp nền tảng cho hiểu biết về biến thể gen liên quan đến các đặc điểm quan trọng về mặt kinh tế. Tương tự như các kết quả trong Dự án Bộ gen người, việc lập trình tự các bộ gen động vật đã phát hiện ra một số lượng lớn các đa hình di truyền có thể được sử dụng làm chỉ dấu (marker) để đánh giá cơ sở di truyền của các kiểu hình. Các bộ gen đã được giải trình tự có thể sử dụng như một tham chiếu cho một họ động vật cụ thể.

Sử dụng bản đồ gen, các nhà khoa học đã bắt đầu xác định vị trí các vùng ADN trong bộ gen động vật có ảnh hưởng đến tính trạng sinh sản. Họ sử dụng sinh học phân tử và di truyền học định lượng để tìm ra sự khác biệt trong các chuỗi ADN trong các vùng này. Để phát hiện được các con vật có những đặc điểm vượt trội, các nhà lai tạo sử dụng công nghệ Chọn lọc dựa vào Chỉ dấu (Marker Assisted Selection (MAS)), trong đó các phân tích Đa hình Nucleotide Đơn (SNP) được sử dụng để xác định vị trí các chỉ dấu trong bộ gen. Các chỉ dấu không bình thường là trình tự gen thực tế, mà là một chuỗi ở gần gen quan tâm trong nhiễm sắc thể. Các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm sau đó có thể xác định kiểu gen cho các cá thể để xác định các alen chỉ dấu ADN mà chúng mang. Một số đặc điểm đơn giản như màu lông và có sừng hay không được kiểm soát bởi một gen trong khi những đặc điểm quan trọng về kinh tế (ví dụ như cân nặng khi sinh, sinh sản, chất lượng thịt, hoặc sản xuất sữa) là những đặc điểm phức tạp được kiểm soát bởi các sản phẩm protein của nhiều gen và bị ảnh hưởng bởi môi trường của con vật. Quá trình này là một công nghệ mới nổi có thể sẽ ngày càng trở nên chính xác hơn đến năm 2040. Chọn lọc dựa vào chỉ dấu có tiềm năng phát hiện nhanh hơn các gen vật nuôi ưu việt và nâng cao năng suất chăn nuôi.

Kỹ thuật di truyền (sửa gen) cho vật nuôi

Chọn lọc dựa vào chỉ dấu có tiềm năng to lớn làm tăng hiệu quả của chọn giống vật nuôi, nhưng nó không thể đưa ra những đặc điểm không có trong một loài động vật cụ thể như kỹ thuật di truyền có thể làm cho động vật. Công nghệ này đã tồn tại trong gần 30 năm, và nó đã phát triển từ mức độ rất không hiệu quả với chỉ 1-5% thế hệ sau có biến đổi gen vì việc tiêm tiền nhân vào trứng động vật ngay sau khi thụ tinh tạo ra sự tích hợp ngẫu nhiên các gen chuyển trong bộ gen.

Sự ra đời của công nghệ chuyển nhân tế bào soma (SCNT) đã gia tăng đáng kể việc sửa đổi gen chuyển của động vật. Công nghệ này bao gồm việc chèn một gen chuyển trong nhân của các tế bào của động vật rồi sau đó chuyển nhân đó vào trứng đã được bỏ nhân của con vật, và sau đó cấy trứng vào tử cung của một con vật thay thế. Công nghệ này cũng có thể được sử dụng để nhân bản vật nuôi như đã thực hiện với cừu "Dolly". Hiện giờ đây là lựa chọn hiệu quả nhất cho sản xuất động vật biến đổi gen hoặc sinh sản vô tính. Trong những năm gần đây, các phương pháp chuyển gen hiệu quả khác cũng đã được phát triển.

Công nghệ chuyển gen thông qua transposon bao gồm việc tiêm một plasmid ADN có chứa transposon vào trứng đã thụ tinh, sau đó trứng này được chuyển vào một con vật cái thay thế. Công nghệ này đã tạo ra các động vật chuyển gen với tần suất trung bình 80%. Các công nghệ qua trung gian virut cũng đang được phát triển cho chuyển gen. Hiện nay nhiều loài vật nuôi với một loạt các gen chuyển khác nhau đã được tạo ra thành công bằng phương pháp này. Các khu vực khác vẫn cần cải tiến công nghệ, chẳng hạn như khi chèn gen không có mục tiêu có thể phá vỡ các gen quan trọng trong con vật chủ; điều này làm giảm hiệu quả của sản xuất động vật thể hiện gen chuyển.

Cho đến nay, ứng dụng duy nhất của chuyển gen ở động vật đã được thương mại hóa là một loại thuốc, antithrombin tái tổ hợp (chống đông máu), được tạo ra trong sữa dê biến đổi gen. Các động vật biến đổi gen để sản xuất thực phẩm chưa nhận được sự chấp thuận pháp luật ở bất cứ đâu trên thế giới, và công nghệ này còn gặp phải sự phản đối của công chúng để sử dụng trong thực phẩm. Tuy nhiên, một số ứng dụng tiềm năng có thể có lợi cho chăn nuôi thông qua tăng hiệu quả sản xuất, cải thiện sức khỏe vật nuôi, và thay đổi các giá trị dinh dưỡng của sản phẩm động vật. Cá hồi Đại Tây Dương biến đổi gen với một gen chuyển hormone tăng trưởng đang trong quá trình phê duyệt của Cục Quản lý Thuốc và Thực phẩm Hoa Kỳ. Những con cá hồi biến đổi gen đạt trọng lượng bán ra thị trường nhanh hơn và sử dụng thức ăn hiệu quả hơn so với cá hồi hoang dã.

Một ứng dụng tiềm năng khác là sửa đổi gen cho lợn để tổng hợp lysine, một acid amin thiết yếu. Quá trình trao đổi chất để tổng hợp lysine không có trong bất kỳ giống lợn nào; do đó, thức ăn chăn nuôi lợn phải được bổ sung lysine. Bằng cách đưa một gen để tổng hợp lysine từ vi khuẩn hoặc nấm men vào bộ gen lợn, có thể không cần bổ sung lysine vào thức ăn cho lợn. Kỹ thuật chuyển gen cũng có thể được sử dụng để bảo vệ sức khỏe động vật. Sử dụng một gen chuyển từ các loài khuẩn tụ cầu (Staphylococcus) không sinh bệnh sản xuất ra lysostaphin, các nhà khoa học đã biến đổi gen của các con bò sản sinh ra lysostaphin trong sữa của nó để chống lại các vi khuẩn Staphylococcus aureus gây viêm vú. Mặc dù công nghệ kỹ thuật di truyền có tiềm năng để tạo bước đột phá lớn trong chăn nuôi, nhưng các rào cản kỹ thuật và pháp lý mà biến đổi gen và nhân bản gặp phải đã làm cho chúng khó có thể có tác động lớn đến sản xuất nông nghiệp năm 2040.

Nguồn: vista.gov.vn