Bài giảng Nhập môn chăn nuôi - Chương 2: Di truyền và nhân giống vật nuôi

Chương 2 DI TRUYỀN VÀ NHÂN GIỐNG VẬT NUÔI NỘI DUNG • Di truyền học • Chọn giống vật nuôi • Nhân giống vật nuôi DI TRUYỀN HỌC • Là môn khoa học nghiên cứu cách thức các cơ thể sống thừa hưởng những đặc tính từ tổ tiên của chúng. • Nghiên cứu sự di truyền – cách thức qua đó các tính trạng của bố mẹ được truyền cho các thế hệ sau. Các lĩnh vực của di truyền • Di truyền chuyển tiếp • Di truyền phân tử • Di truyền quần thể • Xác định các gen ảnh hưởng tới một tính trạng nào đó. • Cách thức qua đó các gen này được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác hoạc từ từ tế bào này sang tế bào khác. Di truyền chuyển tiếp • Di truyền chất lượng/di truyền Menden nghiên cứu các tính trạng biến động một cách rời rạc. • Di truyền số lượng nghiên cứu các tính trạng biến động một cách liên tục và các cơ chế đằng sau chúng. Có thể coi như là một sự phát triển mở rộng của di truyền Menden mà ở đó tác động cộng gộp của nhiều gen dã dẫn tới giá trị kiểu hình của tính trạng phân phối liên tục. Di truyền chuyển tiếp Di truyền phân tử • Nghiên cứu cấu trúc và chức năng của gen, VD thành phần hóa học của gen • Và sự biểu hiện của chúng trong việc xác định cấu trúc của protein, thành phần cấu trúc quan trọng nhất của tế bào. Di truyền quần thể • Nghiên cứu về đặc điểm phân bố của các gen trong quần thể sinh vật • Và sự thay đổi cấu trúc gen của các quần thể. Hệ gen và kiểu gen • Tập hợp toàn bộ vật chất di truyền của một tế bào hay một cơ thể sống được gọi là hệ gen (genome). • Phiên bản cụ thể của hệ gen mà một cá thể mang được gọi là kiểu gen, đó là tập hợp của các gen. • Một gen được định nghĩa là một đơn vị nhỏ nhất của sự di truyền Tế bào và nhiễm sắc thể • Tất cả các loại động vật đều được cấu tạo từ các đơn vị cấu trúc nhỏ gọi là tế bào. • Các thành phần chính của tế bào là nhân, tế bào chất và màng. • Nhân tế bào có chứa các nhiễm sắc thể. • Mỗi loài vật sở hữu một bộ nhiễm sắc thể với số lượng đặc thù cho loài đó. • Nhiễm sắc thể tồn tại thành từng cặp ở tất cả các tế bào, ngoại trừ tinh trùng và tế bào trứng. Nhiễm sắc thể và gen • Mỗi nhiễm sắc thể chứa một phân tử hóa học dài gọi là DNA (phân tử axit deoxyribonucleic) • Một gen là một đoạn cấu trúc của sợi DNA. • Nó mang thông tin được mã hóa dưới dạng trình tự của các nucleotid (đơn vị hóa học) Gen và kiểu gen • Trình tự của hầu hết các gen sẽ quy định cho trình tự của các amino axit đặc thù của các phân tử protein. • Protein quyết định biểu hiện kiểu hình của một tính trạng. • Các gen có thể biểu hiện thành kiểu hình thông qua một trong hai cách: tác động cộng gộp hoặc riêng rẽ Gen và alen • Các dạng khác nhau của một gen được gọi là alen. • Ví dụ ở cây đậu Hà lan: Y là alen cho kiểu hình hạt vàng và y là alen cho kiểu hình hạt xanh. • Động vật và thực vật mang một cặp của mỗi gen, do đó mỗi cây đỗ có thể có kiểu gen YY, Yy hay yy. • Vì alen Y là alen trội (viết hoa) nên cá thể có kiểu gen Yy sẽ có kiểu hình màu vàng. Gen trội và gen lặn • Gen trội là gen mà lấn át ảnh hưởng của gen khác