Cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) là loài thủy sản chủ lực của Việt Nam, đặc biệt tại Đồng bằng Sông Cửu Long, với sản lượng lớn nhất thế giới và được xuất khẩu tới 140 quốc gia. Được xác định là sản phẩm quốc gia và đối tượng trọng tâm trong tái cơ cấu ngành nông nghiệp, cá tra mang lại giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên, việc nâng cao chất lượng di truyền, kiểm soát dịch bệnh và quản lý nghề nuôi là những yêu cầu cấp thiết. Do đó, phân tích hệ gen cá tra trở thành một hướng nghiên cứu quan trọng và có ý nghĩa lớn. Trong đó, tính trạng tăng trưởng là một trong những tính trạng được ưu tiên chọn lọc trong các chương trình giống. Hiện nay, Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản II đã chọn lọc thành công quần thể giống G3-tăng trưởng với hệ số di truyền tính trạng trọng lượng thu hoạch cao (0,51) và hiệu quả chọn lọc đạt 20,4% so với đàn tự nhiên. Đây là nguồn vật liệu quý giá để tiến hành các nghiên cứu di truyền phân tử, nhằm phát triển các marker phân tử phục vụ chọn giống cá tra theo hướng tăng trưởng nhanh.

Trước đây, đề tài “Phân tích hệ gen biểu hiện (exome + transcriptome) của cá tra nhằm phát triển chỉ thị phân tử phục vụ chọn giống cá tra theo hướng tăng trưởng” thuộc chương trình Công nghệ sinh học nông nghiệp, thủy sản là nghiên cứu đầu tiên đi sâu vào genome và transcriptome của cá tra. Kết quả của đề tài đã giải mã và lắp ráp bản phác thảo đầu tiên của hệ gen cá tra, đồng thời phân tích hệ gen phiên mã của các nhóm cá sinh trưởng nhanh và chậm, từ đó sàng lọc được các chỉ thị SNP liên quan đến tính trạng tăng trưởng. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và kinh phí, dữ liệu transcriptome còn chưa đồng đều giữa hai nhóm sinh trưởng nhanh và chậm. Điều này dẫn đến số lượng chỉ thị triển vọng còn ít và mới chỉ được kiểm nghiệm trên nhóm mẫu nhỏ.

Nối tiếp những thành công bước đầu này, việc mở rộng nghiên cứu là rất cần thiết để có được bộ chỉ thị phân tử có độ tin cậy cao và khả năng ứng dụng thực tiễn trong các chương trình chọn giống cá tra. Để đạt được điều đó, cần tiếp tục khai thác và phân tích sâu hơn hệ gen cá tra, mở rộng nghiên cứu transcriptome trên các mô cơ quan khác nhằm tăng cường dữ liệu phân tích, và tiến hành kiểm nghiệm trên quần thể lớn hơn. Từ thực tế đó, TS. Kim Thị Phương Oanh cùng các cộng sự tại Viện Nghiên cứu Hệ gen - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiếp tục triển khai giai đoạn 2 của đề tài nghiên cứu “Phân tích hệ gen của cá tra nhằm phát triển chỉ thị phân tử phục vụ chọn giống cá tra theo hướng tăng trưởng”.

Thông tin về hệ gen mở ra những cơ hội mới trong lĩnh vực chọn giống, đặc biệt là đối với việc phát triển giống cá tra tăng trưởng nhanh. Các nghiên cứu cơ bản về hệ gen đang hướng tới việc áp dụng các phương pháp chọn giống hiện đại như chọn giống có sự trợ giúp của chỉ thị phân tử (MAS - Marker Assisted Selection) hay chọn giống dựa trên thông tin hệ gen (GS - Genomics Selection).

Mục tiêu chung của đề tài là phát triển một bộ chỉ thị phân tử liên quan đến tính trạng tăng trưởng nhanh nhằm phục vụ chọn giống cá tra. Cụ thể, đề tài sẽ thử nghiệm, sàng lọc và đánh giá hiệu quả của 8 chỉ thị SNP (Single Nucleotide Polymorphism) liên quan đến tính trạng tăng trưởng đã được phát triển ở giai đoạn 1, đồng thời phát triển thêm các chỉ thị SNP mới liên quan đến tính trạng này ở cá tra.

