Luận án Ứng dụng chỉ thị phân tử trong cải thiện một số chỉ tiêu về năng suất sinh sản của gà ác (gallus gallus domesticus brisson)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN TRUNG TÚ ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CẢI THIỆN MỘT SỐ CHỈ TIÊU VỀ NĂNG SUẤT SINH SẢN CỦA GÀ ÁC (Gallus gallus domesticus Brisson) LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: 9420201 NĂM 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN TRUNG TÚ MÃ SỐ NCS: P0920001 ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CẢI THIỆN MỘT SỐ CHỈ TIÊU VỀ NĂNG SUẤT SINH SẢN CỦA GÀ ÁC (Gallus gallus domesticus Brisson) LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: 9420201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS. LÊ THANH PHƯƠNG GS. TS. NGUYỄN TRỌNG NGỮ NĂM 2024 CHẤP THUẬN CỦA HỘI ĐỒNG Luận án này với tựa đề là “Ứng dụng chỉ thị phân tử trong cải thiện một số chỉ tiêu về năng suất sinh sản của gà Ác (Gallus gallus domesticus Brisson)”, do nghiên cứu sinh Trần Trung Tú thực hiện theo sự hướng dẫn của TS. Lê Thanh Phương và GS.TS. Nguyễn Trọng Ngữ. Luận án đã báo cáo và được Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ thông qua ngày: Luận án đã được chỉnh sửa theo góp ý và được Hội đồng đánh giá luận án xem lại. Thư ký Ủy viên Phản biện 2 Phản biện 1 Người hướng dẫn TS. Lê Thanh Phương Chủ tịch Hội đồng Người hướng dẫn GS. TS. Nguyễn Trọng Ngữ LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ chân thành từ quý thầy cô, bạn bè. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: TS. Lê Thanh Phương đã luôn quan tâm, nhắc nhở, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và có nhiều đóng góp quý báu cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. GS.TS. Nguyễn Trọng Ngữ đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành tốt luận án này. Tôi cũng cảm ơn thầy đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Quý Thầy Cô công tác tại Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm và Quý Thầy Cô công tác tại Khoa Chăn nuôi, Trường Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ba Mẹ và người thân gia đình người đã luôn sát cánh bên tôi, giúp đỡ, chia sẻ những khó khăn và có những đóng góp quý báu cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. TÓM TẮT Nghiên cứu hiện tại được thực hiện nhằm cải thiện một số chỉ tiêu về năng suất sinh sản của gà Ác bằng chỉ thị phân tử. Đề tài thực hiện ba nội dung sau: (i) Xác định một số đa hình gene tiềm năng có liên quan đến năng suất sinh sản của gà Ác; (ii) Phân tích mối liên kết giữa một số gene ứng viên có liên quan đến một số tính trạng sinh sản ở gà Ác; (iii) Chọn tạo cải thiện năng suất sinh sản gà Ác với kiểu gene cho năng suất sinh sản cao. Các đa hình và kiểu gene tương ứng được xác định bằng dấu phân tử Indel (gene DRD2 và PRL), kỹ thuật PCR-RFLP (gene IGF1, INHA, NPY và VIPR1) kết hợp với phương pháp giải trình tự gene. Đề tài đã thu được các kết quả như sau: (i) Có tất cả 6 đa hình (DRD2 Indel, PRL Indel, IGF1/PstI, INHA/PstI, NPY/DraI và VIPR1/HhaI) đã được xác định trên quần thể với 380 gà Ác đẻ trứng. Kết quả phân tích cho thấy tại mỗi vị trí đa hình có 3 kiểu gene tương ứng. Đặc biệt, ở đa hình INHA/PstI đã xác định được SNP T829C (thay thế nucleotide T thành C tại vị trí 829 ở exon 1 của gene INHA). (ii) Có mối liên kết chặt chẽ giữa 4 đa hình (PRL Indel, NPY/DraI, INHA/PstI và VIPR1/HhaI) với năng suất trứng, tỷ lệ đẻ, tiêu tốn thức ăn/10 trứng và FCR của gà mái. Giai đoạn 16-40 tuần tuổi, gà mái với kiểu gene II (đa hình NPY/DraI) có tuổi đẻ quả trứng đầu là sớm nhất (117 ngày tuổi), năng suất trứng 76,1 quả/gà mái với tỷ lệ đẻ trung bình (48,5%), tiêu tốn thức ăn/10 trứng (1,27 kg) và FCR (3,56 g thức ăn/g trứng) là thấp nhất (P<0,05). (iii) Gà mái ở thế hệ 1 cho năng suất trứng cao hơn so với thế hệ xuất phát là 6,2%. Qua đó cho thấy kiểu gene II (đa hình NPY/DraI) là một gene ứng viên tiềm năng có thể được sử dụng để cải thiện năng suất sinh sản của gà Ác theo hướng sản xuất trứng. Từ khóa: gà Ác, kỹ thuật Indel, kỹ thuật PCR-RFLP, năng suất sinh sản, SNP, tỷ lệ đẻ. ABSTRACT The current study aimed to enhance the reproductive traits of Ac chickens utilizing molecular markers. This thesis encompassed three main objectives: firstly, the identification of potential gene polymorphisms linked to Ac chicken reproductive performance; secondly, the analysis of associations between candidate genes and reproductive traits; and thirdly, the selection and improvement of Ac hen reproductive performance through genotypic selection. Polymorphisms and genotypes were determined using a combination of techniques including the Indel technique for DRD2 and PRL genes, the PCR-RFLP technique for IGF1, INHA, NPY, and VIPR1 genes, as well as gene sequencing. The results were as follows: (i) Six distinct polymorphisms (DRD2 Indel, PRL Indel, IGF1/PstI, INHA/PstI, NPY/DraI, and