CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Ứng dụng di truyền phân tử trong cải thiện năng suất sinh sản ở lợn Hiệu quả chăn nuôi lợn phụ thuộc rất nhiều vào năng suất sinh sản. Tuy vậy, các tính trạng sinh sản lại có khả năng di truyền ở mức rất thấp (hệ số di truyền <0,15) và chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các điều kiện ngoại cảnh. Do đó, các phương pháp chọn lọc truyền thống dựa trên năng suất kiểu hình của cá thể rất khó khăn để có thể cải thiện được các tính trạng sinh sản. Gần đây, với sự phát triển vượt trội của công nghệ di truyền phân tử, các chỗ gen liên kết với các tính trạng số lượng (QTL) và các gen chức năng được khám phá, sử dụng trong công tác chọn giống lợn vì có liên kết chặt chẽ với các tính trạng sinh sản, sinh trưởng và chất lượng thịt ở lợn.
Do vậy, các nhà chọn giống đã phân tích tính đa hình kiểu gen sinh sản (ESR, FSHB, PRLR…), kiểu gen sinh trưởng, chất lượng thịt (PIT-1, MC4R, H- FABP,….) để ứng dụng vào chọn giống, cải thiện năng suất sinh sản, sinh trưởng và chất lượng thịt ở đàn lợn giống. Công nghệ phân tích kiểu gen này hiện nay đã được ứng dụng rộng khắp trong các chương trình giống lợn. Nhiều kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ gen trong chọn giống lợn đã được một số tác giả trên thế giới công bố. Đây chính là nền tảng công nghệ thứ hai sẽ được ứng dụng trong đề tài này.
Một số nghiên cứu ứng dụng gen ESR ở lợn: Các hormon nhóm steroid và các thụ thể của chúng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh sản. Kích thích tố estrogen liên quan mật thiết với quá trình mang thai và chức năng hoạt động của nó thông qua thụ thể estrogen (Rothschild và ctv, 1996). Estrogen là hormon có chức năng quan trọng trong quá trình sinh sản, sinh trưởng và biệt hóa. Các thụ thể của estrogen cũng tương tự như các thụ thể khác trong nhân tế bào.
Thụ thể của estrogen là những yếu tố phiên mã, sau đó liên kết với một cầu nối (ligand) thích hợp (như 17b-estradiol, estron hoặc estriol) để điều hòa phiên mã các gen mục tiêu. Do chức năng của estrogen đóng vai trò điều hòa sự sinh sản, sự phát triển của tuyến vú và sự tăng trưởng và biệt hóa các tế bào nên các thụ thể của estrogen và các gen của chúng được xem là những chỉ thị 24 (marker) phân tử ứng viên trong việc nghiên cứu các tính trạng liên quan đến năng suất của vật nuôi. Ở các cá thể cái, các protein được mã hóa bởi gen thụ thể estrogen 1 (ESR1) thúc đẩy sự biểu hiện khác nhau của các yếu tố phiên mã liên quan đến chức năng sinh sản. Ở các cá thể đực, thụ thể estrogen 2 (ESR2) tác động vào lúc bắt đầu và duy trì suốt quá trình sinh tinh bằng cách điều hòa mức độ hormone khác nhau.
Theo Gunawan và ctv (2011), gene ESR2 có liên quan đến chu trình estrogen trong chu kỳ tế bào sinh tinh trên lợn. ESR2 là một protein nằm trong nhân trong tế bào mầm, tế bào Leydig và Sertoli, các tế bào biểu mô, tinh trùng và có vai trò quan trọng trong quá trình sinh tinh. Một số suy đoán, ESR2 có thể gây ảnh hưởng tiêu cực (Zhang và ctv, 2000), đặc biệt khi thiếu hụt ESR2 sẽ làm giảm số lượng tinh trùng mào tinh, giảm khả năng vận động và khả năng thụ tinh của tinh trùng (Couse và Korach, 1999). Ngược lại, các biểu hiện quá mức của ESR2 làm ngăn chặn chu kỳ tế bào mầm hay chết theo chương trình (apoptosis) và gây vô sinh (Selva và ctv, 2004).
