dấu hiệu ADN- Một công cụ chọn lọc B.M. Burns, R.G. Holroyd, J.D. Bertram, R.G. Muller, A.D. Herring Tóm tắt Dấu hiệu ADN là một phơng pháp kiểm tra hữu hiệu để xác định bố mẹ và gốc gác của bò. Cơ chế của việc nhận dạng di truyền thông qua sử dụng các dấu hiệu ADN (ADN marker) sẽ đợc mô tả tóm tắt về lý thuyết và phơng pháp cùng với những ví dụ để minh hoạ. Những kỳ vọng lý thuyết của phơng pháp kiểm tra này sẽ đợc thảo luận và những kết quả thu đợc cho đến nay sẽ đợc trình bày trong bài dới đây. Giới thiệu Việc kiểm tra nguồn gốc của bò đã đợc các hội giống sử dụng từ lâu nhằm duy trì sự tin cậy của những ghi chép theo phả hệ của chúng. Việc này đã giúp nâng cao tiến bộ di truyền trong các chơng trình giống. Độ chính xác của việc xác định nguồn gốc là rất quan trọng đối với ngành chăn nuôi bò giống. Việc xác định chính xác nguồn gốc cũng rất có giá trị đối với những ngời chăn nuôi bò thơng mại, mong muốn con đực giao phối đợc nhiều trong đàn của họ và biết rõ nguồn gốc những bê mà không cần kiểm tra con mẹ. Điều này cho phép những ngời sản xuất tìm ra những con bò đực có khả năng sinh sản cao trong số những bò đực và xác định những con đực giống và những dòng đực giống sản sinh ra con cháu năng suất cao. Việc kiểm tra bố mẹ và nguồn gốc đạt đợc thông qua phát hiện những dấu hiệu (markers). Bất kỳ một đặc điểm nào đó có thể dễ dàng đợc tìm ra và liên quan đến khả năng di truyền đợc của nó có thể coi nh một dấu hiệu (marker). Theo cách truyền thống, những dấu hiệu protein đợc tìm thấy trên bề mặt của tế bào hồng cầu, huyết tơng đã đợc sử dụng (xác định nhóm máu). ADN tiểu vệ tinh (microsatellites) cung cấp một sự lựa chọn và là nguồn những dấu hiệu di truyền cao cấp. Điều quan trọng là những mong đợi thực tế và sử dụng thích hợp những dấu hiệu ADN sẽ trở thành quen thuộc đối với những ai mong muốn sử dụng công nghệ mới này. Nhận dạng di truyền sử dụng các dấu hiệu ADN Lý thuyết cơ bản Việc kiểm tra bố mẹ và nguồn gốc dựa trên hai nguyên lý cơ bản: Dựa trên sự phát hiện các dấu hiệu di truyền đợc giữ nguyên suốt đời của con vật. Dựa trên sự hiểu biết rằng tất cả các con vật đều có hai bản sao của mỗi gen (hay marker), một đợc thừa hởng từ con bố và một đợc thừa hởng từ con mẹ. Nếu dấu hiệu (marker) cho thấy sự khác nhau, khi đó bản sao có đợc từ con mẹ có thể khác so với có đợc từ con bố. Điều này cung cấp cơ sở cho việc kiểm tra nguồn gốc và quan hệ nguồn gốc. Nếu có một sai khác của một dấu hiệu di truyền ở một con bê nhng không xuất hiện ở cả bố và mẹ, con bê đó không đợc coi là thế hệ con của cặp bố mẹ đó. Việc kiểm tra nguồn gốc và quan hệ nguồn gốc luôn luôn tiến hành bằng cách loại trừ bởi vì không kiểm tra có thể xác định đợc một cách tích cực. Điều này có nghĩa là việc kiểm tra có thể loại trừ một con đực hoặc một con cái có thể là một cặp bố mẹ hoặc loại trừ một con cháu có thể đợc tạo ra từ một lần giao phối đã đợc chọn hoặc từ một cặp bố mẹ và những loại trừ đó là tuyệt đối. Trong điều kiện tốt nhất chúng có thể cung cấp một xác xuất rằng về chuyên môn là đúng nhng sẽ không bao giờ độ chính xác là 100%. Phân tích ADN đựơc làm nh thế nào? Quy trình phân tích ADN (ADN fingerprinting) yêu cầu ADN đợc tách từ một mẫu mô