VIPR1/HhaI) were revealed within the population of 380 Ac hens, each presenting three unique genotypes. Notably, the INHA/PstI polymorphism unveiled the SNP T829C, signifying a nucleotide substitution from T to C at position 829 within exon 1. (ii) Significant associations were found between four polymorphisms (PRL Indel, NPY/DraI, INHA/PstI, and VIPR1/HhaI) and both the average age of first egg laying and the total number of eggs. Among hens aged between 16 and 40 weeks, those carrying the II genotype (NPY/DraI polymorphism) exhibited the earliest onset of laying the first egg at 117 days, achieved the highest egg production (76.1 eggs per hen), and maintained the highest laying rate (48.5%). Furthermore, they demonstrated the lowest feed consumption to produce 10 eggs (1.27 kg) and the lowest feed conversion ratio (FCR) at 3.56 g feed per gram of egg (P<0.05). (iii) The G1 generation hens showed a 6.2% increase in egg production compared to the G0 generation, suggesting that the II genotype (NPY/DraI polymorphism) could serve as a promising candidate gene for enhancing the reproductive performance of Ac chickens in terms of egg production. Keywords: Ac chicken, Indel technique, laying rate, PCR-RFLP technique, reproductive performance, SNP. i MỤC LỤC Trang Mục lục ....................................................................................................................... i Danh sách bảng ........................................................................................................... iv Danh sách hình ........................................................................................................... vi Danh mục các từ viết tắt ............................................................................................ viii CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ...................................................................................... 1 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 4 2.1 Tổng quan về bộ gene của gà ............................................................................... 4 2.2 Di truyền tính trạng số lượng và QTL ở gà .......................................................... 5 2.2.1 Đặc điểm di truyền tính trạng số lượng ....................................................... 5 2.2.2 QTL ở gà ....................................................................................................... 6 2.3. Một số giống gà bản địa ở Việt Nam................................................................... 11 2.3.1 Gà Bang Trới ................................................................................................. 11 2.3.2 Gà H’Mông ................................................................................................... 12 2.3.3 Gà Lạc Thủy ................................................................................................. 12 2.3.4 Gà Ri Lạc Sơn ............................................................................................... 12 2.3.5 Gà Nòi ........................................................................................................... 12 2.4 Một số nghiên cứu về gà Ác trên thế giới và ở Việt Nam .................................... 13 2.4.1 Trên thế giới ................................................................................................. 13 2.4.2 Ở Việt Nam .................................................................................................. 14 2.5 Một số chỉ tiêu đánh giá khả năng sinh sản của gia cầm ...................................... 18 2.6 Cơ sở khoa học của chọn lọc giống gia cầm ........................................................ 19 2.6.1 Nguyên lí của chọn lọc .................................................................................. 19 2.6.2 Hiệu quả chọn lọc ......................................................................................... 19 2.7 Một số chỉ thị phân tử trong chọn giống vật nuôi ................................................ 19 2.7.1 Dấu microsatellite ......................................................................................... 19 2.7.2 Dấu Insertion/Deletion .................................................................................. 21 2.7.3 Dấu RFLP ...................................................................................................... 21 2.7.4 Dấu SNP ........................................................................................................ 22 2.7.5 Ưu điểm và hạn chế của phương pháp chọn lọc dựa trên chỉ thị phân tử ..... 23 2.8 Một số gene liên quan đến năng suất sinh sản của gia cầm ................................. 24 2.8.1 Gene Dopamine receptors D2 (DRD2) ......................................................... 24 2.8.2 Gene Growth hormone (GH) ....................................................................... 