Nghiên cứu phát triển chỉ thị phân tử phục vụ chọn giống tu hài theo hướng tăng trưởng

Tu hài (Lutraria rhynchaena Jonas, 1844) là loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ, ưa sống ở vùng nước biển ấm, từ 1830oC, độ mặn trong khoảng từ 2530‰ 11. Tu hài chủ yếu lọc ăn mùn bã hữu cơ, tảo khuê và sinh vật phù du 10. Ở Việt Nam, tu hài phân bố trong tự nhiên cũng như được nuôi nhiều ở vùng biển của tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng và tỉnh Khánh Hòa. Ước tính tổng diện tích mặt nước nuôi tu hài vào khoảng 1.000 ha, sản lượng nuôi đạt khoảng 2.621,6 tấn, thu nhập ước tính trên 200 tỷ đồngnăm 13. Thịt tu hài có giá trị dinh dưỡng cao, giàu đạm và khoáng chất, đặc biệt trong thịt tu hài có chứa nhiều axit amin không thay thế

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tu hài (Lutraria rhynchaena Jonas, 1844) loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ, ưa sống vùng nước biển ấm, từ 18-30oC, độ mặn khoảng từ 25-30‰ [11] Tu hài chủ yếu lọc ăn mùn bã hữu cơ, tảo khuê sinh vật phù du [10] Ở Việt Nam, tu hài phân bố tự nhiên nuôi nhiều vùng biển tỉnh Quảng Ninh, Hải Phịng tỉnh Khánh Hịa Ước tính tổng diện tích mặt nước nuôi tu hài vào khoảng 1.000 ha, sản lượng ni đạt khoảng 2.621,6 tấn, thu nhập ước tính 200 tỷ đồng/năm [13] Thịt tu hài có giá trị dinh dưỡng cao, giàu đạm khoáng chất, đặc biệt thịt tu hài có chứa nhiều axit amin không thay [5] Những năm gần đây, nhu cầu tiêu thụ tu hài ngày tăng, hiệu kinh tế mang lại từ nuôi tu hài lớn, nên diện tích ni trồng tu hài thương phẩm tăng lên đáng kể, nhu cầu giống chất lượng với số lượng lớn khơng ngừng tăng cao Theo báo cáo Tổng cục thủy sản, ước tính năm thị trường nuôi tu hài thương phẩm cần khoảng 100 triệu giống cấp I [13] Trong đó, chương trình chọn giống tiên tiến nghề ni tu hài thương phẩm ứng dụng nước ta hạn chế, việc sản xuất giống chủ yếu theo phương pháp truyền thống, hệ lụy đưa đến vừa không cung cấp đủ số lượng giống đạt chuẩn vừa gây tượng thối hóa giống giao phối cận huyết khâu sản xuất truyền thống Biểu thối hóa tăng trưởng chậm hơn, không đồng dễ bị nhiễm bệnh tu hài nuôi [8] Theo Quyết định 1664/QĐ-Tg ngày 04/10/2021 “Đề án phát triển nuôi trồng thủy sản biển đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2045”, nghề ni biển nói chung ni nhuyễn thể nói riêng, có tu hài hướng tới phát triển sản xuất bền vững, hạn chế tối thiểu tác động tiêu cực đến môi trường hệ sinh thái biển [2] Để thực chiến lược cần trọng khai thác phát triển nguồn giống địa có ứng dụng chương trình chọn giống khoa học để nâng cao tỷ lệ sống, tăng trưởng nhanh có khả chống chịu với điều kiện bất lợi môi trường Chọn giống với hỗ trợ thị phân tử ngày trọng ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống nói chung với nghề ni thủy sản nói riêng đạt thành tựu đáng tự hào [58] Với đời ứng dụng kỹ thuật giải trình tự gene hệ (NGS), nhiều hệ gene sinh vật nói chung, lồi thủy sản nói riêng giải trình tự Khai thác trình tự hệ gene hệ gene phiên mã (transcriptome), nhiều thị phân tử công bố công cụ đáng tin cậy hiệu nhà chọn tạo