bào. Máu là mô đợc lựa chọn vì tách AND từ mẫu máu dễ dàng và rẻ hơn so với tách ADN từ các mẫu mô khác nh tinh trùng, cơ, lông. Tất cả những mẫu mô cần phải tơng đối mới để tách đợc ADN đảm bảo chất lợng cho việc tiến hành kiểm tra. 101 Đực 1 Đực 2 Bò cái Bê 1 Bê 2 A B C D Hình 1: Một minh hoạ những kết quả của một dấu hiệu di truyền đợc kiểm tra với những mẫu từ 2 con bò đực, 1 con bò cái và 2 con bê. Sự sai khác của dấu hiệu ADN xuất hiện nh những băng riêng biệt. Một ví dụ minh hoạ Kết quả phân tích 5 mẫu (2 bò đực, 1 bò cái và 2 bê con) với một dấu hiệu AND đợc minh hoạ ở Hình 1. Những dạng khác nhau của dấu hiệu AND này (ký hiệu A, B, C, D) xuất hiện trên những dải băng riêng. Mỗi con cho 1 hay 2 dải. Những con có 1 dải đã thừa hởng cùng loại dấu hiệu AND từ mỗi bố/mẹ (cả 2 dải đều ở cùng một vị trí), trong khi đó những con có 2 dải đã thừa hởng một dấu hiệu AND khác từ mỗi bố/mẹ. Con bê 1 có thể là con của con bò cái và con bò đực1 vì nó có một băng giống nh mỗi băng trong những băng của bố mẹ (băng B giống nh ở bò cái và băng C giống nh ở bò đực 2). Nếu phân tích 11 dấu hiệu thì cơ hội khẳng định con bê này là con của bò cái và bò đực 2 là trên 99%. Con bê 2 không thể cho là con của bò cái và bò đực 1 vì băng C của nó không có ở cả bố và mẹ. Nếu nh con cái không đợc kiểm tra, con bê 1 sẽ có thể cho là con của cả con bò đực 1 và bò đực 2 bởi vì con bê 1 có một băng giống với cả hai con bò đực. Mặc dù cả 2 con đực đều có những băng khác nhau hoàn toàn đối với dấu hiệu này và vì thế chúng có thể đợc phân biệt với một con khác, dấu hiệu này không thể để chỉ định con bê chính xác là con của con đực nào vì sự đóng góp băng của bò cái. Con bê 2 có đợc 2 băng B, một từ con đực và một từ con cái. Vì vậy nó có thể là con của bò cái và bò đực 1 nhng không thể cho là con của bò cái và bò đực 2. Phân tích cặp đơn bố mẹ của bê 2 có thể sẽ tìm đợc sự khác nhau giữa hai con bò đực. Độ chính xác và kết quả mong đợi Những vấn đề lý thuyết Sự chính xác của việc kiểm tra bố mẹ gốc hoặc nguồn gốc là khả năng kiểm tra để tìm ra một bố mẹ hoặc nguồn gốc không đúng. Sự chính xác nói chung của việc đánh giá bố mẹ và nguồn gốc đợc xác định bởi hai yếu tố: 1. Số lợng của những dấu hiệu di truyền đợc khảo sát. Khi càng nhiều các dấu hiệu đợc khảo sát thì độ chính xác càng tăng, nhng không phải tuyến tính, vì vậy phải đi đến cân bằng giữa sự chính xác hợp lý của kết quả thu đợc và chi phí. 2. Mức độ khác nhau với mỗi một dấu hiệu di truyền. Sẽ đạt đợc độ chính xác hơn nếu những dấu hiệu di truyền đợc sử dụng có mức độ biến động rộng. Sự biến động của dấu hiệu sẽ bị giảm đi khi những con vật có sự quan hệ gần gũi và sẽ khác nhau rõ rệt giữa các giống bò. Sự biến động, và vì vậy độ chính xác sẽ bị giảm trong cùng một giống bò với một vốn gen nhỏ hơn. Những nghiên cứu chỉ ra rằng độ chính xác cao hơn có thể thấy đợc ở những giống Bos indicus khi đợc so sánh với những giống Bos taurus. Việc kiểm tra nguồn gốc và quan hệ nguồn gốc dựa trên cơ sở ADN thơng mại yêu cầu xác định các nhóm dấu hiệu (3 hoặc 4 dấu hiệu cho mỗi nhóm), các nhóm này có khả năng kiểm tra đồng thời và có khả năng sai khác cao giữa các giống bò khác nhau. Hiện tại một bộ chuẩn 11 dấu hiệu