25 2.8.3 Gene Insulin-like Growth factor 1 (IGF1) ................................................... 25 2.8.4 Gene Inhibin alpha subunit (INHA) ............................................................. 26 2.8.5 Gene Neuropeptide Y (NPY) ....................................................................... 27 ii 2.8.6 Gene Ovocalyxin-32 (OCX-32) ................................................................... 28 2.8.7 Gene Prolactin (PRL) ................................................................................... 28 2.8.8 Gene Vasoactive Intestinal Peptide Receptor 1 (VIPR1) ............................ 31 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................... 33 3.1 Phương tiện nghiên cứu ........................................................................................ 33 3.1.1 Thời gian và địa điểm.................................................................................... 33 3.1.2 Đối tượng thí nghiệm .................................................................................... 33 3.1.3 Thiết bị và hóa chất ...................................................................................... 33 3.1.4 Các cặp mồi sử dụng trong nghiên cứu ......................................................... 34 3.2 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 34 3.2.1 Nội dung 1: Xác định các đa hình gene có liên quan đến năng suất sinh sản của gà Ác ....................................................................................... 36 3.2.1.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm .............................................................. 36 3.2.1.2 Ly trích DNA tổng số từ mẫu lông ........................................................ 37 3.2.1.3 Kiểm tra chất lượng DNA tổng số ......................................................... 38 3.2.1.4 Điện di DNA trên gel agarose ............................................................... 38 3.2.1.5 Thiết kế các cặp mồi đặc hiệu cho các đa hình gene khảo sát ............... 39 3.2.1.6 Khuếch đại các vùng trình tự DNA bằng kỹ thuật PCR ........................ 40 3.2.1.7 Tinh sạch sản phẩm PCR ....................................................................... 41 3.2.1.8 Phân tích đa hình Indel và PCR-RFLP của các gene ứng viên ............. 41 3.2.1.9 Giải trình tự DNA ở các gene ứng viên ................................................. 42 3.2.1.10 Phương pháp đọc trình tự gene trực tiếp hai chiều theo nguyên lý Sanger........................................................................................ 42 3.2.1.11 Chỉ tiêu theo dõi, cách thu thập và ghi nhận số liệu ............................ 44 3.2.2 Nội dung 2: Đánh giá năng suất sinh sản và xác định mối liên kết giữa các gene ứng viên với năng suất sinh sản của gà Ác .................................. 44 3.2.2.1 Phương pháp bố trí nghiệm ................................................................... 44 3.2.2.2 Chỉ tiêu theo dõi, cách thu thập và ghi nhận số liệu .............................. 44 3.2.3 Nội dung 3: Chọn lọc cải thiện năng suất trứng của gà Ác ......................... 46 3.2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm .............................................................. 46 3.2.3.2 Chỉ tiêu theo dõi, cách thu thập và ghi nhận số liệu .............................. 47 3.3 Xử lý số liệu ......................................................................................................... 47 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................... 48 4.1 Kết quả xác định các đa hình ở một số gene tiềm năng liên quan đến năng suất sinh sản của gà Ác ............................................................................. 48 4.1.1 Chọn lọc các gene ứng viên thực hiện trong đề tài ....................................... 48 4.1.2 Kết quả ly trích DNA từ mẫu lông ................................................................ 48 iii 4.1.3 Kết quả khuếch đại các đoạn gene nghiên cứu bằng kỹ thuật PCR .............. 48 4.1.4 Kết quả xác định đột biến ở các gene khảo sát ............................................. 51 4.1.4.1 Đa hình DRD2 Indel .............................................................................. 51 4.1.4.2 Đa hình PRL Indel ................................................................................. 52 4.1.4.3 Đa hình IGF1/PstI ................................................................................. 54 4.1.4.4 Đa hình INHA/PstI ................................................................................ 56 4.1.4.5 Đa hình NPY/DraI ................................................................................. 57 4.1.4.6 Đa hình VIPR1/HhaI ............................................................................ 59 4.1.5 Kết quả xác định tần số kiểu gene và tần số allele ........................................ 