MỞ ĐẦU Tôm sú là loài thủy sản mang lại giá trị kinh tế lớn, hiện nay đang đƣợc nhiều nƣớc chú trọng phát triển nhƣ: Thái Lan, Việt Nam, Hàn Quốc, Đài Loan, Malaysia, Indonesia, Ấn Độ… Nghề nuôi tôm sú có ƣu thế lớn, vì đây là nguồn tài nguyên bản địa có thể nuôi và khai thác lâu dài, mang lại lợi nhuận cao, xóa đói giảm nghèo và phát triển kinh tế xã hội của mỗi nƣớc. Tuy nhiên, việc sử dụng nguồn giống còn thụ động, tự nhiên, khiến chất lƣợng tôm sú sản xuất không đảm bảo, có dấu hiệu suy giảm sinh trƣởng, mang mầm bệnh và tiềm ẩn nhiều rủi ro cho ngƣời nuôi tôm. Thông tin về cấu trúc phân tử hệ gen của tôm sú đang là vấn đề quan trọng và đƣợc quan tâm lớn đối với công tác chọn giống tôm. Nghiên cứu hệ gen sẽ cung cấp thông tin chính xác cho việc xác định tính trạng quan trọng nhƣ: tính tăng trƣởng, tính kháng bệnh, tính chống chịu… để từ đó có thể sàng lọc ra con giống sạch bệnh, năng suất cao, thân thiện với môi trƣờng.
Hiện nay, những hiểu biết cơ bản về sinh học tôm, đặc biệt quan tâm đến sự điều khiển sinh trƣởng, sinh sản và hệ thống miễn dịch còn rất hạn chế do thiếu thông tin về hệ gen của chúng. Một trong các hƣớng đi quan trọng của nghiên cứu hệ gen tôm sú là xác định các biến dị ảnh hƣởng tới chức năngsinh lý của tôm. Với mục đích trên, chúng tôi tiến hànhnghiên cứu “Sàng lọc các chỉ thị phân tử SNP liên quan tới tính trạng tăng trƣởng ở tôm sú (Penaeus monodon)”, mục tiêu sàng lọc các chỉ thị phân tử SNP và tìm vị trí SNP trên những gen liên quan tới tính trạng tăng trƣởng, nhằm cung cấp thông tin tìm đƣợc phục vụ cho công tác nghiên cứu các gen chức năng, công tác chọn tạo giống và bảo tồn giống tôm bản địa. 2 Đề tài đƣợc thực hiện tại Phòng Vi sinh vật học phân tử, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sơ lƣợc về tôm sú Theo hệ thống phân loại của Holthui (1980) và Barnes (1989), tôm sú thuộc: Ngành: Arthopoda (Chân khớp) Lớp: Crustacea (Giáp xác) Lớp phụ: Malacostraca Bộ: Decapoda (Mƣời chân) Bộ phụ: Macrura natantia (Bơi lội) Họ: Penaeidae (Tôm he) Giống: Penaeus Loài: Penaeus monodon Tên tiếng Anh: Black Tiger Shrimp Tên địa phƣơng : Tôm Sú , tôm Rong. Tên đồng nghĩa: - Penaeus monodon Fabricius, 1798; Latreille, 1803 ;H.Milne Edwards, 1837; Bate, 1881; Miers, 1884;[24];Dall, 1957; Hall, 1962. - Penaeus carinatus Dana, 1852; Kemp, 1918. - Penaeus tahitensis Heller, 1862 - Penaeus semisulcatus exsulcatus Hilgeldorf, 1879.
- Penaeus coeruleus Stebbing, 1905. - Penaeus monodon monodon Burkenroad, 1959 - Penaeus (Penaeus) monodon[3, 17]. Về đặc điểm sinh học, tôm sú là loài sống ở nơi chất đáy là bùn pha với cát ở độ sâu ven bờ đến 40m nƣớc và độ mặn từ 5 – 34 ‰.Tôm sú có đặc điểm thƣờng sinh trƣởng nhanh, trong 3 – 4 tháng có thể đạt cỡ trung bình 40 4 – 50 g. Tôm trƣởng thành tối đa với con cái có chiều dài từ 220 – 250 mm, trọng lƣợng đạt từ 100 – 300 g, con đực dài từ 160 – 200 mm, trọng lƣợng đạt từ 80 – 200 g.