ADN ở 3 nhóm dấu hiệu riêng biệt đang đợc sử dụng cho việc phân tích ADN. Có thể tiến hành kiểm tra thêm một nhóm dấu hiệu phụ nếu có yêu cầu. Kết quả tổ hợp của 11 dấu hiệu đa ra một hình ảnh về ADN đối với mỗi con vật và khả năng để 2 gia súc có cùng một hình ảnh về ADN là từ 3/10 triệu đến 3/100 triệu tuỳ thuộc vào giống. Độ chính xác về nguồn gốc và quan hệ ruột thịt Bộ chuẩn gồm 11 ADN marker đã đợc đánh giá ở 12 giống bò. Khi sử dụng cho phân tích nguồn gốc 102 (ví dụ: con đực, con cái, và con bê con đợc kiểm tra) những dấu hiệu này đã có cho phép có thể phân biệt đợc khoảng 99% những nguồn gốc không đúng. Số liệu này thay đổi từ 98.5% ở giống bò Hereford không sừng đến 99.9% ở Brahmans, độ chính xác ở tất cả các giống khác đợc kiểm tra lên tới trên 99%. Khi sử dụng cho phân tích quan hệ nguồn gốc chỉ có bố và bê con đợc kiểm tra độ chính xác giảm xuống 88%-99%, phụ thuộc vào từng giống. Độ chính xác khi sử dụng nhiều con đực phối giống ở những nơi sử dụng nhiều hơn một bò đực và những con cái không đợc kiểm tra, độ chính xác về liên quan nguồn gốc đợc đa ra ở trên sẽ bị giảm theo tỷ lệ số lợng bò đực sử dụng. Bảng 1 chỉ ra mức độ chính xác lý thuyết đợc dự đoán ở một đàn Bos indicus khi nhiều con đực đợc sử dụng. Ngời ta có thể dự đoán đúng khoảng 90% những con bê là từ một đực giống nếu 10 con bò đực đợc sử dụng trong nhóm giao phối. ở một đàn bò Bos taurus trong một trờng hợp kém hơn chỉ có thể dự đoán khoảng đợc 28%. Những số liệu về sự chính xác còn bị giảm nữa nếu những con vật trong nhóm giao phối có quan hệ họ hàng với nhau. Số lợng bò đực trong nhóm đực giống Độ chính xác đợc mong đợi 1 5 10 15 20 99% 95% 90% 86% 82% Bảng 1: Mức độ chính xác lý thuyết đối với việc chỉ định là có cùng nguồn gốc từ một đàn bò Bos indicus khi số lợng đực tăng lên. Việc sàng lọc sớm những con bò đực trớc khi đa vào một nhóm giao phối có thể giúp phân tích để phân biệt các con đực, mặc dù việc này không đảm bảo chắc chắn. Ví dụ bê số 1 (hình 1) minh hoạ cho vấn đề này. Sự sàng lọc sớm ở ví dụ này bộc lộ hoàn toàn sự đa hình khác nhau của dấu hiệu ADN đối với bò đực 1 và 2. Bởi vì nó có thể đợc phân biệt rõ ràng thông qua sử dụng dấu hiệu (marker) những con đực này có thể ở cùng một nhóm giao phối. Quan hệ nguồn gốc của con bê 1 tuy nhiên sẽ không thể quyết định đợc khi không kiểm tra con mẹ. Những kết quả thu đợc đến nay đợc trình bày ở bảng 2. Độ chính xác thu đợc là chặt chẽ đúng theo mong đợi, độ chính xác về quan hệ nguồn gốc đối với Bos indicus khi sử dụng 1 con bò đực là 99%. Nếu yêu cầu độ chính xác cao hơn, những con bê không xác định đợc nguồn gốc còn lại sau khi kiểm tra với bộ Marker tiêu chuẩn, có thể kiểm tra qua hệ thống khác để nhận đợc kết quả chính xác ở mức độ rất cao. Một khó khăn nổi lên ở những kết quả này là vấn đề những đực giống hoặc những bê không thể xác định nguồn gốc. Mặc dù có nhiều những lời giải thích cho những phát hiện này ví dụ: những con bò cái có thai trớc khi đợc đa vào nhóm giao phối, những con đực hoặc những con bò cái nhảy khỏi hàng rào, những con bê đực thành thục sớm đã phối giống trớc, hầu hết những đàn đợc phân tích có một tỷ lệ thiếu những con đực giống. Khi phân tích đàn giống số 15 bao gồm 