60 4.1.5.1 Đa hình DRD2 Indel .............................................................................. 61 4.1.5.2 Đa hình PRL Indel ................................................................................. 62 4.1.5.3 Đa hình IGF1/PstI .................................................................................. 62 4.1.5.4 Đa hình INHA/PstI ................................................................................ 63 4.1.5.5 Đa hình NPY/DraI ................................................................................. 63 4.1.5.6 Đa hình VIPR1/HhaI ............................................................................. 64 4.2 Mối liên kết giữa các đa hình gene ứng viên đến năng suất sinh sản của gà Ác ........................................................................................................... 64 4.2.1 Đa hình DRD2 Indel ..................................................................................... 64 4.2.2 Đa hình PRL Indel ........................................................................................ 67 4.2.3 Đa hình IGF1/PstI ......................................................................................... 70 4.2.4 Đa hình INHA/PstI ....................................................................................... 73 4.2.5 Đa hình NPY/DraI ....................................................................................... 76 4.2.6 Đa hình VIPR1/HhaI..................................................................................... 79 4.3 Chọn lọc cải thiện năng suất trứng của gà Ác ...................................................... 87 4.3.1 Tạo đàn gà Ác thế hệ 1 có năng suất trứng cao ............................................ 87 4.3.2 Đánh giá năng suất sinh sản của gà Ác ở thế hệ 1 với thế hệ xuất phát ....... 88 4.3.3 Đánh giá hiệu quả chọn lọc về mặt di truyền nhằm cải thiện năng suất sinh sản của gà Ác qua hai thế hệ .................................................................. 95 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 99 5.1 Kết luận................................................................................................................. 99 5.2 Kiến nghị .............................................................................................................. 99 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .................................................. 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 101 PHỤ LỤC ................................................................................................................... 117 iv DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 2.1: Các đặc điểm của nhiễm sắc thể kích thước lớn và kích thước nhỏ ở gà .............................................................................. 4 Bảng 2.2: Các loại tính trạng kiểu hình ở gà .............................................................. 7 Bảng 2.3: Thành phần hóa học của thịt gà Ác ........................................................... 16 Bảng 2.4: Một số microsatellite trên gà ..................................................................... 20 Bảng 2.5: Ưu điểm và hạn chế của một số chỉ thị phân tử ......................................... 23 Bảng 2.6: Các đa hình gene PRL và các tính trạng liên quan ở gà, ngỗng, vịt .......... 29 Bảng 3.1: Các mồi chuyên biệt của các đa hình gene nghiên cứu ............................. 34 Bảng 3.2: Thành phần của thức ăn cho gà Ác trong nghiên cứu ............................... 37 Bảng 3.3: Lịch vaccine cho gà Ác thí nghiệm .......................................................... 37 Bảng 3.4: Thành phần phản ứng PCR (50 µl) ........................................................... 40 Bảng 3.5: Chu trình nhiệt của phản ứng PCR tối ưu cho từng đa hình gene ............. 40 Bảng 3.6: Thành phần cho một phản ứng enzyme cắt giới hạn ................................. 41 Bảng 3.7: Các chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp ghi nhận số liệu ........................ 45 Bảng 4.1: Tần số allele và kiểu gene của các đa hình ................................................ 61 Bảng 4.2: Năng suất sinh sản theo kiểu gene của đa hình DRD2 Indel giai đoạn 16-40 tuần tuổi .......................................................................... 66 Bảng 4.3: Năng suất sinh sản theo kiểu gene của đa hình PRL Indel giai đoạn 16-40 tuần tuổi .......................................................................... 68 Bảng 4.4: Năng suất sinh sản theo kiểu gene của đa hình IGF1/PstI giai đoạn 16-40 tuần tuổi .......................................................................... 72 Bảng 4.5: Năng suất sinh sản theo kiểu gene của đa hình INHA/PstI giai đoạn 16-40 tuần tuổi .......................................................................... 74 Bả