Gà thủy sinh - di truyền học của cá rô phi và những điểm tương đồng của chúng với gia cầm

Khi xem xét các nỗ lực cải tiến di truyền học không ngừng trong chăn nuôi cá rô phi thì những phép so sánh về sự phát triển của ngành chăn nuôi gà hiện đại thường biểu hiện điều đó.

Cá đến từ dòng cá rô phi sông Nin cải tiến. Ảnh: C Greg Lutz

Khoảng 150 năm về trước, sản xuất gia cầm toàn cầu khá tương đồng với sản xuất cá rô phi vào năm 1970. Sản xuất gà theo mùa ở nhiều nơi trên thế giới do những mặt hạn chế về khí hậu và chất dinh dưỡng và đây là một ngành công nghiệp còn rất thô sơ, chủ yếu tập trung vào thị trường địa phương hoặc thị trường khu vực. Kết quả là đã có hàng trăm giống gà được địa phương hóa và việc chăn nuôi các loài gà khác nhau ở các địa phương khác nhau trở thành chỉ tiêu sản xuất.

Trên khắp thế giới trong thế kỷ qua đã chứng kiến sự chuyển dịch từ ngành công nghiệp chưa hoàn chỉnh chủ yếu dựa trên sản xuất tự cung tự cấp và sản xuất trên quy mô nhỏ sang các cơ sở tích hợp theo chiều dọc và các doanh nghiệp sản xuất giống chuyên biệt với nhiệm vụ trọng tâm là cải tiến gen. Xu hướng này tiếp tục cho đến ngày nay khi sản xuất công nghiệp mở rộng ở các quốc gia kém phát triển hơn.

Trọng tâm ban đầu của những người lai tạo gà bao gồm cả sản xuất trứng và thịt trên cùng một loài gà, nhưng chiến lược này đã chuyển sang những mục tiêu chăn nuôi riêng biệt sau Thế chiến thứ nhất. Tại thời điểm đó, việc sản xuất những con gà siêu thịt (được gọi là gà thịt) trở nên khác biệt rõ rệt với việc sản xuất những con gà đẻ trứng. Khi gà thịt lần đầu tiên được thương mại hóa thì sự lựa chọn hàng loạt là cách tiếp cận được sử dụng để cải thiện sản lượng và năng suất thịt. Điều này dẫn đến sự phát triển vừa phải bởi vì vào thời điểm đó, hầu hết các đàn gà sinh sản đã biểu hiện hệ số di truyền trong khoảng từ 0.2 đến 0.4.

Các chương trình nhân giống cá rô phi đang phản ánh các chương trình chăn nuôi gà thịt

Trong ngành công nghiệp cá rô phi, tầm quan trọng của năng suất thịt cuối cùng cũng nhận được sự công nhận nhiều hơn để trở thành một mục tiêu chăn nuôi quan trọng. Hệ số di truyền đối với năng suất phi lê (dao động từ 0.2 đến 0.38 từ 130 đến 210 ngày tuổi) đã được báo cáo từ một quần thể cá rô phi sông Nile ở Brazil (Turra và cộng sự 2012) và hệ số di truyền 0.25 đã được báo cáo từ Malaysia (Nguyễn và cộng sự, 2010), nhưng Gjerde và cộng sự (2012) đã báo cáo một giá trị thấp hơn nhiều là 0.06 của một dòng cá rô phi đến từ Nicaragua. Gần đây hơn, Yoshida và cộng sự (2019) đã báo cáo một sự gia tăng khiêm tốn trong ước tính hệ số di truyền khi họ sử dụng thông tin hệ gen trên một quần thể cá rô phi ở Costa Rica.

Ở gà, chúng ta nhìn thấy có mối tương quan nghịch giữa tốc độ tăng trưởng và khả năng sinh sản, vì vậy khả năng sinh sản là rất quan trọng đối với các dòng gà mái kể cả khi năng suất thịt là mục tiêu cuối cùng đi chăng nữa. Trong các chương trình cải tiến cá rô phi, tốc độ tăng trưởng cũng thường là mục tiêu sinh sản nhưng khả năng thành công và tần suất sinh sản là những mối bận tâm chính đối với các trại giống thương mại. Hệ số di truyền khi sinh sản thành công đã được báo cáo là 0.14 đến 0.22 đối với một quần thể cá rô phi sông Nin ở Việt Nam (tùy thuộc vào mô hình thống kê và thời kỳ sinh sản).