244 con bê và 34 bò đực giống Brahman, đàn này không có những con đực giống bị bỏ sót khi mà tất cả những con đực giống trong đàn đều tham gia vào thí nghiệm để phân tích trong khi đó bớc đầu chỉ phân tích 16 con bò đực giống trong nhóm giao phối thấp có 5,4% số bê con không xác định đợc bố. Những ứng dụng đối với ngành chăn nuôi bò thịt Đối với ngành chăn nuôi bò giống: Phân tích ADN đa ra độ chính xác cao hơn nhiều so với phân tích nhóm máu mặc dù giá của hai kiểu phân tích này là giống nhau. Dần dần từng bớc thay đổi từ phân tích nhóm máu sang phân tích ADN đang đợc khuyến cáo sử dụng nhằm giảm đến mức tối thiểu chi phí tài chính để kiểm tra nhóm máu và phân tích ADN. Nhóm máu và dấu hiệu ADN là hai phơng pháp kiểm tra hoàn toàn riêng biệt, khác nhau và những kết quả của 2 phơng pháp này không thể thay thế cho nhau đợc. Những kết quả về nhóm máu của những cặp bố mẹ không thể đợc sử dụng để xác minh nguồn gốc của một con bê đã đợc phân tích kiểu ADN nhng không phân tích nhóm máu. Đối với những ngời chăn nuôi bò thơng mại, việc phân tích ADN sẽ cung cấp một phơng pháp kiểm tra mới và hữu hiệu để thu thập những thông tin về đàn giống của họ và cải tiến di truyền thông qua chọn lọc đời sau có năng suất cao. Xác định những con đực có khả năng sinh sản cao hoặc con cháu của chúng có những đặc điểm về chất lợng thịt xẻ cao có thể giúp việc chọn lọc đực giống và giảm phần trăm đực giống phải sử dụng cũng nh làm cho việc quản lý dễ dàng hơn. Thực tế là: việc xác định các dấu hiệu đối với các tính trạng king tế 103 quan trọng sẽ tạo thuận lợi trong chọn lọc những con vật có năng suất cao trong tơng lai. Sức mạnh của việc phân tích ADN là không hoàn toàn tuyệt đối. Bởi vì không phải tất cả các kiểm tra có kết quả đích thực và sẽ không kinh tế để kiểm tra thông qua một số lợng lớn các dấu hiệu (marker), giá trị của việc kiểm tra đối với mỗi nhà chăn nuôi sẽ khác nhau theo những yêu cầu đợc đặt ra. Bảng 2. Những kết quả thu đợc đối với việc phân tích nhiều con đực giống bao gồm hơn 50 con bê của Santa Gertrudis (SG) hoặc Brahman (B) thuần, thể hiện phần trăm quan sát đợc và phần trăm mong đợi của những con bê đợc cho là từ một con đực và tỷ lệ những con bê nhầm lẫn đực giống và độ chính xác thu đợc nâng lên do kiểm tra một (+1) hoặc hơn hai nhóm dấu hiệu (+2) Đàn Giống Số bê Số đực giống % Theo dõi % Mong đợi % Bê lẫn bố +1% chính xác +2 % chính xác 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 SG SG SG SG SG SG SG B B B B B B B B B 156 71 144 408 67 62 100 235 103 213 163 175 91 255 244 288 10 12 28 26 6 5 7 22 10 11 19 14 6 12 34 28 91.0 100 85.4 89.2 83.6 96.8 96.0 88.1 91.3 92.5 92.0 93.1 100 85.2 77.5 74.7 90.4 88.6 75.5 77.0 94.1 95.1 93.2 80.2 90.4 89.5 82.6 86.9 94.1 88.6 71.1 75.5 0,6 23,9 34,8 21,3 16,4 4,8 24 9,4 6,8 8,0 6,1 0 39,6 10,9 0 7,6 95,5 100 94,0 100 99,4 96,6 90,2 93,0 90,3 98,5 98,3 97,1 99,2 97,1 95,5 104 . ngời sản xuất tìm ra những con bò đực có khả năng sinh sản cao trong số những bò đực và xác định những con đực giống và những dòng đực giống sản sinh ra. con của con bò cái và con bò đực1 vì nó có một băng giống nh mỗi băng trong những băng của bố mẹ (băng B giống nh ở bò cái và băng C giống nh ở bò đực 2).