Hội chứng đốm trắng: Chọn lọc bộ gen kháng virus

[Người Nuôi Tôm] – Đây là nghiên cứu đầu tiên với tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương (Litopenaeus vannamei) chứng minh lợi ích di truyền được thực hiện từ việc chọn lọc bộ gen. Chọn lọc bộ gen đặc biệt hứa hẹn đối với các chương trình chọn lọc thách thức động vật sống với các tác nhân lây nhiễm khi những con sống sót sau đó không thể được sử dụng làm giống.

Thiết lập nghiên cứu

Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học đã thử nghiệm các gia đình tôm với virus WSSV và sử dụng dữ liệu kiểu gen từ các nhà lai tạo ứng cử và thách thức để đánh giá sức mạnh và độ chính xác của việc chọn lọc bộ gen để cải thiện tính kháng WSSV. Các ứng cử viên lai tạo (G0, thế hệ 0) được xếp hạng về giá trị giống di truyền (dự đoán khả năng truyền các tính trạng nhất định cho thế hệ tiếp theo) đối với tính kháng WSSV. Các ứng cử viên lai tạo được giao phối để tạo ra hai quần thể G1 (thế hệ đầu tiên), một quần thể có giá trị cao và quần thể còn lại có giá trị giống ước tính về bộ gen thấp. Sự sống sót của các quần thể G1 và con cái từ đàn bố mẹ được giao phối “ngẫu nhiên” được so sánh trong một thử nghiệm thách thức.

Hình 1: Nguồn gốc của tôm thí nghiệm. Các động vật được chia thành các quần thể lai tạo ứng viên và huấn luyện để ước tính giá trị giống ước tính của bộ gen, gEBV (kỹ thuật sử dụng trình tự DNA duy nhất của động vật để dự đoán giá trị di truyền thực sự của chúng chính xác hơn) đối với khả năng kháng Virus gây hội chứng đốm trắng (WSSV) ở thế hệ G0 (thế hệ đầu). Các ứng cử viên lai tạo G0 được chọn và giao phối để tạo ra các nhóm gEBV G1 (thế hệ 1) cao, ngẫu nhiên và thấp có hiệu suất (khả năng sống sót sau một thử nghiệm thử nghiệm) được so sánh để đánh giá cuối cùng về sức mạnh của chọn lọc bộ gen. Phỏng theo bản gốc.

Kết quả và thảo luận

Tất cả tôm trong bài kiểm tra thử thách đều được định kiểu gen để xác định sự khác biệt trong cấu tạo di truyền của các cá thể cho 18.643 đa hình nucleotide đơn, SNPs (sự thay thế của một nucleotide ”khối cấu tạo cơ bản của axit nucleic, DNA và RNA”, tại một vị trí cụ thể trong bộ gen; SNP có thể được sử dụng để xác định sự khác biệt về tính nhạy cảm với nhiều loại bệnh). Các ứng cử viên nhân giống tôm (G0) được xếp hạng dựa trên các giá trị giống di truyền về tính kháng WSSV.

Hai quần thể G1 được tạo ra, một từ các nhà lai tạo G0 có giá trị nhân giống cao và quần thể còn lại có giá trị giống ước tính thấp. Một quần thể thứ ba được tạo ra từ sự giao phối ngẫu nhiên của đàn bố mẹ. Tỷ lệ sống trung bình là 25% ở nhóm thấp, 38% ở nhóm ngẫu nhiên và 51% ở nhóm giá trị nhân giống có bộ gen cao. Kết quả đạt được về di truyền và khả năng di truyền cao đã chứng minh rõ ràng tiềm năng lớn để cải thiện di truyền hơn nữa về tính kháng WSSV trong quần thể L. vannamei được đánh giá bằng cách sử dụng chọn lọc bộ gen.