giống việc nhanh chóng tạo giống cải thiện di truyền giống có [69] Trong số đó, thị đa hình nucleotide đơn (SNP) xem thị xác, hiệu phổ biến áp dụng chọn tạo giống liên quan đến suất chất lượng [89] Với mạnh vượt trội, thị SNP sử dụng công cụ chọn lọc đắc lực tính trạng quan tâm chương trình chọn giống nhiều lồi vật ni nói chung lồi thủy sản nói riêng [89] Điều quan trọng SNP xuất vùng gen mã hóa, tác động trực tiếp đến tính trang quan tâm, hiệu việc xác định mối tương quan SNP tính trạng [26] Do đó, việc ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử nhận dạng xác lồi quan tâm việc sử dụng thành cơng kỹ thuật giải trình tự gene hệ cung cấp tư liệu trình tự hệ gene để từ phát triển thị phân tử nói chung, thị phân tử liên quan đến tính trạng tăng trưởng tu hài nói riêng cần thiết có ý nghĩa lý luận thực tiễn nghề nuôi tu hài Xuất phát từ sở lý luận thực tiễn nêu trên, lựa chọn thực đề tài “Nghiên cứu phát triển chỉ thị phân tử phục vụ chọn giống tu hài (Lutraria rhynchaena, Jonas 1844) theo hướng tăng trưởng” Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá thành phần lồi tu hài, tiềm phát triển nghề ni tu hài huyện Vân Đồn – tỉnh Quảng Ninh - Xây dựng mã vạch DNA phục vụ nhận dạng xác tu hài (Lutraria rhynchaena, Jonas 1844) - Giải trình tự hệ gene tu hài phát triển thị SNP để phục vụ xây dựng sở liệu phân tử tu hài (Lutraria rhynchaena) - Phát triển số thị SNP liên quan đến tăng trưởng tu hài góp phần phục vụ công tác chọn tạo giống Nội dung nghiên cứu - Điều tra, đánh giá thành phần lồi, trạng tiềm nghề ni tu hài huyện Vân Đồn – tỉnh Quảng Ninh - Nghiên cứu xây dựng DNA barcoding cho tu hài (Lutraria rhynchaena) - Nghiên cứu giải trình tự hệ gene tu hài phát triển thị SNP cung cấp sở liệu hệ gene tu hài (Lutraria rhynchaena) - Nghiên cứu phát triển số thị SNP liên quan đến tính trạng tăng trưởng tu hài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học - Đề tài luận án cung cấp số liệu quan trọng thành phần loài tu hài tự nhiên phân bố Vân Đồn, trạng tiềm phát triển nghề nuôi tu hài huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh - Kết xây dựng mã vạch DNA tu hài sở khoa học quan trọng để nhận dạng xác lồi tu hài phục vụ trực tiếp cho đề tài luận án lấy mẫu nghiên cứu giải trình tự hệ gene - Dữ liệu trình tự hệ gene tu hài kết đề tài luận án có giá trị khoa học nghiên cứu hệ gene, sở để khai thác phát triển thị phân tử cho nhà nghiên cứu chọn tạo giống tu hài - Một số thị SNP liên quan đến tính trạng tăng trưởng tu hài phát có giá trị khoa học ứng dụng cơng tác chọn giống tu hài theo hướng tăng trưởng Việt Nam 4.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài - Mã vạch DNA cung cấp công cụ phân tử nhận dạng xác tu hài phục vụ nghiên cứu truy suất nguồn gốc - Với liệu hệ gene lần cung cấp hệ gene tham chiếu tu hài (Lutraria rhynchaena, Jonas 1844) - Một số thị SNP liên quan đến tính trạng tăng trưởng phát triển có ý nghĩa phục vụ công tác chọn tạo giống tu hài theo hướng tăng trưởng nhờ thị phân tử Đối tượng, phạm vi giới hạn luận án - Đối tượng nghiên cứu: Tu hài (Lutraria