Đề tài đã gặt hái được nhiều kết quả đáng chú ý trong quá trình triển khai, cụ thể:

Các gia đình cá tra được nuôi vỗ, phối ghép và ương riêng biệt cho đến khi đạt kích cỡ đủ để đánh giá tính trạng. Sau đó, giá trị chọn giống ước tính (EBV) của từng gia đình và cá thể sẽ được tính toán. Đàn cá bố mẹ được nuôi duy trì với tỷ lệ sống 100%, và đàn cá nuôi vỗ đạt tỷ lệ thành thục 100%. Tổng cộng có 160 gia đình cá tra được sinh sản và 152 gia đình được ương nuôi thành công. Dựa vào EBV của từng cá thể và gia đình, nhóm cá có sinh trưởng nhanh và sinh trưởng chậm sẽ được thu mẫu để giải mã transcriptome và kiểm nghiệm SNP (Single Nucleotide Polymorphism).

Để tìm kiếm và phát triển các SNP (Single Nucleotide Polymorphism) tiềm năng liên quan đến tính trạng tăng trưởng, đề tài đã tiến hành giải trình tự transcriptome từ mô não của hai nhóm cá tra sinh trưởng nhanh và sinh trưởng chậm. Kết quả thu được 220.654.118 đoạn trình tự đọc (read) với độ dài trung bình 150 bps. Sau khi xử lý bằng các phương pháp tin sinh học, đề tài đã sàng lọc được 5580 SNP có sự khác biệt rõ rệt giữa hai nhóm.

Từ 5580 SNP này, 70 SNP có chỉ số tốt nhất đã được lựa chọn để thiết kế mồi và kiểm nghiệm trên 200 cá thể cá tra. Quá trình này đã thành công trong việc thiết kế 63 mồi SBE (Single Base Extension) để thực hiện phản ứng SNP Genotyping (SnaPshot). Áp dụng điều kiện sàng lọc chặt chẽ với p-value = 0.1, đề tài đã xác định được 13 SNP tiềm năng hoàn toàn mới so với các SNP đã biết liên quan đến sinh trưởng của cá tra nuôi.

Ngoài ra, đề tài cũng đã thử nghiệm 8 SNP liên quan đến sinh trưởng từ giai đoạn 1 trên quần thể chọn giống thử nghiệm gồm 2000 cá thể (1000 cá thể sinh trưởng nhanh và 1000 cá thể sinh trưởng chậm). Phân tích thành phần kiểu gen và allele, cùng với việc áp dụng điều kiện sàng lọc p-value = 0.1, đã giúp xác định được 4 SNP (S024, S063, SV13, SV06) có ý nghĩa thống kê. Những SNP này phản ánh rõ sự khác biệt về tần số kiểu gen và allele giữa hai nhóm cá tra, khẳng định tiềm năng của chúng như các marker phân tử liên quan đến tính trạng sinh trưởng.

Mặc dù đã sàng lọc được 5580 SNP từ dữ liệu transcriptome, nhưng mới chỉ có 70 SNP được kiểm nghiệm trên 200 cá thể cá tra, cho thấy một lượng lớn SNP vẫn chưa được đánh giá. Để hướng tới mục tiêu ứng dụng rộng rãi, cần tiếp tục thử nghiệm trên quần thể lớn hơn. Việc xác định một số lượng lớn SNP trên quy mô lớn là một công việc tốn kém về thời gian, công sức và kinh phí. Phương pháp SBE mà đề tài đã thực hiện, dù nhanh và tiết kiệm hơn giải trình tự, nhưng vẫn chỉ đáp ứng được số lượng mẫu hạn chế.

Vì tính trạng sinh trưởng chịu chi phối bởi nhiều gen, mỗi SNP chỉ ảnh hưởng một phần nhỏ. Do đó, cần nghiên cứu và phát triển một tập hợp các chỉ thị SNP có tác động cộng gộp lên tính trạng sinh trưởng. Hơn nữa, để ứng dụng hiệu quả, cần xây dựng một quy trình xác định SNP nhanh chóng và hiệu quả, phù hợp với việc sàng lọc trên quần thể lớn, ví dụ như phát triển theo công nghệ KASP (Kompetitive Allele Specific PCR) genotyping hoặc SNP array chip.

Khi bộ chỉ thị phân tử SNP được phát triển hoàn chỉnh, có thể xây dựng quy trình SNP genotyping cho một panel SNP (một tập hợp chỉ thị SNP) để ứng dụng trong chọn giống cá tra theo hướng tăng trưởng. Việc ứng dụng chỉ thị phân tử này sẽ cho phép sàng lọc quần đàn cá tra từ giai đoạn sớm (chỉ cần lấy một mẩu vây nhỏ mà không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cá). Phân tích di truyền sớm sẽ rút ngắn đáng kể thời gian chọn giống so với phương pháp truyền thống dựa trên kiểu hình. Tuy nhiên, một bộ chỉ thị phân tử hiệu quả cần phải ổn định qua nhiều thế hệ, do đó, các nghiên cứu liên tục qua các thế hệ là cần thiết để chọn lọc và bổ sung bộ chỉ thị SNP này.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20991/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)