Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tinh sinh học trong việc bảo tồn quỹ gen vật nuôi việt nam

Bộ khoa học và công nghệ Bộ Nông nghiệp và pTNT Viện Chăn nuôi Nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ theo nghị định th Báo cáo tổng hợp Kết quả nghiên cứu khoa học công nghệ đề tài Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin sinh học trong việc bảo tồn quỹ gen vật nuôi việt nam Chủ nhiệm Đề tài : TS. Võ Văn Sự Cơ quan chủ trì : Viện Chăn nuôi Cơ quan chủ quản: Bộ Nông nghiệp và PTNT 8823 Hà Nội, 2010 1 Bản tự đánh giá Về tình hình thực hiện và những đóng góp mới của đề tài KH&CN cấp Nhà nớc 1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin sinh học trong việc Bảo tồn Nguồn gen Vật nuôi Việt Nam Mã số: 2. Thuộc chơng trình: Hợp tác quốc tế về khoa học công nghệ theo nghị định th. 3. Chủ nhiệm đề tài: TS. Võ Văn Sự 4. Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Chăn Nuôi 5. Thời gian thực hiện (bắt đầu-kết thúc): năm 2006 đến năm 2010 6. Tổng kinh phí thực hiện đề tài: 650 triệu VNĐ Trong đó kinh phí từ NSNN: 650 triệu VNĐ 7. Tình hình thực hiện đề tài so với hợp đồng 7.1. Về mức độ hoàn thành khối lợng công việc Đề tài đã hoàn thành vợt mức hơn 100% nội dung nghiên cứu đợc đề ra. Đó là cơ sở dữ liệu đợc mở rộng thêm các loại thông tin đáp ứng nhu cầu quản lý nguồn gen vật nuôi Việt Nam trong giai đoạn hiện tại: nh đa thêm các tiêu chí theo dõi trong công tác quản lý: ai là chủ trì, tổ chức nào bảo tồn, khi nào, đợc cấp bao nhiêu kinh phí Phần mềm Vietgen đã đợc xây dựng từ khoảng 100 modul, trong số đó có 20 modul đợc duyệt triển khai ra và ớc tính có 30 modul mới đợc bổ sung thêm để đáp ứng nhu cầu quản lý hiện tại mà chính tác giả (Võ Văn Sự) đang đảm nhiệm với vị trí trợ lý Đề án Bảo tồn nguồn gen vật nuôi Việt Nam 7.2. Về yêu cầu khoa học và các chỉ tiêu cơ bản của các sản phẩm khoa học công nghệ Tiếp sau cơ sở dữ liệu đầu tiên "át lát các giống vật nuôi ở Việt Nam" mang tính tổng quát sơ bộ, đây là cơ sở dữ liệu về nguồn gen đầu tiên đợc thiết kế theo các tiêu chí của những có sở dữ liệu của thế giới: đó là DAD- IS (của FAO), AGRI-IS (ấn Độ), DAGRIS (Viện Chăn Nuôi quốc tế. Các thông tin cơ bản của các giống: nguồn gốc, sự phát triển, sự đánh giá, các 2 đặc điểm về ngoại hình, tính năng sản xuất Hơn thế, cơ sở dữ liệu còn có các thông tin liên quan về khía cạnh quản lý (ai quản lý, ở đâu, khi nào), nghiên cứu (những công trình nghiên cứu liên quan), t liệu (những t liệu nào liên quan ). Phần mềm Vietgen đã đợc xây dựng trên nguyên tắc thừa kế các kinh nghiệm đã có qua việc xây dựng nhiều phần mềm nh VDM, Vietpig, VPM và qua các kinh nghiệm rút ra từ các phần mềm chủ yếu của thế giới nh AGRI-IS của ấn Độ, DAD-IS (FAO), DAGRIS (Viện Chăn Nuôi quốc tế. Bên cạnh đó phần mềm cũng đợc bổ sung các loại báo cáo khác nhau về lí lịch toàn bộ (profile) của từng giống vật nuôi, nh hồ sơ cá thể: bảo tồn, cơ bản, và đặc điểm. Các báo