Tôm có tính ăn tạp, thức ăn ƣa thích là các loài nhuyễn thể, giun nhiều tơ và giáp xác. Về mặt phân bố, ở nƣớc ta tôm phân bố từ Bắc vào Nam, từ ven bờ đến vùng có độ sâu 40 m, vùng phân bố chính là vùng biển các tỉnh Trung bộ. Hormone điều khiển sự tăng trƣởng của tôm là Gonal inhibiting hormone (GIH), đƣợc sản xuất bởi tế bào thần kinh trong cơ quan Xcủa cuống mắt, vận chuyển tới xinap của tuyến giáp đƣa vào kho dự trữ và khi cần thì tiết ra, nên khi cắt mắt của tôm sẽ thúc đẩy chu kỳ lột xác, đem lại sự thành thục mau chóng hơn [4].1Sơ đồ vòng đời tôm sú Penaeus monodon 1.2 Khái quát về tính trạng tăng trƣởng 1.1 Di truyền tính trạng Di truyền là hiện tƣợng chuyển những tính trạng của cha mẹ cho con cái thông qua gen của bố mẹ. Trong sinh học, di truyền chuyển những đặc 5 trƣng sinh học từ một sinh vật cha mẹ đến con cái và nó đồng nghĩa với di chuyển gen, gen thừa nhận mang thông tin sinh học (hay thông tin di truyền).
Tính di truyền biểu hiện ở sự giống nhau của các tính trạng giữa thế hệ này và thế hệ khác. Đặc tính di truyền cho phép thế giới sinh vật bảo toàn nòi giống. Trải qua nhiều thế hệ nối tiếp nhau nhƣng những đặc tính di truyền không bị mất đi, thế hệ con cháu luôn có những đặc điểm giống bố mẹ, ông bà. Các sinh giới sống trong điều kiện môi trƣờng luôn có những biến động nhƣ sự thay đổi thời tiết, nhiệt độ môi trƣờng, lƣợng nƣớc, lƣợng thức ăn và sự đấu tranh sinh tồn giữa các loài.
Để thích nghi với điều kiện sống, các cơ thể sống cũng có những thay đổi, làm xuất hiện những tính trạng khác nhau giữa các thế hệ, đó là sự biến dị. Biến dị biểu hiện sự sai khác của thế hệ con cháu so với thế hệ bố mẹ đồng thời sự sai khác của một cá thể nào đó so với các cá thể khác cùng đàn (https://vi.org/wiki /Di_truyền).2 Tính trạng tăng trƣởng Là sự tƣơng tác của nhiều gen hình thành nên một tính trạng trong cơ thể và biểu hiện ra bên ngoài có thể là: tính kháng bệnh, tính chống chịu, tính trạng tăng trƣởng…, đôi khi là sự thay đổi của một vị trị trong gen (SNP) hay sự lặp lại của các base (microsatellites) có thể tạo ra một tính trạng hoàn toàn mới. Tính trạng tăng trƣởng và bệnh di truyền thông qua sự biểu hiện gen và mRNA ổn định. Tính trạng tăng trƣởng có hệ số di truyền ở mức trung bình đến cao trên hầu hết các loài cá, tôm.
Điều này cho phép tính trạng tăng trƣởng có thể đƣợc cải thiện từ 10 đến 20% [13],mỗi thế hệ chọn giống và về lý thuyết thì tốc độ tăng trƣởng có thể đƣợc tăng gấp đôi sau 5 đến 6 thế hệ chọn lọc. Yếu tối môi trƣờng ảnh hƣởng rất lớn tới tỷ lệ tăng trƣởng (chế độ ăn uống, khẩu 6 phần thức ăn, mật độ thả giống, nhiệt độ, độ mặn, oxy hòa tan, các mầm bệnh và thành phần hóa học trong nƣớc). Vì vậy, tính trạng tăng trƣởng đƣợc xác định là tính trạng đầu tiên và quan trọng nhất trong hầu hết các chƣơng trình chọn giống. Về các thông số di truyền thì cho đến nay thông tin về các chƣơng trình chọn giống giáp xác nói chung, tôm nói riêng còn rất hạn chế.3 Một số gene liên quan tới tính trạng tăng trƣởng ở động vật giáp xác Hầu hết sinh vật nhân chuẩn có chứa mã (amino acid, exon vùng dịch mã) và vùng không mang mã (intron và 5’-3’ vùng không dịch mã).
