di truyền và chọn giống thủy sản

Giới thiệu chung về môn học• Tên môn học: Di truyền và chọn giống thủy sản • Đối tượng học viên: sinh viên đại học năm thứ 3 ngành NTTS • Số tín chỉ: 3 tín chỉ 2 tín chỉ lý thuyết và 1

DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG THỦY SẢN

Bành Thị Quyên QuyênTrường Đại học Nha TrangKhoa Nuôi trồng thủy sản

Giới thiệu chung về môn học

• Tên môn học: Di truyền và chọn giống thủy sản

• Đối tượng học viên: sinh viên đại học năm thứ 3 ngành

NTTS

• Số tín chỉ: 3 tín chỉ (2 tín chỉ lý thuyết và 1 tín chỉ thực

hành)

• Nội dung môn học:

 Những kiến thức về cơ sở vật chất di truyền ở động vật thủy sản;

 Những qui luật di truyền và các phương pháp phân tích gen động vật

thủy sản, di truyền các tính trạng có giá trị kinh tế

 Các phương pháp chọn giống truyền thống, hiện đại, kỹ thuật di

truyền và ứng dụng trong chọn giống thủy sản

Nội dung môn học – 5 chương

1 Cơ sở vật chất di truyền ở động vật thủy sản (4 tiết)

– Những kiến thức cơ bản về cấu trúc ADN

– Những kỹ thuật khảo sát biến dị gen

– Nhiễm sắc thể

2 Tính trạng chất lượng và quy luật di truyền tính trạng

chất lượng ở động vật thuỷ sản (5 tiết)

– Các quy luật di truyền Mendel

– Tính trạng chất lượng và di truyền tính trạng chất lượng ở một số

đối tượng thủy sản

3 Tính trạng số lượng và quy luật di truyền tính trạng số

lượng ở động vật thuỷ sản (7 tiết)

– Tính trạng số lượng và thuyết di truyền đa gen

– Tương quan kiểu hình, kiểu gen và môi trường

Nội dung môn học (tt)

4 Các phương pháp chọn giống truyền thống (8 tiết)

 Công tác giống và vấn đề sử dụng nguồn nguyên liệu di truyền

trong chọn giống thủy sản

 Cận huyết ở động vật thủy sản

5 Các hướng chọn giống hiện đại (6 tiết)

 Kỹ thuật đa bội thể

 Kỹ thuật điều khiển giới tính

 Kỹ thuật gen

Yêu cần kiến thức chuẩn bị cho môn học

Học phần tiên quyết:

• Hóa sinh

• Sinh lý động vật thủy sản

• Mô và phôi động vật thủy sản

• Vi sinh vật ứng dụng nuôi trồng thủy sản

• Sinh học đại cương

Kiến thức đạt đƣợc sau khóa học

• Các kiến thức cơ bản về cơ sở vật chất di truyền của

động vật thủy sản

• Các quy luật di truyền Mendel và ứng dụng

• Kiến thức về tính di truyền và quy luật di truyền các tính

trạng số lượng

• Biết và ứng dụng các phương pháp chọn giống truyền

thống  Thiết lập các chương trình chọn giống cho trang

trại NTTS quy mô từ nhỏ đến vừa

• Nguyên lý các kỹ thuật chọn giống hiện đại

• Chọn giống kháng bệnh

• Tầm quan trọng của giao phối cận huyết và sự thay đổi

tần số của gen trong NTTS

Tài liệu tham khảo

1 Di truyền và chọn giống thủy sản (Trần Đình Trọng & Đặng Hữu Lanh,

2006)

2 Di truyền học và cơ sở chọn giống động vật (Phan Cự Nhân & cs , 1976)

3 Cơ sở di truyền và chọn giống động vật (Đặng Hữu Lanh &cs, 1999)

4 Genetics selection of fish (V.S Kirpichnikov, 1987)

5 Genetics and fish breeding (Colin E Purdon, 1993)

6 Selective breeding programmes for medium-sized fish farm (FAO Fisheries

technical paper 352)

7 Inbreeding and brood stock management (FAO Fisheries technical paper

392)

8 An introduction to genetic analysis (Griffits et al.)

9 Biotechnology and genetics in fisheries and aquaculture (Becuemont &

Hoare)