rhynchaena, Jonas 1844) Vân Đồn, Quảng Ninh - Phạm vi giới hạn luận án: + Nghiên cứu thành phần loài, trạng đánh giá tiềm nghề nuôi tu hài vùng biển Vân Đồn, Quảng Ninh + Nghiên cứu xây dựng DNA mã vạch lồi tu hài vịi trắng sử dụng trình tự vùng gene COI 16S rRNA lồi tu hài cơng bố ngân hàng gene + Giải trình tự tồn hệ gene tu hài vòi trắng thu Vân Đồn – tỉnh Quảng Ninh tu hài tăng trưởng nhanh, tăng trưởng chậm kỹ thuật giải trình tự gen hệ mới, NGS + Sàng lọc phát thị SNP cho xây dựng sở liệu phân tử; số thị SNP liên quan đến tính trạng tăng trưởng nhóm tu hài tăng trưởng nhanh tăng trưởng chậm Những đóng góp luận án - Luận án đánh giá thành phần loài tu hài phân bố tự nhiên huyện Vân Đồn, trạng tiềm nghề nuôi tu hài Vân Đồn, Quảng Ninh - Xây dựng mã vạch DNA tu hài dựa trình tự gene 16S rRNA COI, cung cấp công cụ để nhận dạng phân loại xác lồi tu hài - Giải trình tự hệ gene kỹ thuật NGS công bố hệ gene tu hài (Lutraria rhynchaena) GenBank góp phần cung cấp liệu hệ gene tham chiếu, phục vụ nghiên cứu khai thác liệu hệ gene tu hài - Qua sàng lọc liệu hệ gen, phát 11 SNP liên quan đến tăng trưởng phục vụ cho công tác chọn giống tu hài theo hướng tăng trưởng CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung tu hài 1.1.1 Vị trí phân loại học Ngành: động vật thân mềm (Mollusca Linnaeus, 1758 Lớp: hai mảnh vỏ (Bivalvia Linnaeus, 1758) Bộ: ngao (biện mang) Veneroida Bieler R., 2010 Họ: vọp Mactridae Lamarck, 1799 Giống: Lutralia Lamarck, 1799 Loài: Lutralia rhynchaena, Jonas 1844 (Tên đồng danh L philippinarum Reeve, L philippinarum Deshayes), Loài Lutralia rhynchaena (Jonas 1844), có tên tiếng Việt tu hài vòi trắng tên tiếng Anh Snout Otter Clam hay Otter Clam Hình 1.1 Tu hài (Lutralia rhynchaena, Jonas 1844) thu Vân Đồn, Quảng Ninh 1.1.2 Phân bố tự nhiên Trên giới, tu hài phân bố chủ yếu vùng biển phía Tây Nam nước Úc, số nước châu Á như: Trung Quốc, Thái Lan, Philippine vùng Bắc Mỹ [10] Tu hài coi nguồn thực phẩm đặc sản châu Á cung cấp cho thị trường lớn bao gồm Đài Loan, Trung Quốc, Hồng Kông Nhật Ở Việt Nam, tu hài phân bố chủ yếu vùng biển phía Bắc quanh đảo nhỏ tương đối xa bờ, nơi có nguồn nước sạch, độ mặn cao ổn định từ 25 ‰ đến 30 ‰, có đáy cát, cát sỏi nhỏ, cát sỏi có pha bùn, cát pha mảnh vỏ san hơ vỏ động vật thân mềm vùng biển thuộc Vịnh Lan Hạ, đảo Cát Bà TP Hải Phòng đến huyện đảo Vân Đồn - Quảng Ninh, nơi có độ sâu thủy triều từ 10-15 m [11] Ở vùng biển Quảng Ninh tập trung chủ yếu Vịnh Hạ Long, Vịnh Bái Tử Long phía Bắc đảo Cát Bà Ở Hải Phòng, tu hài tập chung phân bố phía Đơng đảo Cát Bà, đến hịn Đá Mài phân bố từ vùng đảo Cây Khế Đông đến đảo Cống Tây, khu vực phân bố rộng 100 với trữ lượng lớn từ 70-100 tấn/năm [11] Hình 1.2 Bản đồ thu mẫu mật độ tu hài phân bố huyện Vân Đồn, Quảng Ninh 1.1.3 Một số đặc điểm cấu tạo tu hài Tu hài có kích thước trưởng thành từ 7- 12cm, hình bầu dục, có màu vàng nâu Cơ thể bảo vệ hai vỏ nhau, hai vỏ khép thường khơng khít lại với nhau, chiều dài thân dài chiều dài thể dài gấp đôi chiều cao Vỏ cấu tạo đá vôi, màu sắc vỏ thường thay đổi theo môi trường sống, hai vỏ dính