Biến thể alen bất kì trong chuỗi DNA khu vực này có khả năng làm thay đổi cấu trúc và hoạt động của các protein mã hóa, hoặc gây ra những thay đổi các yếu tố quy định trong quá trình phiên mã mRNA[20]. Những gene dƣới đây có khả năng ảnh hƣởng tới yếu tố tăng trƣởng của những loài giáp xác dựa trên các nghiên cứu trƣớc đó trong các loài sinh vật hoặc một số mô hình loài. 5-Hydroxytryptamine receptor (5-HT): một amin neurotransmitter đƣợc tìm thấy trong hệ thần kinh của tất cả các loài sinh vật, ảnh hƣởng tới sự đa dạng các chức năng sinh lý, hành vi và nhận thức. Trong loài giáp xác, hormone Serotinin não đƣợc sinh ra có thể kích hoạt một số hormone khác gồm: hormone hyperglycaemic (CHH), hormone đỏ pigmendispersing, hormone thay lông neurodepressing và ức chế hormonr MIH(Moult-inhibiting hormone) [20].
Alpha-amylase: Trong động vật giáp xác, duy trì mức độ thích hợp glucose trong huyết tƣơng là điều cần thiết để hỗ trợ một số chức năng sinh lý quan trọng và để ứng phó với một loạt các yếu tố gấy stress môi trƣờng. Cathepsin L: đƣợc quy ƣớc là thành phần chính của hệ thống lysosome phân giải protein. Khả năng thu nhận và phân giải protein thừa. Cyclophilin(Cyps): chứa một số isomerasa bảo tồn peptidylpoly cis- transđơn, biểu hiện phong phú các protein cytosolic.
Các nghiên cứu về cyclophilins ở động vật thủy sinh chứng minh nó đóng vai trò quan trọng trong hệ thống miễn dịch bẩm sinh. Fatty acid-binding protein (FANTs): là protein cytosolic nhỏ (~15 kDa) chủ yếu là acid béo, là những gene quan trọng liên quan đến sự phát triển tính trạng lipit (chất béo). Fibrillarin: là một protein dài 40 kDa nằm trong các thành phần sợi nhỏ dày đặc của hạch nhân, có chức năng thiết yếu liên quan đến RNA nối và xử lý rRNA. Glyceradehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH): là enzym glycolytic để biến đổi glyceraldehyde-3-phosphate thành 1,3- bisphosphoglycerate, chúng tham gia vào nhiều quá trình tế bào ngoài clycolysis, vài trò chức năng gồm: sửa chữa DNA, tRNA.
Trong khi GAPDH thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ là một gen kiểm soát biểu hiện. Growth hormone and insulin-like growth factor:axit somatotropic cơ bản bao gồm các hoc môn: growth hormone-releasing hormone (GHRH), growth hormone (GH), insulin-like growth factors (IGF-I and -II), một số protein mang và cơ quan cảm thụ. Nói chung, các đƣờng truyền tín hiệu của hormone insulin có thể điều chỉnh sự hấp thu glucose, axit béo, amino axit dẫn tới các mô mỡ động vật, mô cơ và gan, thúc đẩy việc lƣu trữ các chất dinh dƣỡng dƣới dạng glycogen. Sự tích lũy axit IGF, IGFs, IGFRs và sức mạnh của họ IGFNTs (IGF binding proteins), chúng cùng nhau kiểm soát một số quá trình sinh học quan trọng bao gồm: tăng trƣởng của tế bào, tăng sinh tế bào, biệt hóa tế bào và di cƣ tế bào.
Myostatin and growth differentiation factor 8/11: Myostatin (MSTN)còn đƣợc gọi là growth differentiation factor-8 (GDF-8), là một chất ức chế autocrine/paracrine quan trọng của sự phát triển cơ xƣơng và là thành viên của họ lớn transforming growth factor-β (TGF-β). GDF-11 cũng là một hormone có liên quan chặt chẽ của siêu họ TGF- β đƣợc cho là có nguồn gốc từ một gen tổ tiên. Signal transducer and activator of transcription (STAT): là một trong những con đƣờng tín hiệu chính trong các tế bào nhân chuẩn. Con đƣờng này sử dụng trong một loạt các quá trình tăng trƣởng và phát triển ở nhiều mô để kiểm soát tế bào: tăng sinh, biệt hóa và xử lý tế bào chết.
Nó còn có vai trò trong quá trình miễn dịch virut ở động vật giáp xác và côn trùng.Secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC): còn đƣợc gọi là osteonectin hoặc basement membrane protein 40 (BM40), là một bó collagen, protein chống dính thuộc nhóm matricellular của protein.