trong cặp. • Gen lặn là gen bị lấn át bởi gen trội Trội không hoàn toàn • Là khi một gen không lấn át hoàn toàn ảnh hưởng của gen khác trong một cặp gen và dẫn tới kết quả là sự biểu hiện kết hợp hai tính trạng • Ví dụ: màu lang ở bò hay ngựa: RR x WW = RW Đỏ x trắng = Lang trắng đỏ lang – lẫn lộn giữa lông màu trắng và đỏ Đồng hợp tử và dị hợp tử • Đồng hợp tử: một cá thể có hai alen giống nhau tại một locus trên nhiễm sắc thể • Dị hợp tử: một cá thể có hai alen khác nhau tại một locus trên nhiễm sắc thể • VD: ALen B – quy định mắt nâu b - quy định mắt xanh Kiểu gen B B Đồng hợp tử B b Dị hợp tử b b Đồng hợp tử Kiểu hình Mắt nâu Mắt nâu Mắt xanh Kiểu gen và kiểu hình • Kiểu gen: kiểu gen (bộ alen) của một con vật hay một tính trạng nhất định được ký hiệu bằng các chữ cái. • VD: PP, AA, Pp, Aa, aa • Kiểu hình: diện mạo, đặc điểm của một đặc tính nào đó được diễn tả bằng từ. • VD: có sừng hoặc không có sừng Xác định giới tính Các nhiễm sắc thể giới tính: • Động vật có vú: – Con đực: XY – Con cái: XX • Gia cầm: – Con cái: ZW – Con đực: ZZ Tính trạng liên kết với giới tính • Là các tính trạng được quy định bởi các gen nằm trên nhiễm sắc thể giới tính • Vd: tính trạng mù màu xanh và đỏ – 2:25 ở con đực – 1:150 ở con cái Đột biến • Khi một tính trạng mới không có ở bố hay mẹ • VD: giống bò Hereford không sừng mới, được tạo ra từ lai hai giống bò có sừng • Nguyên nhân: trình tự của DNA bị thay đổi Các giao tử • Tế bào trứng hay tinh trùng trưởng thành • Mỗi giao tử có bộ nhiễm sắc thể đơn bội Hợp tử • Sự kết hợp của hai giao tử thuộc hai giới tính khác nhau sẽ hình thành nên hợp tử, đây là tế bào khởi nguồn đầu tiên của một cơ thể mới. • Hợp tử chứa bội nhiễm sắc thể lưỡng bội. • Trong suốt quá trình giảm phân, các cặp allen khác nhau có thể được sắp xếp thành các tổ hợp mới Hợp tử có nhiều kiểu gen khác nhau và khác với kiểu gen của cha mẹ Biến dị/Di truyền • Không phải tất cả sự khác biệt giữa các cơ thể sống đều do di truyền • Một vài sự biến dị là do tác động của môi trường mà sinh vật sinh sống Sự phân bố của gen trong quần thể • Các quần thể sinh vật khác nhau có tần số các alen khác nhau . • Định luật Hardy-Weinberg: trong điều kiện giao phối ngẫu nhiên và không có sự thay đổi tần số alen, cấu trúc của một quần thể có thể được mô tả bởi p2 kiểu gen AA là, pq kiểu gen Aa và q2 kiể gen aa. • Trong đó p và q là tần số các alen A và a trong quần thể. Sự tiến hóa di truyền • Sự cân bằng của quần thể theo định luật Hardy-Weinberg có thể bị thay đổi do đột biến, chọn lọc, sự thay đổi ngẫu nhiên tần số alen (sự trôi dạt di truyền) và sự di cư (áp lực tiến hóa) • Bốn quá trình tiến hóa chính: chọn lọc tự nhiên, trôi dạt di truyền, đột biến và dòng gen Giá trị kiểu hình • Giá trị kiểu hình (P) của một cá thể là sự tác động kết hợp giữa giá trị kiểu gen (G) và sự sai khác về môi trường (E): P = G + E Giá trị kiểu gen • Tác động kết hợp của tất cả các gen bao gồm các gen trong nhân, các gen ty thể và sự tương tác giữa các gen. • Thường được chia nhỏ thành hợp phần cộng gộp (A) và hợp phần trội (D). • A là tác động cộng