Sản xuất tôm kháng bệnh từ công cụ ADN

Chọn lọc bộ gen

Bệnh do virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV) vẫn khiến cho người nuôi tôm trên toàn thế giới thất thoát hàng tỷ USD mỗi năm. Dịch bệnh này đã lây lan nhanh chóng và các biện pháp phòng ngừa lây nhiễm đã không mang lại hiệu quả, vì việc sử dụng chiến lược tiêm chủng để tăng cường phản ứng miễn dịch chống lại virus là bất khả thi. Kích thích hệ thống miễn dịch bẩm sinh cho thấy có một số hứa hẹn nhưng cho đến nay vẫn chưa được chứng minh trên thực địa.

Chúng ta đều biết rằng một số loài động vật vốn có khả năng chống lại hoặc thích nghi với virus tốt hơn những loài khác, nhưng chúng ta vẫn chưa hiểu được cơ chế cụ thể đằng sau những khác biệt này. Có thể lai tạo ra những giống mới có sức đề kháng tốt với virus gây hội chứng đốm trắng WSSV cao hơn thông qua chọn lọc gia đình thông thường, nhưng việc này tiến triển còn chậm. Ngành công nghiệp nuôi tôm đang rất cần các giải pháp tốt hơn để ngăn chặn tôm chết hàng loạt do đại dịch này gây ra và tăng lợi nhuận.

Chọn lọc bộ gen là một phương pháp vốn được áp dụng để cải thiện chất lượng vật nuôi thông qua áp dụng các công nghệ mới nhất xác định trình tự ADN. Các nhà khoa học về nhân giống và di truyền học tại Nofima đã hợp tác với Benchmark Genetics để ứng dụng các công nghệ này trên chọn lọc TTCT. Thay vì phụ thuộc vào các mối quan hệ phả hệ để ước tính giá trị nhân giống của các cá thể, đơn vị đã sử dụng các dữ liệu trình tự ADN để ước tính các mối quan hệ về gen giữa các cá thể ở hàng chục nghìn vị trí trong toàn bộ hệ gen của vật nuôi. Công nghệ này đem lại kết quả chính xác hơn để dự đoán giá trị nhân giống của tôm giống bố mẹ tiềm năng trong quần thể (được gọi là giá trị nhân giống di truyền trong trường hợp này).

Cải thiện di truyền cho các loài giáp xác

Là một phần của dự án nghiên cứu GenomResist do Hội đồng Nghiên cứu Na Uy tài trợ, Nofima và Benchmark Genetics đã thử nghiệm mức độ hiệu quả của việc lựa chọn bộ gen để nâng cao sức đề kháng bệnh hội chứng đốm trắng – WSSV ở TTCT, bằng việc thiết lập một thí nghiệm sử dụng hai quần thể nguồn do Benchmark Genetics Colombia phát triển. Trong đó một quần thể đã được lai tạo chọn lọc hàng loạt qua vài thế hệ về khả năng kháng virus gây hội chứng đốm trắng, quần thể còn lại được lai tạo để có tốc độ tăng trưởng nhanh và sống sót tốt trong ao nuôi thông thường.

Tôm giống từ cả hai nhóm và thế hệ tôm lai được sinh ra từ lai tạo đã được tách riêng ngẫu nhiên thành hai nhóm chính, trong đó một nhóm là quần thể thử nghiệm, được cho tái nhiễm với virus và nhóm còn lại là quần thể con giống bố mẹ, được gìn giữ dưới các điều kiện an toàn sinh học cao. Quần thể thử nghiệm bị cho lây nhiễm WSSV, các tôm chết và yếu được lấy mẫu mô vào mỗi giờ trong suốt thời gian thử nghiệm; cùng đó, ngưỡng thời gian chết được ghi chép lại đối với tất cả các cá thể. Tất cả các mẫu được phân tích đánh dấu ADN bằng chip SNP của Benchmark Genetics có khả năng bao quát tốt mọi vị trí trên toàn bộ hệ gen của tôm, để đem lại độ chính xác nhằm chọn lọc bộ gen. Các thông tin về khả năng sống sót và ngưỡng thời gian chết của tôm đã qua thí nghiệm gây nhiễm, được kết hợp với các dữ liệu về mối quan hệ của bộ gen từ thử nghiệm ADN và được sử dụng để dự đoán các giá trị của gen của các con giống về khả năng sống sót của từng cá thể tôm bố mẹ (là các cá thể miễn nhiễm với virus).