Trong những năm sau Thế chiến thứ hai, các nhà lai tạo gà bắt đầu lai các dòng khác nhau để tạo ra gà thịt con. Lý do là để duy trì các dòng “mái” thể hiện năng suất trứng cao trong khi lai những dòng này với các dòng trống có thể đạt năng suất thấp hơn do kết quả của quá trình chọn lọc khắc nghiệt để tăng trưởng. Thực tế này cũng xảy ra ở nhiều trại giống cá rô phi trên thế giới. Hoạt động chăn nuôi gà thịt hiện đại đã phát triển thành một quá trình kéo dài 5 năm, nơi mà 4 dòng gà khác biệt được lai tạo để cuối cùng tạo ra gà con. Việc lai tạo các dòng khác biệt vẫn chưa phải là một thực tế phổ biến trong sản xuất cá rô phi, nhưng có một khoảng thời gian các loài cá lai khá phổ biến ở Trung Quốc và cả ở Israel. Có một thời, chương trình lai giống của một hoạt động chăn nuôi cá rô phi lớn ở Honduras đã dựa vào sáng tạo lai kép tương tự như những chương trình lai giống được sử dụng trong ngành chăn nuôi gà.

Khả năng kháng bệnh là một thành phần quan trọng của các chương trình nhân giống gà trong nhiều thập kỷ. Đối với cá rô phi, một điểm nhấn tương tự đang được chú trọng. Sự xuất hiện gần đây của vi rút hồ cá rô phi (TiLV) đã gây ra mối quan tâm trên toàn cầu, nhưng nghiên cứu mới cho thấy các chương trình nhân giống nhằm giảm bớt hoặc loại bỏ mối đe dọa này có thể thực hiện được. Bằng cách sử dụng dữ liệu từ 124 họ cá rô phi sông Nin ở Malaysia, các nhà nghiên cứu đã ước tính được hệ số di truyền kháng vi rút hồ cá rô phi (TiLV) nằm trong khoảng từ 0.48 đến 0.56, trong đó tỷ lệ sống sót của họ cá này dao động từ 0% đến 100% (Barria và cộng sự 2020).

Một số mầm bệnh lâu đời hơn ở cá rô phi vẫn đang gây ra nhiều vấn đề lớn. Nhiều trại giống cá rô phi phải vật lộn với vi khuẩn Flavobacterium columnare, đây là tác nhân gây bệnh columnaris (một hệ quả của chứng nhiễm trùng do vi khuẩn Gram âm hình que, hiếu khí gây ra ở các loài cá). Việc nhân giống có chọn lọc đã được chứng minh như một phương tiện cải thiện khả năng kháng khuẩn columnaris ở cá rô phi và phương tiện cải tiến này rất quan trọng đối với các vùng nhiệt đới, nơi mà ở đó không có sẵn vắc xin và tình trạng kháng kháng sinh đang ngày càng gia tăng. Các nhà nghiên cứu làm việc với 4 chủng Chitralada ở Thái Lan đã báo cáo những ước tính của họ về hệ số di truyền đối với khả năng kháng columnaris dao động từ 0.14 đến 0.30 dựa trên các mô hình thống kê khác nhau, trong đó tỷ lệ sống sót của họ cá rô phi từ 8% đến 70% (Wonmongkol và cộng sự 2017). Ảnh hưởng của di truyền học đối với khả năng kháng Streptococcus iniae và S. agalactiae cũng đã được chứng minh bằng các hệ số di truyền tương ứng là 0.52 và 0.38, nhưng khả năng kháng một mầm bệnh dường như không tạo ra sức đề kháng đối với mầm bệnh còn lại (Shoemaker và cộng sự, 2016). Tiến sĩ Carlos Lozano cùng với Spring Genetics tuyên bố rằng “việc chọn lọc để kháng bệnh” là một trong những ưu tiên hàng đầu của ngành cá rô phi nhằm cải tiến di truyền học, ông nói thêm “Đặc biệt là các bệnh như S. Iniae, S. agalactiae, Francisella, TiLV và columnaris.”

Một cá thể cá đến từ dòng cá rô phi sông Nin cải tiến. Ảnh: C Greg Lutz

Vào những năm 1960, các chương trình cải tiến giống gà đã nhấn mạnh tầm quan trọng của hiệu quả chuyển đổi thức ăn. Đặc điểm này khá khó đánh giá ở cá, nhưng nghiên cứu gần đây đã chứng minh khả năng kiểm soát di truyền học vượt trội đáng kể so với đặc điểm này ở cá rô phi sông Nin, có hệ số di truyền được ước tính là 0.32 (de Verdal và cộng sự, 2018). Một mối tương quan di truyền với hiệu quả cho ăn có ý nghĩa là giảm trọng lượng lúc đói (0.80), điều này sẽ cho phép chọn lọc gián tiếp những cá thể có tỷ lệ chuyển đổi thức ăn cao hơn đồng thời tránh được rắc rối trong nhiệm vụ đong đếm lượng thức ăn ăn vào của từng cá thể.