gộp của các gen riêng rẽ • D là kết quả của sự tương tác giữa các gen Sự sai khác môi trường • Sự sai khác môi trường có thể được chia nhỏ thành yếu tố môi trường thuần túy (E) và sự tương tác (I) diễn tả sự tương tác giữa gen và môi trường. Các thành phần của kiểu hình • Giá trị kiểu hinh có thể được mô tả bởi: P = A + D + E + I • Sự đóng góp của những thành phần này không xác định được qua từng cá thể nhưng có thể được ước tính trên cả quần thể thông qua ước lượng phương sai của các thành phần này biểu thị qua công thức: VP = VA + VD + VE + VI Hệ số di truyền • Hệ số di truyền của một tính trạng là tỷ lệ của tổng phương sai (phương sai kiểu hình, Vp) mà gây ra do phương sai kiểu gen • Tổng phương sai kiểu gen (VG) là hệ số di truyền theo nghĩa rộng (H2), trong khi chỉ phương sai kiểu gen do tác đọng cộng gộp (VA) được dùng để chỉ hệ số di truyền theo nghĩa hẹp (h2). • Hệ số di truyền (h2) cho biết một tính trạng sẽ đáp ứng như nào với sự chọn lọc tự nhiên hay chọn lọc nhân tạo. CHỌN GIỐNG VẬT NUÔI – Mục đích – Phương pháp Mục đính của chọn giống • Để xác định và chọn lọc được những con vật tốt nhất có sở hữu một tỷ lệ lớn những gen tốt quy định một hoặc nhiều tính trạng mong muốn để sử dụng cho nhân giống Phương pháp chọn giống • Chọn lọc cá thể chỉ sử dụng thông tin của từng ứng viên cho chọn lọc • Chọn lọc trong gia đình sử dụng những cá thể tốt nhất từ mỗi gia đình để làm giống • Chọn lọc giữa các gia đình sử dụng cả gia đình để chọn lọc • Các phương pháp khác sử dụng riêng rẽ hay kết hợp các thông tin của họ hàng hay con cháu để chọn lọc. • Công nghệ hiện đại sử dụng tất cả các thông tin trên cùng lúc và có độ chính xác cao hơn. NHÂN GIỐNG VẬT NUÔI • Nhân giống thuần • Lai giống Nhân giống là các hoạt động thực tiễn chăn nuôi nhằm đảm bảo những tính trạng nhất định được truyền từ các thế hệ bố mẹ cho các thế hệ sau Nhân giống thuần • Cho giao phối giữa các cá thể đực cái trong cùng một giống. • Nhằm mục tiêu thiết lập và duy trì ổn định các tính trạng mà con vật sẽ truyền cho thế hệ tiếp theo. • Để cung cấp vật chất di truyền (đàn hạt nhân) cho các đàn nuôi thương phẩm. • Đàn hạt nhân cung cấp con đực hoặc cái giống cho các cơ sở sản xuất đàn hạt nhân khác hoặc cho các cơ sở nuôi thương phẩm khác. Nhân giống cận huyết • Là việc tạo ra các thế hệ con cháu bằng việc cho giao phối giữa các cặp bố mẹ có họ hàng gần • Cận giao là một dạng của nhân giống cận huyết mà ở đó các cặp bố mẹ có quan hệ rất gần (ví dụ con dực với con gái của nó, con cái với con trai của nó, hoặc giữa các anh chị em ruột thịt vvv. • Làm tăng nguy cơ biểu hiện các gen lặn không mong muốn  Sự suy thoái cận huyết Tại sao cần nhân giống cận huyết? • Với mục đính củng cố di truyền những tính trạng mong muốn của những giống nhất định. • Có thể loại những những đặc điểm không mong muốn khỏi đàn. Ưu điểm / Nhược điểm • Ưu điểm: – Tạo thành các gia đình – Tạo ra đàn giống – Tạo ra các dòng để lai giống – Xác định giá trị di truyền • Nhược điểm: – Sụt giảm năng suất sinh sản – Sụt giảm thể chất – Giảm tỷ lệ sống sót – Giảm tốc độ sinh trưởng Ví