Trong giai đoạn thứ hai của thử nghiệm, các con giống lai tạo từ nhóm không bị nhiễm bệnh được cho giao phối để tạo ra hai quần thể con cháu khác nhau, một quần thể tôm con cháu từ tôm bố mẹ có giá trị nhân giống được ước tính về bộ gen cao và nhóm còn lại gồm tôm bố mẹ có giá trị nhân giống ước tính về gen thấp đối với virus gây WSSV. Các cá thể sống sót của hai quần thể này và con cái từ đàn bố mẹ được giao phối “ngẫu nhiên”, được so sánh đánh giá trong một thử nghiệm gây nhiễm. Kết quả của thử nghiệm gây nhiễm đó cho thấy hơn 80% số cá thể, trong các gia đình được chọn lọc theo bộ gen tốt nhất, sống sót tốt với sức đề kháng khi gây nhiễm với WSSV. Ngược lại thì tôm từ các hệ gia đình yếu kém nhất có tỷ lệ sống sót dưới 5%.

Giống như tiêm vaccine cho một quần thể để phòng ngừa bệnh tật, việc có được những con tôm có mức độ đề kháng cao trong quần thể tôm có khả năng đủ để tạo ra hiệu ứng bầy đàn, từ đó giảm đáng kể tác động của dịch bệnh bằng cách ngăn chặn sự lây lan theo cấp số nhân của dịch bệnh trong quần thể bị ảnh hưởng. Lựa chọn bộ gen cũng hứa hẹn rất nhiều trong việc nâng cao khả năng chống lại các bệnh lý khác và đang được tiến hành trong chương trình nhân giống của Benchmark Genetics đối với TTCT.

Tăng cường khả năng sinh tồn

Các kết quả chứng minh cho thấy, tỷ lệ sinh tồn trung bình của các gia đình tôm đã tăng từ 38% trong quần thể ngẫu nhiên lên 51% trong quần thể sinh sản cao chỉ sau một thế hệ chọn lọc bộ gen đối với tính đề kháng virus gây WSSV. Điều này cho thấy sự đáp ứng cho việc chọn lọc này cao hơn đáng kể so với báo cáo trước đây về đề kháng lại WSSV.

Công trình hợp tác tiên phong này đã chứng minh rằng, có thể đạt được mức độ cải thiện di truyền tương đối cao đối với sự sống sót trước WSSV ở TTCT chỉ sau một thế hệ được chọn lọc bộ gen và việc chọn lọc đó có thể được sử dụng để nâng cao tỷ lệ sống sót trước bệnh WSSV từ thử nghiệm cho đến ngành công nghiệp nuôi tôm thương phẩm. So với các phương pháp chọn lọc con giống thông thường để kháng bệnh, chọn lọc bộ gen chính xác hơn một cách đáng kể trong việc dự báo và có thể sử dụng tốt hơn, thông tin về di truyền cơ bản ảnh hưởng đến tính kháng bệnh. Giống như tác dụng của việc tiêm phòng cho các thành viên trong quần thể, chúng tôi kỳ vọng rằng mức độ miễn dịch cao ở những quần thể tốt nhất sẽ có “hiệu ứng bầy đàn” vì những con vật có sức đề kháng cao sẽ không còn lây nhiễm cho những con vật khác với tốc độ thường thấy. Hơn nữa, áp lực sức đề kháng trong các ao nuôi thương phẩm có thể thấp hơn so với khi thử nghiệm trong bể nuôi thử nghiệm và các gia đình tôm tốt nhất trong quần thể có giá trị nhân giống gen cao cho thấy tỷ lệ sống trên 80%. Các nhà nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng mức độ sống sót khoảng 70% là đủ để kiểm soát lại một số bệnh virus khác (do virus hội chứng Taura) ở tôm.