10 Practical genetics for aquaculture (Lutz G.)

11 Principles of population genetics (Hartl & Clark)

12 Các website: FAO ( www.fao.org ); NACA ( www.enaca.org )

Chương 1

Cơ sở vật chất di truyền

ở động vật thuỷ sản

Bành Thị Quyên Quyên Trường Đại học Nha Trang Khoa Nuôi trồng thủy sản

Bộ môn Kỹ thuật nuôi cá nước ngọt

Nội dung

1 Chương 1: Cơ sở vật chất di truyền

1.1 Cấu trúc ADN & nhiễm sắc thể

1.1.1 Thành phần và cấu trúc ADN

1.1.2 Quá trình nhân đôi ADN

1.1.3 Quá trình sao mã từ ADN sang ARN

1.1.4 Quá trình tổng hợp protein

1.1.5 Cấu trúc nhiễm sắc thể

1.2 Cấu trúc bộ gen và phương pháp phân tích bộ gen ở

động vật thuỷ sản 1.3 Cơ chế điều hoà hoạt động gen ở động vật thủy sản

1 Cấu trúc ADN & nhiễm sắc thể

Công bố mô hình cấu trúc DNA (Tạp chí Nature)

1.1 Thành phần cấu tạo của ADN (DNA)

• DNA (deoxyribonucleic acid): axít đềôxyribônuclêic (ADN)

• Purine nucleotide (adenine & guanine):

• Pyrimidine nucleotide (cytosine & thymine):

1.1.1 Các thành phần cấu tạo nên ADN

Sơ đồ hóa cấu trúc ADN

• ADN gồm 2 chuỗi nucleotide song song

ngược chiều nhau, gắn với nhau bằng các

liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung A-T

và G-C

Cấu trúc ADN (dạng mặt phẳng)

Cấu trúc ADN dạng xoắn

(a) Mô hình không gian của chuỗi

ADN

(b) Mô hình cặp chuỗi nuclotide

kéo giãn trên mặt phẳng,

minh họa mối liên kết theo

nguyên tắc bổ sung giữa các

cắp A-T và G-X tạo ra tỷ lệ

Chargaff

Quá trình tự nhân đôi, sao mã và dịch mã

Source: Peter Bossier

1.1.2 Quá trình nhân đôi ADN

Ba giả thuyết nguyên tắc nhân đôi ADN: (Chuỗi nucleotide màu xanh nhạt là chuỗi mới tổng hợp)

1 Bán bản thủ (Semiconservative – Watson & Crick)

2 Bảo thủ (Conservative)

3 Phân tán (dispersive)

• Chỉ có mô hình ADN bán bản thủ (semiconservative) cho ra kết quả:

• Sau lần nhân đôi đầu tiên:

2 chuỗi nu, mỗi chuỗi nu gồm 1 chuỗi đơn cũ + 1 chuỗi đơn mới tổng hợp;

• Trong lần nhân đôi thứ hai gồm: 1 chuỗi nu cũ và 1 chuỗi nu mới (xem mô hình kiểm chứng)

Kiểm chứng mô hình nhân đôi ADN

(a) Không có DNA

(b) Ly tâm với CsCl với dung dịch

chứa N-14 DNA và N-15 DNA

Mô hình bán bảo thủ

Mô hình bảo thủ

Mô hình phân tán

1.1.3 Quá trình sao mã từ ADN sang

ARN

• UTP = TTP-nhóm methyl

• Trong mRNA: tất cả ribose của

nucleotide mang 2 nhóm -OH

Video:

MGA0302Ntranscription

• Quá trình dịch mã của 2 gen: (a) RNA polymerase di chuyển từ đầu 3’ của đoạn mã gốc (template strand), tạo ra một chuỗi RNA theo chiều

từ 5’ đến 3’ (b) Một ribonuclotide uracil được gắn vào đầu 3’ trong quá trình phiện mã của gene 1  quá trình phiên mã từ 5’ đến 3’

1.1.4 Quá trình tổng hợp protein (dịch mã)

Video translation:

MGA0301BNtranslation

1.4 Quá trình tổng hợp protein

Video 10.2:

MGA0302B N

Bộ ba mã hóa tiêu chuẩn

Mỗi mẫu ADN bất kỳ có 6 khung mã hóa

(reading frame)

Câu hỏi

1 Một đoạn ADN chuỗi đôi có 18% là guanine Tỷ lệ adenine của

chuỗi này là?

(A) 9% (B) 32% (C) 36% (D) 68% (E) 82%

2 Đâu là tên một hợp phần cấu tạo nên ADN?