với phần lưng nhờ lề, đóng khép vỏ nhờ màng áo Màng áo gồm hai dày có mép gắn liền với hai mảnh vỏ bao phủ toàn thể tu hài, mép màng áo dày có khả vận chuyển cát tu hài đào hang, phần cuối màng thường phát triển thành vòi (hút xả nước), vịi tu hài thường thị ngồi Việc hút, xả nước tu hài thực nhờ việc đóng mở vỏ kết hợp đóng mở nắp xi phơng vịi tu hài, đóng mở vỏ kết hợp với xả nước xi phong giúp cho tu hài di chuyển, đào bới cát chui rúc Tu hài thường vùi cát từ – cm vươn dài vịi lên Tu hài có khối lượng trung bình 100 g/con, di chuyển với tốc độ 0,8 m đến 1,2 m/giờ, ưa sống nơi có dịng chảy nhẹ từ 0,2 - 0,5 m/s [11] 1.1.4 Tình hình ni khai thác tu hài 1.1.4.1 Tình hình ni khai thác tu hài giới Việt Nam Trên giới, lớp hai mảnh vỏ (Bivalvia) với khoảng 7500 loài sinh sống vùng triều khác nhau, nhiều lồi có giá trị kinh tế [104] Theo thống kê tổng sản lượng khai thác thủy sản tồn cầu có gia tăng liên tục, tổng sản lượng nhuyễn thể hai mảnh vỏ khai thác tăng từ 7,1 triệu năm 1995 lên 14,6 triệu năm 2010 đạt 43 triệu vào năm 2020 Trong đó, sản lượng hai mảnh vỏ nuôi không ngừng tăng nhanh, từ 8,3 triệu năm 2000 lên 12,9 triệu năm 2010 đạt 41,8 triệu vào năm 2020 Ngược lại, sản lượng hai mảnh vỏ đánh bắt tự nhiên giảm rõ rệt, từ 1,9 triệu năm 2000 xuống 1,7 triệu năm 2010 giảm 1,2 triệu vào năm 2020 [47] Sản lượng tu hài khai thác năm 2020 ước đạt khoảng triệu (Hình 1.3) Hình 1.3 Tình hình khai thác thủy sản giới [47] Hiện tu hài đưa vào nuôi thương mại nhiều nước giới có Trung Quốc, Anh, Úc số nước khác Ở Việt Nam, tu hài đưa vào nuôi từ sớm, nhiên nghề nuôi tu hài thực phát triển mạnh vào gai đoạn từ năm 2005 đến năm 2012 số tỉnh Quảng Ninh, Hải Phịng Khánh Hịa… Mơ hình nuôi tu hài thương phẩm đảo Đống Chén, xã Bản Sen, huyện Vân Đồn [7] Ở Hải Phịng, từ 20 bè ni tu hài vào năm 2001 đến năm 2010 số bè ni tăng lên tới 226 bè, với 3000 giàn nuôi [10] Tại Khánh Hịa, từ vài ni tu hài ban đầu, đến năm 2010 tăng lên 94,5 [10] Từ sau năm 2012 đến trước 2017, dịch bệnh thường xuyên xảy ra, đặc biệt bệnh sưng vòi tu hài Vì thế, mà nghề ni tu hài nước có giảm sút, số hộ bỏ nghề ni tu hài thương phẩm tăng làm diện tích nuôi bị suy giảm nghiêm trọng, sản lượng khai thác giai đạn 1/3 năm 2010 [8] Đến nay, nghề nuôi tu hài thương phẩm nước dần ổn định có hội phát triển trở lại nhờ vị trí lợi tỉnh ven biển nước ta [13] Tu hài đưa vào nuôi Phú Yên Phú Quốc - Kiên Giang với diện tích ni thả trực tiếp khoảng 83 ha, nuôi lồng (Treo bè thả đáy) khoảng 1.579.770 lồng Hiện nay, nước tu hài ni với tổng diện tích mặt nước đạt khoảng 1.000 ha, sản lượng nuôi đạt khoảng: 2.621,6 tấn, thu nhập ước tính 200 tỷ đồng/ năm [13] 1.1.4.2 Nghề nuôi khai thác tu hài huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh Về vị trí địa lý điều kiện tự nhiên huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh Huyện Vân Đồn quần đảo thuộc tỉnh Quảng Ninh, nằm vị trí địa lý: 20o40’ - 21o16’ vĩ độ Bắc, 107o15’ - 108o00’ kinh độ Đông, cách thành phố Hạ Long khoảng 50 km phía Đơng, cách thành phố Móng Cái khoảng 100 km phía Tây Phía Bắc Đơng Bắc giáp huyện