Mặc dù, Aschim và ctv (2005) đã báo cáo ảnh hưởng của đa hình gen ESR2 đến khả năng vô sinh ở người do nồng độ tinh trùng thấp và ung thư tinh hoàn. Trước khi thành thục, một số tế bào mầm trải qua quá trình chết theo chương trình (apotosis). Quá trình này được điều khiển bởi nhiều gen trong đó có gen ESR2 (Delbes và ctv, 2004). Trong quá trình phát sinh tinh trùng, các giao tử đực có chức năng được tạo ra theo một quá trình phức tạp bên trong mô tinh hoàn, mào tinh và một số cơ quan sinh dục đực khác (Frungieri và ctv, 2006).
Mặc dù gen ESR2 đã được tìm thấy trong các loại tế bào của quá trình sinh tinh bình thường nhưng chức năng của nó vẫn chưa rõ. Ở lợn, ESR2 được xem là gen dự tuyển đối với các tính trạng sinh sản của lợn đực giống. Về cấu trúc gen ESR, gen ESR1 và ESR2 ở lợn cùng nằm trên nhiễm sắc thể số 1 - SSC1 p24-25 với 8 exon và 7 intron (Munoz và ctv, 2004). Tuy nhiên, gen ESR1 ở cuối telomere trên phía p-arm trong khi gen ESR2 ở phía q-arm của SSC1.
Các biến thể alen của gen mã hóa ESR là do sự đa hình ở một số vị trí nucleotide (SNPs). Các nghiên cứu về gen ESR cho thấy mối liên quan giữa tính đa hình tại một chỗ gen của ESR bằng các enzyme cắt AvaI, PvuII, Hsp92II. Các vị trí này có 25 thể nằm ở cả exon và intron của gen. Sự đa hình gen ESR bằng PvuII được tìm thấy bởi Rothschild và ctv (1996).
Đa hình nucleotide đơn lẻ (SNP) này nằm trong vùng intron và chủ yếu được mô tả như chỉ thị phân tử (gen đánh dấu). Trên vùng mã hóa gen ESR1 đã tìm thấy những SNP ở các vị trí c. Gen ESR2 có những SNP ở các vị trí c. Trình tự gen ESR1 của lợn trong GenBank là NP999385.
Trình tự gen ESR2 của lợn trong GenBank là AF164957. Theo nghiên cứu của Munoz và ctv (2007) trên 1622 lứa đẻ từ 408 lợn nái, cho thấy chỉ có vị trí đa hình tại c.1227T là có ảnh hưởng có ý nghĩa đến số con sơ sinh sống. Về ảnh hưởng của gen ESR đến năng suất sinh sản, các nghiên cứu trước đây trên gen thụ thể Estrogen (ESR1) cho thấy có hai alen (A và B) và tạo nên 3 kiểu gen: AA, AB, BB. Trong đó kiểu gen BB làm tăng số con sơ sinh/ổ.
Cụ thể là alen B thể hiện tổng số con đẻ ra và số con sinh ra còn sống cao hơn. Ảnh hưởng này từ +0,8 đến +1,25 lợn/lứa ở lợn Meishan lai và +0,4 đến +0,6 lợn/ lứa ở lợn Yorkshire Large White và Yorkshire Large White lai (Rothschild và ctv, 1996; Short và ctv, 1997). Theo Isler và ctv (2003) nghiên cứu gen ESR trên lợn Large White, nhận thấy alen B làm tăng chiều dài tử cung, số bào thai trên mỗi sừng và trọng lượng trung bình của mỗi thai ở nái mang thai. Do đó, ảnh hưởng của alen B là làm tăng năng suất sinh sản.
Chính vì vậy, gen ESR đã được xem như một gen ứng viên (candidate gen) trong việc chọn giống lợn. Một số nghiên cứu cho thấy tầm quan trọng của gen ESR lên sự phát triển của sinh vật. Về ứng dụng, các nghiên cứu về gen ESR trên lợn cho thấy mối tương quan giữa ESR đến số con sinh ra trong một lứa, số con sơ sinh sống, số con chết sơ sinh, số con cai sữa, khối lượng khi cai sữa, độ dày mỡ lưng, số núm vú. Các kết quả tại các quốc gia được tiến hành trên các giống lợn khác nhau đều kết luận tần suất gen ESR cần phải được nhân rộng trong đàn.