cáo tổng hợp đa dạng: Tổng hợp lý lịch nguồn gen, nguồn gen có mặt và đợc bảo tồn. Nhìn chung các yêu cầu khoa học và các chỉ tiêu cơ bản đã đợc đảm bảo. Sản phẩm một mặt vừa cung cấp cho công tác bảo tồn nguồn gen, vừa cho các lĩnh vực khác nh chăn nuôi, bảo tồn đa dạng sinh học, nghiên cứu động vật học một cơ sở dữ liệu về các giống vật nuôi Việt Nam. Phần mềm trực tiếp phục vụ công tác của Ban chủ nhiệm (Viện Chăn Nuôi) "Đề án bảo tồn nguồn gen vật nuôi Việt Nam" một đề án thờng xuyên. 7.3. Về tiến độ thực hiện Đề tài đăng ký năm 2006-2007. Tuy nhiên do phía đối tác ấn Độ phải đi qua nhiều thủ tục, đề tài phải trì hoãn, kéo dài đến 2010. Năm 2010 khi thủ tục kết hợp đôi bên đã đợc thông qua, thì hai bên Việt Nam và ấn Độ đã phối hợp với nhau rất tích cực và hiệu quả. 8. Những đóng góp mới của đề tài 8.1. Về giải pháp khoa học và công nghệ: Kết hợp các yêu cầu cơ bản về xây dựng cơ sở nguồn gen qua việc tiếp thu kết quả nghiên cứu của thế giới, đặc biệt từ những tổ chức lớn đóng vai trò chính mà ở đây là FAO, Viện Chăn nuôi quốc tế và ấn Độ và yêu cầu trong nớc. Sự kết hợp này giúp cho các sản phẩm đa ra đảm bảo tính hiện đại và hiệu quả. Phần mềm cần phải kiến thiết thuận tiện cho việc nhập số liệu và đa dạng, có khả năng lọc số liệu đợc theo nhiều tiêu chí khác nhau. 3 8.2. Về phơng pháp nghiên cứu: Trong việc xây dựng phần mềm, ngoài việc tìm hiểu rất kỹ về những điểm mạnh điểm yếu đợc công bố trên các tài liệu, ta cần phải trực tiếp vận hành các phần mềm đó, và xem xét kỹ phần mềm đó đợc xây dựng đảm bảo mục tiêu nào, trong bối cảnh nào. 8.3. Những đóng góp mới khác: Làm tăng thêm "quỹ" phần mềm cho nớc nhà, qua đó thực hiện đờng lối của nhà nớc về cố gắng tự xây dựng các phần mềm để phục vụ chính mình. Trong đề tài này nếu mua phần mềm AGRI-IS ở dạng bản đã đóng gói thì giá đã là 90 000 Ruppies (tơng đơng với 2000 USD) cho ngời nớc ngoài. Nhng nếu mua bản nguồn mở hoặc thuê viết chắc chắn giá cao hơn rất nhiều lần, đó là cha nói mặt bất tiện là chúng ta phải phụ thuộc nhiều và ít cơ hội để vơn lên tự chủ. Chủ nhiệm đề tài (Họ tên và chữ ký) TS. Võ Văn Sự 1 Mở đầu Cùng với nghề trồng trọt, chăn nuôi là ngành nghề đầu tiên của con ngời. Nó cung cấp khoảng 90% nhu cầu thịt - trứng - sữa cho xã hội cùng với nhiều sản phẩm khác nh sức kéo, phân bón, giáo dục, đời sống văn hóa Ngành cũng mang lại công ăn việc làm cho khoảng 3 tỷ ngời trên thế giới (FAO, 2007). ở nớc ta vị trí của ngành chăn nuôi cũng tơng tự, 75% dân số Việt Nam là nông dân đều có liên quan đến ngành chăn nuôi. Với mức độ tiêu thụ thịt sữa / đầu ngời còn thấp (12-15 kg), thì việc phát triển mạnh mẽ ngành chăn nuôi đang vẫn là mục tiêu lớn của xã hội. Tiền đề của ngành chăn nuôi này là 45 loài vật nuôi với hơn 14 000 giống (FAO, 2007). Tập đoàn vật nuôi này đợc gọi là Nguồn gen vật nuôi. ở nớc ta nguồn gen vật nuôi là 80 giống nội địa và khoảng 200 giống nhập (và các con số này còn tăng). Với vị trí quan trọng