Khi các công cụ di truyền định lượng và các chương trình chọn lọc trở nên phức tạp hơn thì ngành nhân giống gà bắt đầu được củng cố và hầu hết các chương trình nhân giống đã áp dụng các chỉ số chọn lọc bao gồm hơn 40 đặc điểm sinh lý khác biệt bao gồm hiệu quả cho ăn, khả năng kháng bệnh, cấu trúc bộ xương và hành vi. Vào cuối những năm 2000, chỉ có ba công ty nhân giống lớn chiếm lĩnh thị trường: Cobb-Vantress, Aviagen và Group Grimaud (một công ty đa loài có trụ sở tại Châu Âu cũng có hứng thú đối với các loài nuôi trồng thủy sản).

Các công cụ cải tiến di truyền dành cho gà đã “tiến hóa” theo thời gian từ quy trình chọn lọc hàng loạt, chọn lọc chỉ số, sử dụng các ước tính BLUP (phương pháp ước tính giá trị giống chính xác nhất dựa trên cơ sở giá trị kiểu hình của bản thân con giống cũng như của các con giống họ hàng, trong đó ảnh hưởng của một số nhân tố ngoại cảnh được loại trừ) đến chọn lọc nhờ vào chỉ thị phân tử liên kết với tính trạng mục tiêu và hiện nay việc chọn lọc bộ gen đang trở thành tiêu chuẩn. Khi tôi yêu cầu Tiến sĩ Lozano trích dẫn một số phát triển quan trọng nhất trong việc cải tiến cá rô phi trong những năm gần đây thì ông chỉ ra: “Sự phát triển gần đây của SNP chip (vi mạch đa hình nu-clê-ô-tít đơn) dành cho cá rô phi đã cho phép đưa vào các chương trình chọn lọc dựa vào chỉ thị phân tử liên kết với tình trạng mục tiêu (MAS) và chọn lọc bộ gen trong các chương trình nhân giống cá rô phi (ví dụ: Spring Genetics và GenoMar). Điều này đặc biệt quan trọng đối với khả năng kháng bệnh, nơi thường được sử dụng họ cá rô phi chọn lọc và các ứng cử viên được lựa chọn dựa trên kết quả biểu hiện của những cá thể có chung bố mẹ với chúng. Bằng bộ gen chọn lọc, chúng tôi có thể chọn lọc các ứng cử viên dựa trên phẩm chất di truyền cá nhân của của chúng. Công nghệ chỉnh sửa gen gần đây cũng đã được AquaBounty áp dụng và được chấp thuận đối với cá rô phi sông Nin ở Argentina.”

Vì có rất ít nhân di truyền nên các dòng gà công nghiệp hiện đại phải thích nghi với các điều kiện được tìm thấy trên toàn cầu. Không giống như một thế kỷ trước thời điểm mà bất kỳ giống gà địa phương nào cũng có thể được tìm thấy trên khắp thế giới, những con gà do các tập đoàn lớn này sản xuất phải có khả năng thích nghi với nhiều điều kiện chăn nuôi và chế độ ăn khác nhau. Mối xung đột tiềm ẩn giữa các hoạt động chăn nuôi tập trung và vô số các môi trường chăn nuôi thương phẩm này rốt cuộc có thể trở thành một vấn đề đối với các nhà sản xuất cá rô phi khi các dòng cải tiến được phổ biến trên toàn cầu. Khi được hỏi về vấn đề này, Tiến sĩ Lozano đã đưa ra nhận xét: “Tôi hình dung việc phổ biến di truyền học ưu việt chủ yếu dành cho các nhà sản xuất trên quy mô công nghiệp. Đối với các nhà sản xuất quy mô nhỏ thì tỷ suất lợi nhuận thấp có thể hạn chế khả năng tiếp cận nguồn cung ứng cá con chất lượng cao của họ.”

Những con gà hiện đại phần lớn có nguồn gốc từ loài gà rừng lông đỏ, nhưng có ít nhất một loài có liên quan khác xuất hiện để góp phần tạo nên loài gà mà chúng ta nuôi ngày nay. Nhiều dòng cá rô phi sông Nin cũng có những đóng góp về mặt di truyền học từ các loài khác. Tuy nhiên, trong khi bộ gen của gà hiện đại đã tương đối ổn định trong thế kỷ qua thì cột mốc quan trọng này vẫn chưa đạt được ở cá rô phi. Không phải tất cả cá rô phi đều được tạo ra như nhau. Các nhà nghiên cứu ở Thái Lan đã sử dụng các chỉ thị phân tử microsatellite (những trình tự đặc biệt của DNA mà có chứa sự lặp lại nối tiếp từ 2 đến 6 cặp bazơ) để kiểm tra những thay đổi đối với bốn dòng cá rô phi sông Nin (Oreochromis niloticus) có nguồn gốc từ chủng cá rô phi nuôi được cải tiến về mặt di truyền (GIFT) và đối với hai dòng có nguồn gốc từ chủng Chitralada địa phương. Ba trong số bốn quần thể có nguồn gốc từ cá rô phi nuôi được cải tiến về mặt di truyền (GIFT) vẫn tương đối “thuần chủng”, không có sự suy thoái trong biến thể di truyền. Tuy nhiên, một trong những quần thể có nguồn gốc từ GIFT cho thấy mức độ xâm nhập cao từ chủng Chitralada và các quần thể có nguồn gốc từ Chitralada biểu hiện sự xâm nhập từ dòng GIFT. Sự xâm nhập từ cá rô phi đen cũng được quan sát thấy đối với một trong những dòng có nguồn gốc từ Chitralada và từ cá rô phi xanh đối với một trong những dòng có nguồn gốc từ GIFT (Sukmanomon và cộng sự 2011).

Một con cá rô phi Chitralada đỏ Colombia được lai tạo. Ảnh: C Espejo Genipez Viterbo

Tình huống có liên quan đến một số dấu hiệu chuẩn hóa bộ gen thậm chí còn trở nên phức tạp hơn đối với cá rô phi đỏ. Ở nhiều nơi trên thế giới, những người tiêu dùng yêu cầu cá có màu đỏ. Mặc dù màu đỏ đã được xác định ở cá rô phi sông Nin (dòng “Stirling đỏ”) thông qua việc phân lập và nhân giống một thể đột biến màu đỏ đơn lẻ (McAndrew và cộng sự 1988, Hussain 1994), hầu hết các dòng cá rô phi đỏ đều có những đóng góp về mặt di truyền từ một số các loài khác nhau bao gồm cá rô phi đen và cá rô phi Wami tăng trưởng chậm hơn (Desprez và cộng sự, 2006). Trong những năm gần đây, những nỗ lực phát triển các dòng cá rô phi sông Nin đỏ thương phẩm khoe mạnh đã được nâng cao thông qua việc lai tạo cá Stirling đỏ với các chủng có tốc độ tăng trưởng nhanh như GIFT và Chitralada (Lago và cộng sự, 2017). Tại Colombia, một đồng nghiệp của tôi tên là Carlos Espejo đã áp dụng một chiến lược tương tự đó là lai nhiều giống loài cá đỏ địa phương khác nhau với cá trong tự nhiên có nguồn gốc từ Chitralada.

Cũng như hầu hết các giống gà “không được cải tiến” sẽ không có biểu hiện tốt trong các chuồng nuôi gà thương phẩm, hầu hết các loài gà công nghiệp sẽ không sống lâu tại các trang trại của những người nông dân tự cung tự cấp trên toàn cầu. Nhiều giống gà địa phương tiếp tục tồn tại trên khắp thế giới và bỏ qua hết tất cả các chương trình lai tạo và lai tạp đã xảy ra trong thế kỷ qua, ngay cả trong phạm vi cá rô phi sông Nin thuần chủng thì một biến thể tương tự như vậy cũng có thể được tìm thấy trong mối liên kết của các chủng địa phương và khu vực. Châu Phi nói chung là một khu vực cần được quan tâm về mặt bảo tồn nguồn gen nằm rải rác trong hàng trăm đàn cá rô phi sông Nin thả nuôi tại địa phương. Đối với trường hợp ở gà, nhiều giống gà châu Âu, châu Á và Bắc Mỹ đã được công nhận trong lịch sử đã được tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO) báo cáo là đã tuyệt chủng vào năm 2007, chúng đã được thay thế bởi các giống gà hiện đại. Nhiều giống gà khác được liệt kê là có nguy cơ bị tuyệt chủng tại thời điểm đó. Tuy nhiên, ở những vùng mà hoạt động chăn nuôi tự cung tự cấp vẫn đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động sản xuất lương thực thì các giống gà bản địa vẫn tiếp tục tồn tại nhờ vào khả năng thích nghi với điều kiện địa phương được tích lũy. Hy vọng điều tương tự cũng sẽ đúng đối với cá rô phi.