Nghiên cứu của Isler và ctv (2003) trên tổng số 322 cá thể lợn Landrace, Large White và giống lai (L.L) được nuôi tại các chi nhánh Tây của Ohio Trung tâm Nghiên cứu và Phát 26 triển nông nghiệp của Đại học bang Ohio, Hoa Kỳ, sử dụng phương pháp PCR- RFLP với enzym cắt PvuII để phân tích và xác định kiểu gen ESR. Enzym cắt PvuII sẽ giúp xác định kiểu gen AA, AB, BB và kết quả cho thấy gen ESR có liên quan chặt chẽ đến khối lượng sơ sinh và số con sơ sinh sống. Nghiên cứu của Goliasova và Wolf (2004) trên 3.600 cá thể lợn con từ 1.030 lợn nái trắng lớn, nuôi tại Cộng Hòa Séc, cho thấy gen ESR ảnh hưởng có ý nghĩa đến số con sơ sinh, số con sơ sinh sống, số con cai sữa và khối lượng khi cai sữa. Nghiên cứu của Arkadiusz và ctv (2006) tại Ba Lan, trên 217 cá thể lợn đực thuộc 7 giống Polish Landrace, Duroc x Pietrain, Polish Large White, Hampshire x Pietrain, PIC, Pietrain, dòng lai tổng hợp Polish cho kết quả gen ESR ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng tinh dịch ở lợn đực giống.
Nghiên cứu của Barbara và ctv (2006) trên 3 giống lợn thuần từ một trang trại của Brazil, Large White (336 cái và 26 đực), Landrace (304 cái và 27 đực) và Pietrain (125 cái và 11 đực), sử dụng phương pháp PCR-RFLP với enzyme cắt PvuII để phân tích và xác định kiểu gen ESR, kết quả cho thấy alen A ảnh hưởng tích cực lên các chỉ tiêu kích cỡ ổ đẻ, tăng trọng bình quân và độ dầy mỡ lưng của các nhóm lợn Đại bạch. Nghiên cứu của Suwanasopee và Koonawootrittriron (2010) về ảnh hưởng của gen ESR và LEP lên các đặc điểm sinh sản ở lợn, trên 198 lợn nái Landrace và 161 Yorkshire sống ở phía Bắc Thái Lan, kết quả cho thấy gen ESR ảnh hưởng rõ rệt lên kích cỡ ổ đẻ. Vì vậy, tác giả đề nghị sử dụng gen ESR như chỉ thị phân tử trong chọn giống lợn, để cải thiện di truyền các chỉ tiêu liên quan đến tính trạng sinh sản lợn. Nghiên cứu của Anamaria và ctv (2013) trên 57 cá thể lợn con từ 14 lợn nái đen Slavon, nuôi tại Slovenia, kết quả cho thấy gen ESR có tác động lên số con sơ sinh sống, số con chết sơ sinh, số con cai sữa.
Ở Việt Nam, một số nghiên cứu ảnh hưởng của 2 gen thụ thể estrogen và prolactin đến khả năng sinh sản (số con sơ sinh/ổ) của lợn nái cũng đã được báo cáo bởi Lê Thị Thúy và ctv (2004). Về mặt phương pháp nghiên cứu gen thụ thể ESR, các nghiên cứu đã được công bố trên thế giới trên đây đều sử dụng phương pháp PCR-RFLP, sau khi chạy phản ứng PCR với cặp mồi đặc hiệu, enzyme cắt giới hạn được sử dụng là PvuII (cho kiểu gen AA, AB và BB). 27 Một số nghiên cứu ứng dụng gen FSHB: FSH là một hormone glycoprotein tiết ra từ thùy trước tuyến yên, có vai trò trong việc trưởng thành của trứng. FSH gồm 2 tiểu đơn vị α và β.
Tiểu đơn vị α giống nhau giữa các loại hormone FSH, LH và TSH cùng được tiết ra từ thùy trước tuyến yên. Chức năng sinh học của FSH tùy thuộc vào sự đặc trưng của tiểu phần β. Gen FSHB mã hóa cho tiểu đơn vị β đặc trưng cho loài. Gen FSHB trên lợn dài 10.172bp, nằm trên nhiễm sắc thể số 2-SSC2 phía p-arm p1.