Tỷ lệ sống trung bình trong quần thể G1 tăng từ 38 lên 51% sau một thế hệ chọn lọc bộ gen cho tính kháng WSSV cao đối với tính trạng chết hoặc sống (DOA) so với tỷ lệ sống trung bình ở tôm G1 được chọn ngẫu nhiên. Lựa chọn kháng WSSV thấp cho một phản ứng rất giống nhau theo hướng ngược lại. Điều này chứng tỏ rõ ràng sức mạnh của việc chọn lọc bộ gen như một công cụ để phát triển tôm L. vannamei kháng WSSV bằng cách sử dụng quần thể tổng hợp đặc biệt này có chứa sự biến đổi lớn đối với tính kháng WSSV. Do sự khác biệt lớn về tính trạng DOA và hệ số di truyền tương đối cao, việc chọn lọc thêm để tạo ra G2 sẽ tạo ra lợi ích di truyền lớn hơn chúng tôi đã đánh giá với việc sản xuất G1.

Nhìn chung, các ước tính về khả năng di truyền của kháng WSSV dựa trên bộ gen lớn hơn các ước tính thu được từ các đánh giá thông thường trước đây. Hệ số di truyền cao hơn tìm thấy ở tôm G1 so với tôm G0 có thể là do sự khác biệt về hệ số di truyền thực, do các điều kiện thử nghiệm khác nhau và/ hoặc thành phần di truyền khác nhau giữa các quần thể. Nhưng nó cũng có thể là do ước tính không chính xác với một ước tính gần với hệ số di truyền thực hơn ước tính kia.

Chúng tôi đã xác định một số yếu tố làm cho việc lựa chọn bộ gen để kháng WSSV ở L. vannamei trở nên hấp dẫn. Đầu tiên, phương pháp dựa trên bộ gen đã xác định được sự biến đổi di truyền về khả năng kháng thuốc trong quần thể G0 ban đầu. Thứ hai, việc phát hiện sự khác biệt đáng kể giữa các nhóm chọn lọc cho thấy rằng sự chọn lọc đã làm tăng tính kháng WSSV trong thế hệ chọn lọc đầu tiên này. Thứ ba, sự khác biệt lớn đã được phát hiện trong các nhóm. Thứ tư, phản ứng lựa chọn lớn hơn mong đợi từ cường độ lựa chọn được áp dụng, hệ số di truyền ước tính và các biến số khác. Cuối cùng, tỷ lệ sống sót được cải thiện 13% trong một thế hệ lớn hơn so với các phương pháp chọn lọc thông thường, và thu được về mặt thương mại là rất thú vị.

Mức độ sống sót từ kết quả của chúng tôi là hơn 60%, có thể không đạt yêu cầu để sản xuất thương mại. Tuy nhiên, khi việc tiêm phòng được sử dụng như một biện pháp bảo vệ quần thể chống lại dịch bệnh, thì quần thể có thể được bảo vệ một cách hiệu quả mà không cần tiêm phòng cho từng cá thể do hiệu ứng bầy đàn. Tương tự như vậy, dịch bệnh có thể được làm chậm hoặc dừng lại khi một mức độ nhất định của quần thể được tiêm chủng, một mức độ nhất định của động vật kháng thuốc trong quần thể, cùng với các biện pháp quản lý không thuận lợi đối với mầm bệnh và dịch bệnh, có thể đủ để kiểm soát WSSV trong quần thể thương mại.

Chúng tôi đã chỉ ra rằng bằng cách sử dụng chọn lọc bộ gen, chúng tôi có thể nhanh chóng tăng mức độ kháng thuốc và hy vọng sẽ có thể sử dụng công cụ này để cung cấp cho người nuôi những quần thể tôm có thể tồn tại và sản xuất khi có WSSV mà không cần phải tiêu diệt hoàn toàn sinh vật gây bệnh.

Trong việc áp dụng chọn lọc bộ gen để kháng bệnh, chúng ta cũng cần xem xét rằng tồn tại mối tương quan di truyền bất lợi giữa tốc độ tăng trưởng và khả năng kháng WSSV và tốc độ tăng trưởng nhanh hơn là mong muốn đối với nuôi tôm. Có thể đạt được sự cải thiện đồng thời cả hai tính trạng bằng cách kết hợp dòng S phát triển nhanh với dòng R có sức đề kháng cao trong thiết kế hệ số nhân để cung cấp tôm bố mẹ thương mại. Cũng có thể sử dụng chọn lọc bộ gen sao cho cả hai tính trạng đều được chọn lọc tích cực, nhưng điều này cần được nghiên cứu thêm.