Tiên n, huyện Đầm Hà, phía Đơng giáp huyện Cơ Tơ Vịnh Bái Tử Long, phía Tây giáp thành phố Cẩm Phả phía Nam vùng biển Vịnh Bắc Bộ Vân Đồn có địa hình đồi núi - hải đảo đa dạng, phân dị mạnh, chủ yếu đồi núi thấp với khoảng 600 đảo đá lớn nhỏ với diện tích khoảng 41.530 ha, chiếm gần 70% tổng diện tích đất tự nhiên Huyện, diện tích mặt nước biển rộng khoảng 1.620 km2 Địa hình đáy biển tương đối phẳng với thành phần vật liệu tích tụ chủ yếu cát, sỏi sạn phần vụn vỏ sinh vật Chân đảo có nhiều bãi cát, cát pha vỏ vụn sinh vật, nơi sinh cư lý tưởng tu hài tự nhiên nhiều loài động vật thân mềm khác như: ốc đá, ốc hương, ngao hoa, hầu, hà, hải sâm, cầu gai, bào ngư… Huyện Vân Đồn nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mùa hè nóng ẩm, mùa đông khô lạnh Tuy nhiên, đặc thù vị trí địa lý địa hình, khí hậu Vân Đồn chịu ảnh hưởng tác động trực tiếp biển, tạo tiểu vùng sinh thái hỗn hợp biển – đảo Mạng lưới sông Vân Đồn với đặc trưng sông nhỏ, hẹp độ dốc lớn Chế độ thủy văn có chênh lệch rõ rệt lưu lượng mùa, mùa khô mực nước sông thường thấp, lưu lượng nhỏ; Mùa mưa, thường có lũ đơn, lũ lên nhanh rút nhanh Đặc điểm bật chế độ thủy triều Vân Đồn chế độ nhật triều điển hình, tháng có kỳ nước cường kỳ nước Mực nước biển có biên độ dao động thuộc dạng cao nước ta, mực nước lớn đạt tới 4,8 m 10 Khoảng từ tháng đến tháng 8, nước thường lớn ban đêm cạn vào ban ngày Từ tháng đến tháng năm sau ngược lại Độ cao sóng biển Vân Đồn trung bình năm khoảng 0,8 m, độ cao sóng lớn đạt tới m ngày giông bão khu vực giáp Vịnh Bắc Bộ Tuy nhiên, nhờ che chắn dãy núi, đảo kéo dài gần 50 km từ Bắc xuống Nam tường thành tự nhiên nên khu vực gần bờ chịu ảnh hưởng, tác động bất thường bão lớn, sóng thần khu vực Biển Đơng Dịng chảy nước biển chịu ảnh hưởng dòng hải lưu, hướng tốc độ gió Ở Vân Đồn, mùa Đơng, tốc độ dịng chảy trung bình khoảng 0,25 – 0,4 m/s, mùa hè tốc độ dòng chảy thường nhỏ hơn, từ 0,15 – 0,25 m/s Hiện trạng môi trường đất, nước liên quan đến nuôi trồng thủy sản xã, thị trấn ven biển huyện Vân Đồn đánh giá thơng qua kết báo cáo Phịng NN&PTNT huyện Vân Đồn cho thấy, môi trường ven biển huyện Vân Đồn chưa bị ô nhiễm, thuận lợi cho việc phát triển ni trồng thủy sản nói chung ni tu hài nói riêng Các yếu tố tác động môi trường nuôi thủy sản chủ yếu hoạt động giao thông thủy, vận chuyển khách du lịch, trung chuyển than, số hoạt động khai thác khoáng sản, chế biến Sứa khu vực đảo Thắng Lợi, Bản Sen, Quan Lạn, Minh Châu, Ngọc Vừng khu Cầu cảng Cái Rồng [8] Hàng năm, huyện Vân Đồn chịu ảnh hưởng trực tiếp đến bão ảnh hưởng gián tiếp đến bão Tháng có nhiều bão đổ tháng tháng 8, sớm khu vực khác miền Bắc Phần lớn bão đổ vào Vân Đồn cấp độ vừa nhỏ (tốc độ gió từ cấp đến cấp 10, tức khoảng từ 63 đến 102 km/h) Vào mùa bão, trung bình tháng có bão, có tháng đến Ngược lại, nhiều tháng, nhiều năm khơng có bão Hiện tượng kèm với bão thường mưa to, gió lớn Tốc độ gió lớn có đạt tới 40m/s làm ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực nuôi lồng bè, cơng trình ni trồng thuỷ sản Bão kèm theo mưa lớn, lượng mưa có tới 300 - 400 mm, gây