nh thế, nguồn gen vật nuôi đợc xem là tài sản của loài ngời. Công tác bảo tồn và khai thác nguồn gen vật nuôi trên thế giới bắt đầu từ năm 1960 và ở nớc ta từ năm 1990. Để thực hiện đợc sự nghiệp này có hiệu quả ta cần đến các thông tin về chúng và có công cụ quản lý chúng một cách bài bản, hay nói cách khác là cần đến các cơ sở dữ liệu đợc thiết lập tốt nhất. Hệ thống dữ liệu đầu tiên về vật nuôi mang tầm quốc tế là: "Hệ thống thông tin đa dạng vật nuôi - DAD-IS (Domestic animal diversity Information System) do Tổ chức Nông lơng (FAO) thiết lập và vận hành. Tiếp đến làHệ thống thông tin nguồn gen vật nuôi DAGR-IS (Domestic Animal Genetic Resources Information System) của Viện Chăn Nuôi quốc tế (ILRI). Nhiều nớc cũng tạo cho mình những hệ thống dữ lịêu riêng, ví dụ nh Hệ thống thông tin nguồn gen vật nuôi ấn Độ - AGRI-IS (Animal Genetic Resources India Information System). Trong nớc, chúng ta cũng đã có đợc một cơ sở dữ liệu về nguồn gen vật nuôi ban đầu. Đó là cuốn "At lát các giống Vật nuôi ở Việt Nam" (Võ văn Sự, 2004). Cuốn này đ ợc xây dựng trên cơ sở hình mẫu tóm tắt rút ra từ DAD-IS và cũng đã đợc đăng tải trên trang WEB của Viện Chăn Nuôi (http://www.vcn.vnn.vn). 2 Đơng nhiên do tính toàn cầu và tổng quát, cơ sở dữ liệu DAD-IS và AGRI-IS không thể cung cấp nhiều lọai thông tin đặc thù cho từng quốc gia mà họ cần đến. Cuốn t lát đã nói cũng chỉ cung cấp thông tin ngắn gọn và không có các thông tin quan trọng cần cho việc điều hành công tác bảo tn nguồn gen. Ví dụ nh cơ quan nào, ai quản lý nguồn gen đó, dự án nào, nội dung gì đã đợc nghiên cứu, đối tợng nào đã đợc khai thác, nguồn kinh phí ở đâu Chúng ta cần một cơ sở dữ liệu nguồn gen vật nuôi mới hơn, có nhiều thông tin hơn và khác hơn. Và để vận hành cơ sở dữ liệu mới đó chúng ta cũng cần có phần mềm tơng ứng. Tơng ứng với các cơ sở dữ liệu nói trên có các phần mềm cùng tên: DAD-IS, DAGR-IS và AGRI-IS. Hai phần mềm đầu hoạt động trên nền web (webbased). Phần mềm AGRI-IS của ấn Độ hoạt động trên nền windows của hãng MicroSoft. Chúng tôi đã thử ứng dụng các phần mềm này và nhận thấy có những mặt thích hợp và không thích hợp với yêu cầu của chúng ta. Viện Chăn Nuôi với t cách là chủ nhiệm Đề án Bảo tồn Nguồn gen vật nuôi Vịêt Nam từ năm 1990 (tức ngay từ đầu khởi động Chơng trình quốc gia bảo tồn nguồn gen động, thực vật và vi sinh vật) đang cần có một phần mềm để hỗ trợ công việc cho chính mình. Chính vì các lý do đã nêu trên, việc xây dựng một phần mềm cho riêng mình - đợc đặt tên là Vietgen - là điều cần thiết. Vietgen cần là sản phẩm kết hợp kinh nghiệm riêng của chúng ta và các phần mềm nói trên, đặc biệt là từ phần mềm DAD-IS (FAO) và AGRI-IS (ấn Độ). Đề tài Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin sinh học trong việc bảo tồn Quỹ gen Vật nuôi Việt Nam" đợc xây dựng trong bối cảnh đó. Mục tiêu nhiệnm vụ: - Xây dựng một bộ phần mềm phục vụ công tác quản lý nguồn gen vật nuôi Việt Nam - Xây dựng một bộ át lát số (digital atlas) các giống vật nuôi Việt Nam trong phần mềm nói trên. - Tạo mô hình quản lý số liệu nguồn gen vật nuôi Việt Nam. 3 Chơng I: Tổng quan tài liệu 1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nớc 1.1.1 Lĩnh vực xây dựng cơ sở dữ liệu nguồn gen Hiện tại trên thế giới có các cơ sở dữ liệu về nguồn gen vật nuôi nh sau: Cuốn Danh sách các giống vật nuôi (Watch list for domestic animal diversity 3 edition) do FAO và UNEP xuất bản năm 2000. Cuốn này chứa thông tin của 6379 giống vật nuôi trên toàn thế giới. Hệ thống đa dạng vật nuôi - DAD-IS (Domestic Information system). Cơ sở dữ liệu này của Tổ chức Nông lơng thế giới (FAO) xây dựng từ năm 1995. Có 186 nớc trong đó có Việt Nam tham gia. Năm 2006 đã có t liệu của 14077 giống. (Cơ sở dữ liệu cũng đợc quản lý bằng phần mềm cùng tên DAD-IS hoạt động trên nền web (Xem http://www.fao.org/dad-is/ ). Cơ sở dữ liệu nguồn gen vật nuôi của Viện chăn nuôi quốc tế (ILRI - đóng tại Kenya - châu Phi), gọi là DAGR-IS (Dometic animal Genetic Resources Information System họat động từ 2006. Cơ sở dữ liệu này chứa thông tin phần lớn từ tập đoàn vật nuôi châu Phi và tập trung ở 4 loài (Trâu: 10 giống, bò: 30 giống, cừu: 42 giống, dê: 34 giống) (Cơ sở dữ liệu này cũng đợc quản lý bằng phần mềm cùng tên DAGR-IS hoạt động trên nền website (Xem http://dagris.ilri.cgiar.org ). Hội Chăn nuôi châu Âu cũng phát triển một cơ sở dữ liệu tơng tự gọi là Kho dữ liệu nguồn gen vật nuôi dành cho chăn nuôi châu Âu - EAAP- AGDP (European Association for Animal Production Animal Genetic Resources Data Bank) (Xem http://efabis.tzv.fal.de/ ). Cơ sở dữ liệu này tơng tự nh DAD-IS và trong tơng lai hai hệ thống này sát nhập vào một với cái tên chung là DAD-IS version 3. Cơ sở dữ liệu nguồn gen vật nuôi ấn Độ, có tên tiếng Anh là AGRI-IS (Animal Genetic Resources India Information System). Các lọai thông tin của các cơ sở dữ liệu này khá đa dạng, nhng tựu trung có thể phân làm các nhóm sau: - Thông tin chung (tên, ảnh, số lợng, phân bố, cách thức quản lý, nuôi dỡng, phân lọai theo góc độ di truyền 4 - Thông tin về đặc điểm ngọai hình cơ bản của con giống: tầm vóc, kích thớc, màu lông, kiểu lông - Thông tin về năng suất của một số chỉ tiêu quan trọng: sinh trởng, năng suất trứng, khả năng sản xuất thịt, tuổi thành thục, thành dục. - Thông tin về các đặc điểm sinh lý sinh hóa. - Thông tin về ADN Các lọai thông tin trên đợc dựa vào các tiêu chuẩn có đợc từ các kết quả nghiên cứu trên thế giới. 1.1.2 Các phần mềm quản lý thông tin nguồn gen Nh trên đã nói, 3 cơ sở dữ liệu trên của Viện Chăn Nuôi quốc tế và FAO, ấn Độ đợc quản lý bằng các phần mềm tơng ứng: DAG-IS, DAD-IS và AGRI-IS. Sau đây là một số thông tin chi tiết về các phần mềm này. 1.1.2.1 Hệ thống DAD-IS (FAO) Hình 1. Phần mềm DAD-IS nhìn bề ngoài 5 Phần mềm này có các menu chính: About (giới thiệu), Reference (Tham khảo), Database (Cơ sở dữ liệu), Tool (Công cụ), Communication (Giao tiếp) và