dụ về suy thoái cận huyết Nhân giống theo dòng • Là dạng thức nhân giống thuần bảo thủ nhất mà ở đó có sự giao phối giữa các con vật có họ hàng gần hoặc xa • Nhằm mục đính là để truyền phần lớn các gen của một tổ tiên xuất sắc nhất từ thế hệ này sang thế hệ khác mà không dẫn tới sự tăng tần số của các tính trạng không mong muốn, những tính trạng mà thường gắn liền với cận giao. Nhân giống theo dòng • Ít cơ hội biểu hiện những tính trạng không mong muốn • Ít có cơ hội có được những con vật siêu trội về mặt di truyền • Được xem là ở mức trung gian Nhân giống ngoại huyết • Sự giao phối giữa các con vật thuộc các gia đình khác nhau trong cùng một giống • Là hệ thống nhân giống tương đối an toàn • Ít khả năng hai cá thể không có họ với nhau cùng mang gen không mong muốn giống nhau và truyền cho thế hệ sau • Làm tăng tính đa dạng di truyền Lai giống • Là sự giao phối giữa hai con vật thuộc các giống khác nhau • Hai ưu điểm nổi bật: – Kết hợp giống: các giống được lựa chọn có những tính trạng bổ sung nhau sẽ làm tăng cường giá trị kinh tế của thế hệ sau – Ưu thế lai • Làm con lai có sức sản xuất cao hơn mức trung bình của các cặp bố mẹ • Một vài giống có thể tạo ra ưu thế lai cao hơn các nhóm khác Các phương pháp lai giống Các phương pháp lai giống được áp dụng nhiều nhất bao gồm: • Lai hai giống • Lai luân chuyển hai giống • Lai luân chuyển ba giống • Lai kết thúc sử dụng ổn định đực giống Lai hai giống • Bao gồm việc duy trì một đàn cái thuần của một giống và cho cả đàn cái này giao phối với một đực giống của một giống khác • Khai thác ưu thế lai trực tiếp (những ưu thế của con lai), chứ không phải là ưu thế lai của dòng mẹ (ưu thế của một con bò mẹ lai). • Để duy trì chương trình giống, những con cái hậu bị thuần được mua về để thay thế đàn Lai hai giống Giống A X F1 (A x B) nuôi thương phẩm Giống B Lai luân chuyển hai giống • Các con đực thuộc hai giống được sử dụng. • Những con cái của giống này sẽ được phối giống với con đực của giống khác. • Sau một vài thế hệ gần như 2/3 vật chất di truyền của mỗi bê sẽ là từ giống ban đầu và 1/3 vật chất di truyền là từ giống khác Lai luân chuyển hai giống Tăng tỷ lệ vật chất di truyền của giống B X Đực iống B Đực giống A X Cái thay thế Cái thay thế Tăng tỷ lệ vật chất di truyền của giống A Lai luân chuyển ba giống • Ba giống được sử dụng • Con cái được phối giống với con đực của giống mà ít có họ với chúng nhất (the sire breed of their maternal grandam) • Hầu như tất cả các ưu thế lai được thể hiện • Có tiềm năng trong việc tổ hợp ra các giống đặc biệt xuất sắc. Lai luân chuyển ba giống Tăng vật chất di truyền giống B Tăng vật chất di truyền giống C X Đực giống C Đực giống A X Tăng vật chất di truyền giống A Đực giống B X Cái thay thế Cái thay thế Cái thay thế Lai kết thúc sử dụng ổn định đực giống • Những con cái F1 được lai kết thúc với con đực của giống thứ ba. • Tất cả các con con được bán • Có thể tối đa được ưu thế lai và sự tổ hợp các đặc tính tốt của các giống. Sơ đồ lai kết thúc sử dụng ổn định đực giống F1 (AxB) con cái dòng mẹ Giống C Kết thúc X F1 C x (A x B) bán