(A) Cytosine (B) Arginine (C) Guanidinium (D) Tyrosine (E) Alanine

3 Trong một chuỗi đơn ADN, dãy nucleotide là 5’-ATGC-3’ Trình tự

của chuỗi bổ sung cho chuỗi này?

(A) 5’-CGTA-3’ (B) 3’-ATGC-5’ (C) 5’-TACG-3’ (D) 5’-ATCG-3’

(E) 3’TACG-5’

Alen là các trạng thái khác nhau của một gen

• Mũi tên trong hình mô

tả cách thức truyền thông tin di truyền từ một đoạn nucleotide của chuỗi ADN đặc trưng cho trình tự axít amin trong chuỗi

polypeptide

• Thay thế một nucleotide trong chuỗi ADN có thể làm thay thế một axít amin trong chuỗi polypeptide

Giả sử trong một sinh vật lƣỡng bội có 2 nhiễm sắc thể

• Locus dị hợp tử: 2 alen khác nhau

• Locus đồng hợp tử: 2 alen giống nhau

• Tổng hợp lại  tạo thành kiểu gen của

một sinh vật

Cặp NST tương đồng

2 locus

Phân bào nguyên nhiễm (mitotic cell division)

• Để chuẩn bị cho quá trình phân bào nguyên nhiễm, NST 4N xuất hiện.

• Sau đó, 2 cặp NST (gồm 1 NST của mẹ

và 1 NST của bố) chia

ra 2 phía của tế bào

TBC phân chia tạo thành 2 TB mới

Mitotic cell division: MGA0402N

Meiotic cell division: MGA0401N

Phân bào nguyên nhiễm

Video mitosis

Phân bào giảm nhiễm (meiosis)

Phân bào giảm nhiễm

Video meiosis

Phân bào giảm nhiễm

Dạng kết hợp Dạng kết hợp Giảm phân

Khảo sát dạng tái kết hợp trong sinh vật lƣỡng bội

Trong quá trình giảm phân: hiện tượng tái kết hợp (recombination)

tạo ra những kiểu gen đơn bội khác với kiểu gen đơn bội có trong

cơ thể bố mẹ

Sự kết hợp độc lập nhau luôn tạo ra tần số tái tổ hợp là 50%

Video meiosis recombinant

Sự tái tổ hợp trong quá trình trao đổi chéo (cross-over)

• Locus A và B nằm trên

cùng NST

• Tần suất tái kết hợp sẽ luôn thấp hơn 50%

Video: meiotic recombinant cross-over

Câu hỏi

• Trong một loài cá có 2n = 24, tổng số

chromatid có trong tế bào trong giai đoạn

prophase I giảm phân là?

• (A) 6 (B) 12 (C) 24 (D) 48 (E) 96

II Cấu trúc bộ gen và phương pháp

phân tích bộ gen ở ĐVTS

1 Các kỹ thuật khảo sát biến dị protein

2 Các

1 Các kỹ thuật khảo sát biến dị protein

1 Đặc điểm của protein:

• Là vật chất tích điện (hai đầu trái dấu)

• Axit va bazơ

2 Các kỹ thuật khảo sát biến dị protein

• Isozyme electrophoresis: protein di chuyển dưới tác

dụng của một điện trường Đây là một phương pháp khảo sát đa hình (polumorphism) protein rất hiệu quả

Các thiết bị sử dụng trong phương pháp

isozyme electrophoresis

2 Các kỹ thuật phân tích ADN

1 Các bước trong phân tích ADN:

• Tách ADN:

• Hiển thị ADN

Tách ADN

Hiển thị ADN (DNA visualization)

Chương 2

Di truyền các tính trạng chất lượng

Bành Thị Quyên Quyên Khoa Nuôi trồng thủy sản

Nội dung

1 Các quy luật di truyền Mendel

2 Di truyền tính trạng chất lượng ở một số đối tượng thủy

sản của cá chép Ciprinus Carpio L.