Help (Trợ giúp). Phần Cơ sở dữ liệu - (Breeds database) có các bảng nhập và xuất số liệu. Cách thức nhập số liệu: Có 3 loại dữ liệu: số liệu (numeric), văn bản (text) và ảnh (picture) Số liệu đợc nhập theo từng nội dung một cho từng giống. Có thể nhập từng đoạn văn (text) (xem Hình 2). Hình 2. Ví dụ về nhập số liệu về sự phân bố của một con giống Trong ví dụ này, ta chỉ việc điền các thông tin vào ô "Main location of breed within country" (Địa danh chính trong nớc nơi có giống này). 6 Hình 3: Ví dụ về nhập số liệu số lợng của đàn giống Ta cũng có thể chỉ việc tích vào các ô thích hợp và điền năm tháng (xem Hình 3). ảnh: Hệ thống này cũng quản lý ảnh dạng JPG ( Joint Photographic Experts Group) với kích thớc 12 x 18 cm và dung lợng 800 Kb. Xuất số liệu Xuất số liệu đợc thực hiện sau khi chọn lọc một hoặc nhiều tiêu chí khác nhau trong hộp hội thọai. Ví dụ có thể tra cứu theo tên nớc, ví dụ dụ nớc (Viet Nam), Loài (pig), Tên giống (I pig) (Xem Hình 4). Trong Hình 5 là kết quả thu đợc qua việc chọn "Việt Nam" và Loài Lợn. Có hàng loạt tên (chính thức) các giống lợn Việt Nam hiện ra với các tên khác nhau của từng giống. [...]... một giống vật nuôi đợc xuất ra ở dạng một báo cáo 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nớc 1.2.1 Lĩnh vực xây dựng cơ sở dữ liệu nguồn gen vật nuôi ở Việt Nam Chăn nuôi Việt Nam có từ lâu đời, và cũng nh bao nớc khác, nghiên cứu con giống vật nuôi - tiền đề của quá trình chăn nuôi, có khá nhiều Các số liệu, thông tin nằm trong các loại sách vở, tạp chí, thống kê Tuy nhiên để thành hệ thống và tin học hóa thì... liên quan đến công tác quản lý hệ thống bảo tồn tại Việt Nam: ai quản lý, các dự án bảo tồn và khai thác, các đề tài nghiên cứu, số liệu về từng đối tợng theo các nguồn nghiên cứu khác nhau Trên cơ sở phân tích trên, cơ sở dữ liệu nguồn gen đợc xác định nh ghi trong cột: VIETGEN trong Bảng 1 3.1.2 Nội dung thông tin và tiêu chuẩn thông tin về con giống và công tác bảo tồn trong phần mềm Vietgen Nội dung... tợng vật nuôi mới 16 Thủ tục danh mục về quản lý các công trình nghiên cứu 17 Thủ tục nhập số liệu quản lý các công trình nghiên cứu 18 Thủ tục xuất số liệu (report) về quản lý các công trình nghiên cứu 19 Thủ tục hỗ trợ kiểm soát số liệu về mặt logic 20 Thủ tục trợ giúp (help) 2.2.2 Phơng pháp: Nghiên cứu nhu cầu về thông tin đối với nguồn gen vật nuôi nói chung và Việt Nam nói riêng Nghiên cứu và so... kiện bảo tồn vật nuôi 10 Thủ tục xuất số liệu (report) quản lý môi trờng/điều kiện bảo tồn 11 Thủ tục danh mục quản lý định tính các giống vật nuôi 12 Thủ tục quản lý số liệu định tính các giống vật nuôi 13 Thủ tục danh mục nghiên cứu, điều tra đối tợng vật nuôi mới 14 Thủ tục nhập số liệu hỗ trợ nghiên cứu, điều tra đối tợng vật nuôi mới 15 Thủ tục xuất số liệu (report) hỗ trợ NC, điều tra đối tợng vật. .. phẩm công nông nghiệp Thời gian nuôi nhốt Bao nhiêu tháng trong một năm Môi trờng quản lý đặc biệt Môi trờng quản lý khác bình