Một cân nhắc khác cho việc áp dụng là khả năng chi trả và khả năng tiếp cận. Nhu cầu phân loại kiểu gen sẽ làm tăng thêm chi phí cho chương trình lai tạo, nhưng nó cũng có thể làm giảm nhu cầu ghi chép phả hệ có hệ thống, vốn tốn kém và cũng gây ra sự kém hiệu quả trong quá trình chọn lọc do việc nuôi riêng biệt, vì nó có thể được lấy từ các kiểu gen. Nhiều dấu hiệu di truyền đã được xác định cho L. vannamei và các công nghệ tạo kiểu gen thông lượng cực cao của các dấu hiệu dày đặc đang trở nên sẵn có hơn và ít tốn kém hơn để áp dụng.

Khó khăn lớn khác phải đối mặt khi lựa chọn tính kháng WSSV ở tôm là thực tế không thể sử dụng những con sống sót sau các thử nghiệm thử thách làm ứng viên lai tạo vì chúng có thể truyền virus theo chiều dọc và lây nhiễm sang quần thể con. Hơn nữa, những khó khăn thực tế trong việc làm sạch những con sống sót để đưa chúng vào các chương trình nhân giống tạo ra tôm bố mẹ sạch bệnh đặc hiệu với WSSV là đáng kể. Việc không thể sử dụng những con sống sót trong thực tế và việc thiếu thông tin về khả năng sống sót của các ứng viên lai tạo và mối quan hệ di truyền thực sự của họ với các ứng viên (mối quan hệ phả hệ là tiêu chuẩn cho các nghiên cứu trước đây), hạn chế độ chính xác của việc lựa chọn kiểu hình thông thường.

Chúng tôi cho rằng khả năng đánh giá giá trị giống cá thể thông qua chọn lọc bộ gen là lý do chính tại sao tỷ lệ tăng lợi ích di truyền đạt được khi chọn lọc bộ gen cao hơn so với lựa chọn kiểu hình thông thường về tính kháng WSSV ở L. vannamei. Dựa trên kết quả nghiên cứu của chúng tôi, lợi ích di truyền được thực hiện và hệ số di truyền cao chứng tỏ rõ ràng tiềm năng lớn để cải thiện di truyền hơn nữa về tính kháng WSSV ở L. vannamei được chọn lọc bộ gen.

Kết quả của nghiên cứu cho thấy cải thiện di truyền hữu ích đáng kể đối với tính kháng WSSV có thể đạt được trong chương trình nhân giống L. vannamei bằng cách áp dụng chọn lọc bộ gen. So với các phương pháp thông thường, việc sử dụng dữ liệu bộ gen dẫn đến ước tính hệ số di truyền cao hơn và cải thiện độ chính xác của việc lựa chọn đến các mức phù hợp về mặt thương mại.

Đây là nghiên cứu đầu tiên với L. vannamei chứng minh lợi ích di truyền được thực hiện từ việc chọn lọc bộ gen. Chọn lọc bộ gen đặc biệt hứa hẹn đối với các chương trình chọn lọc thách thức động vật sống với các tác nhân lây nhiễm khi những con sống sót sau đó không thể được sử dụng làm giống.

Hình 2: Tỷ lệ tôm sống sót trong mỗi gia đình được thử thách đối với giá trị giống ước tính bộ gen (gEBV) cao (A), ngẫu nhiên (B) và thấp (C). Việc tô bóng các ô vạch biểu thị phần trăm tổ tiên dòng kháng trong gia đình đó (màu đen 100%, màu xám 75%, màu trắng 50% và sọc khi nguồn gốc quần thể của bố hoặc mẹ không xác định). Các đường ngang cho thấy tỷ lệ trung bình giữa các gia đình sống sót đối với các nhóm gEBV G1 cao (xanh), ngẫu nhiên (cam) và thấp (đỏ). Các đường liền mạch liên quan đến tổng thể G1 được thể hiện trong mỗi ô. Phỏng theo bản gốc.

Hiểu Lam (Lược dịch)