2.1 Di truyền những khác biệt về kiểu vảy

2.2 Di truyền các tính trạng chất lượng khác của cá chép

3 Di truyền các tính trạng chất lượng ở cá cảnh

Tính trạng chất lƣợng

• Từ đậu Hà Lan ( Pisum sativum ), năm 1865 Gregor Mendel đã phát hiện ra các quy luật di truyền cơ sở đầu tiên và qua đó suy ra sự tồn tại tất yếu của các đơn vị di truyền đặc thù –

nhân tố di truyền (genetic factor) – quy định các tính trạng được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác mà sau này gọi là gene

• Các định luật Mendel:

– Định luật đồng nhất ở thế hệ con lai thứ nhất

– Định luật phân ly tính trạng ở thế hệ con lai thứ 2

– Luật thuần khiết giao tử và định luật phân ly độc lậpcác tính trạng khác nhau ở đời sau

Gregor Mendel

• Định luật 2 (nguyên lý phân ly độc lập): những

cặp gen khác nhau phân chia độc lập trong quá

trình hình thành giao tử

Nhờ những phát hiện về sau này, định luận 2 Mendel được

bổ sung lại như sau: Những cặp gen nằm trên những cặp

nhiễm sắc thể khác nhau phân chia độc lập trong quá

trình phân bào giảm nhiễm

• Định luật 2 (nguyên lý phân ly độc lập): những

cặp gen khác nhau phân chia độc lập trong quá

trình hình thành giao tử

Nhờ những phát hiện về sau này, định luận 2 Mendel được

bổ sung lại như sau: Những cặp gen nằm trên những cặp

nhiễm sắc thể khác nhau phân chia độc lập trong quá

trình phân bào giảm nhiễm

Lai phân tích (test-cross)

• Lai phân tích là phương pháp cho lai giữa các cá thể F1 với cá thể

đồng hợp lặn Kết quả nhận được tỷ lệ phân ly 1 (Aa) kiểu hình trội :

1 (aa) kiểu hình lặn

• Ứng dụng: Khi lai giữa lợn có lông màu trắng với lợn có lông

màu đen, nếu đời con sinh ra đồng nhất có lông màu trắng thì

màu trắng là đồng hợp (thuần chủng), còn nếu đời con sinh ra

phân ly (xuất hiện cả lông trắng và lông đen) thì màu lông trắng ở

thế hệ bố mẹ là dị hợp (không thuần chủng)

Kiểu gen – Kiểu hình

• Kiểu gen: Mô tả chi tiết hay phân loại những thông tin

di truyền cấu thành một sinh vật nào đó thông qua

di truyền (kiểu gene)

• Kiểu hình của sinh vật bao gồm những đặc điểm có thể quan sát được có thể được di truyền hay

ADN ARN

Protein

hiện bên ngoài của sinh vật

• Kiểu gen luôn có tác động đến kiểu hình

• Môi trường có thể tác động lớn, vừa, nhỏ hoặc không đáng kể đến kiểu hình tùy theo tính trạng.

• Di truyền học = ngành học nghiên cứu về di truyền

(heredity) và biến dị (variation)

Kiểu hình

2 Mối tương quan giữa kiểu hình và kiểu

gen

2.1 Trội hoàn toàn (complete dominance)

2.2 Phép lai hai tính (a dihybrid cross)

2.3 Trội không hoàn toàn (incomplete dominance)

2.4 Tính lấn át gen (epistasis)

– Tính lấn át gen trội (dominant epistasis)

– Tính lấn át gen lặn (recessive epistasis)

2.5 Mối tương quan giữa gen điều hòa và gen đích

2.6 Ức chế gen (suppressor)

2.1 Trội hoàn toàn (complete dominant)

• Giả sử có 1 cá thể đực màu vàng trong đàn cá bố mẹ

• Các cá thể trong thế hệ F1 đều màu xanh xám

• Cho các cá thể F1 giao phối với nhau

• Thế hệ F2: xuất hiện cá thể màu vàng với tỷ lệ 3 xanh xám : 1 vàng

• Như vậy alen vàng được xem

2.2 Phép lai hai tính (dihybrid cross)

ppff = màu hồng, vây dài (1/16)

• Trong đàn cá bố mẹ xuất hiện 1 con cá màu hồng có vây kéo dài

• Thế hệ con F1 bình thường, có màu xanh xám và vây bình thường

• Trong thế hệ con F2 xuất hiện những kiểu hình sau: cá màu xanh xám có vây bình thường, cá màu xanh xám vây dài, cá màu hồng có vây bình thường

và một ít cá màu hồng có vây dài

• Tỷ lệ giữa các kiểu hình này là 9:3:3:1

• Điều này cho thấy cả hai tính trạng này được chi phối độc lập bởi hai locus cách xa nhau và màu hồng và vây dài

là lặn, màu xanh xám và vây bình thường là trội

• Kiểu gen của con cá màu hồng vây dài trong đàn cá bố mẹ là ppff

Mối quan hệ giữa kiểu hình và kiểu gen

PPFF, PpFF, PPFf, PpFf = màu xanh xám, vây bình thường (9/16)