thờng 3.1.2.3 Bảo tồn Thông tin Ghi chú Bảo tồn vật sống Năm, hình thức (insitu/exsitu), Số đực / cái, Cơ sở bảo tồn, Chủ trì, Kinh phí, Môi trờng, Chiến lợc nhân giống, Các thông tin khác Bảo tồn tinh Năm, Số tinh, Cơ sở bảo tồn, Chủ trì, Kinh phí, các thông tin khác Bảo tồn. .. vật nuôi (DAD-IS của FAO) và át lát các giống vật nuôi ở Việt Nam Các loại thông tin về nguồn gen vật nuôi ở một số cơ sở dữ liệu quan trọng đợc ghi trong Bảng 1 Bảng 1: Các loại thông tin về nguồn gen vật nuôi ở một số cơ sở dữ liệu Thông tin FAO (DADIS) FAO Viện ấn Độ át lát các Vietgen UNEP chăn (Agri-IS) giống vật (World nuôi nuôi Việt Watch list quốc tế Nam (Dagris) 1 Thông tin chung Tên x x x x... đối tợng vật nuôi quan trọng của ấn Độ * Cơ sở dữ liệu của Việt Nam trong cuốn át lát các giống vật nuôi ở Việt Nam Cuốn át lát này đợc xây dựng từ 2004, trên cơ sở rút ngắn cơ sở dữ liệu của Hệ thống thông tin đa dạng vật nuôi (DAD-IS) Nhìn chung, các loại thông tin về từng giống vật nuôi đợc chia làm 5 loại: Lịch sử hình thành, sử dụng và môi trờng nuôi dỡng, ngoại hình, năng suất và bảo tồn Thông... công tác bảo tồn thì mãi đến 1990 - tức năm khởi đầu Chơng trình Bảo tồn Nguồn gen động, thực vật và vi sinh vật nhà nớc mới bắt đầu đợc đặt thành vấn đề Và cuốn "át lát các giống Vật nuôi Việt Nam" (2005,) do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ban hành là cơ sở dữ liệu nguồn gen thuộc loại đó Cuốn át lát các giống vật nuôi đợc xây dựng theo cách thức của Hệ thống thông tin đa dạng vật nuôi - DAD-IS... nguồn gen vật nuôi 3.1.1 Xác định danh sách thông tin hệ thống dữ liệu Đã nghiên cứu hệ thống dữ liệu nguồn gen vật nuôi của các tổ chức quan trọng trên thế giới nh Hệ thống thông tin vật nuôi ấn Độ - AGRI-IS (ấn Độ), cuốn Danh mục nguồn gen vật nuôi (World Watch list) FAO-UNEP), Hệ thống thông tin nguồn gen vật nuôi - DAGR-IS (Viện Chăn Nuôi quốc tế), Hệ thống thông tin đa dạng vật nuôi (DAD-IS của... (DADIS) FAO Viện ấn Độ át lát các Vietgen UNEP chăn (Agri-IS) giống vật (World nuôi nuôi Việt Watch list quốc tế Nam (Dagris) Các cơ sở thụ tinh nhân tạo x Số lợng lò mổ x Thu nhập x Cơ sở sản xuất tinh (tinh bank) x 8 Các thông tin liên quan khác Cơ sở bảo tồn x x Chủ nhiệm bảo tồn x Dự án khai thác x Nguồn t liệu liên quan x Cơ quan quản lý x Kinh phí chi cho công tác bảo tồn x Bảng 1 cho thấy các cơ sở . nớc 1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin sinh học trong việc Bảo tồn Nguồn gen Vật nuôi Việt Nam Mã số: 2. Thuộc chơng trình: Hợp tác quốc tế về khoa học công nghệ theo nghị định. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin sinh học trong việc bảo tồn quỹ gen vật nuôi việt nam Chủ nhiệm Đề tài : TS. Võ Văn Sự Cơ quan chủ trì : Viện Chăn nuôi Cơ quan. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin sinh học trong việc bảo tồn Quỹ gen Vật nuôi Việt Nam& quot; đợc xây dựng trong bối cảnh đó. Mục tiêu nhiệnm vụ: - Xây dựng một bộ phần mềm phục vụ công tác