PPff, Ppff = màu xanh xám, vây dài (3/16)

ppFF, ppFf = màu hồng, vây bình thường (3/16)

Ppff = màu hồng, vây dài (1/16)

2.3 Trội không hoàn toàn

• Xét trường hợp trội không

hoàn toàn, do

đó dạng dị hợp

tử ở:

• Locus màu hồng thể hiện màu nâu đỏ

• Locus vây:

chiều dài trung gian

Case study: Cá rô phi “ngọc trai”

• Cho lai 2 cá rô phi “ngọc trai” với nhau, tỷ lệ kiểu hình của đàn con là 9:7 (9 ngọc trai, 7 bình thường)

• Kết quả này cho thấy kiểu hình này có thể do nhiều locus tham gia

quy định

• Tỷ lệ 9:7 của đàn cá con của 2 cá ngọc trai cùng với kiểu hình bình

thường của đàn cá bố mẹ ban đầu  thuyết giải thích cách quy định

kiểu hình này dựa trên tỷ lệ kiểu hình 9:3:3:1

• Trong một trại cá rô phi giống ở Louisiana, đàn

cá giống khoảng 15000 con có xuất hiện 20-30 con cá giống có màu trắng sữa Đàn cá bố mẹ của lứa cá này được xác định là 5 con cá đực

và một số cá cái nuôi chung trong cùng một bể

và tất cả đều có màu sắc bình thường

• Kiểu hình màu trắng sữa được đặt tên là “”ngọc trai’’

Case study: Cá rô phi “ngọc trai”

• Hai locus A và B, và alen lặn là a và b Chỉ khi a và b kết hợp với nhau thì

mới cho ra kiểu hình cá “ngọc trai”

• Cá bố mẹ của đàn cá rô phi “ngọc trai” đầu tiên có kiểu gen dị hợp tử ở một trong hai cặp alen.

Case study: Cá rô phi “ngọc trai”

Cá mẹ AaBb x Cá bố AaBb

AABB, AABb (2/16), AaBB (2/16),

Aabb, aaBB: bình thường (7/16)

• Kết quả: 1/16 (aabb) khi lai với bất kỳ cá thể nào đều cho tất

cả đàn con sinh ra là cá “ngọc trai”, kể cả lai với AABB

• Nhiều cá “ngọc trai” khi cho lai với nhau tiếp tục cho ra đàn con với các tỷ lệ kiểu hình giữa

“ngọc trai” và bình thường khác nhau

Di truyền đơn giản của 1 tính trạng liên

quan đến sản xuất

• Cryptobia salmositica: là một loại heamoflagellate ký sinh trên cá hồi (Salvelinus fontinalis), gây ra chứng mắt lồi (giữa) và/hoặc sưng phồng bụng (dưới)

• Khả năng kháng bệnh này ở cá được quy định bởi một locus với alen trội và lặn

• Khi một con đực có kháng bệnh lai với một

cá cái không có khả năng kháng bệnh, tất

cả đàn con sinh ra đều có khả năng kháng bệnh, do vậy kiểu gen của cá đực là RR

• Tất cả những con cá đực khác khi lai với cá cái không có khả năng kháng bệnh cho ra đàn con với tỷ lệ khoảng 1 nhạy cảm bệnh:

1 kháng bệnh Do vậy kiểu gen của những con cá đựv này là Rr

Đột biến vây lƣng ngắn ở Oreochromis aurea

• Một số alen khi ở dạng đồng hợp tử có thể gây chết.

• Đột biến làm ngắn vây lưng (saddleback /shortened

backfin mutant) là một loại gen trội gây chết, gen này trội

không hoàn toàn

• Cho lai giữa hai con cá rô phi có vây ngắn, đàn con sinh

ra sẽ có kiểu hình và kiểu gen phân bố theo tỷ lệ 1:2:1

(theo lý thuyết), nhưng vì tất cả những cá thể đồng hợp tử trội đều không thể sống sót, nên tỷ lệ đàn con sinh ra có

tỷ lệ kiểu hình 2 vây lưng ngắn:1 bình thường