Đa dạng di truyền của cá hường (Helostoma temminckii) ở Đồng bằng sông Cửu Long

- ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA CÁ HƯỜNG (Helostoma temminckii) Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG.
- Cá hường, đa dạng di truyền, gene mã vạch, Helostoma temminckii, ISSR.
- Mức độ đa dạng di truyền của các đàn cá hường ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long được đánh giá dựa vào chỉ thị inter-simple sequence repeats (ISSR).
- Trước hết, mẫu cá nghiên cứu (một hoặc hai mẫu được lấy ngẫu nhiên từ mỗi đàn) được kiểm tra định danh loài bằng phương pháp phân tích trình tự gene DNA mã vạch (gene COI) và so sánh với ngân hàng gene (Genbank).
- Sau đó, mức độ đa dạng di truyền của bốn đàn cá được phân tích (20-21 mẫu/đàn) với sáu chỉ thị ISSR.
- Kết quả phân tích trình tự gene COI cho thấy cá hường trong nghiên cứu có mức độ tương đồng cao 99,2% so với các mẫu cùng loài (Helostoma temminckii) được công bố ở Genbank.
- Nhìn chung, cá hường có mức độ đa dạng di truyền tương đối cao.
- Trong đó, các thông số đa dạng di truyền cao nhất ở đàn cá Hậu Giang và thấp nhất ở đàn cá tự nhiên Láng Sen.
- Do đó, đàn cá Láng Sen cần được bảo tồn và áp dụng chương trình bổ sung quần đàn hợp lý..
- Đa dạng di truyền của cá hường (Helostoma temminckii) ở Đồng bằng sông Cửu Long.
- Đa dạng di truyền có vai trò quan trọng đối với quần thể nuôi và tự nhiên, thể hiện khả năng thích nghi của quần thể với sự thay đổi của môi trường (Allendorf and Luikart, 2007).
- Trong điều kiện nuôi, nguồn cá bố mẹ có đa dạng di truyền thấp có thể dẫn đến chất lượng con giống thấp, biểu hiện tỉ lệ chết cao, mẫn cảm với mầm bệnh, tăng trưởng chậm,… (Tave, 1993).
- Trong tự nhiên, quần thể có đa dạng di truyền thấp sẽ có nguy cơ cao giảm số lượng cá thể và có thể dẫn đến tiệt chủng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt (Frankham, 2005).
- Vì vậy, thông tin về mức độ đa dạng di truyền của quần thể giúp cho người quản lý có những biện pháp thích hợp trong chọn giống đối với quần thể nuôi cũng như trong bảo tồn đối với quần thể tự nhiên..
- Cá hường (Helostoma temminckii) là một trong những đối tượng nuôi nước ngọt phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL).
- Tuy nhiên, những thông tin về nguồn gốc và mức độ đa dạng di truyền của loài chưa được nghiên cứu.
- Trên thế giới, theo Rainboth (1996), cá hường phân bố ở châu Á, từ Thái Lan đến Indonesia và chúng được tìm thấy ở các vùng nước chảy chậm hoặc nước đứng ở các con kênh, vùng ngập nước, ao, hồ,....
- Song, ở ĐBSCL nói riêng và ở Việt Nam nói chung, nguồn gốc cá hường chưa được báo cáo rõ ràng.
- Hiện nay, chỉ thị DNA được dùng phổ biến trong nghiên cứu đa dạng di truyền của các giống, loài thủy sản như ISSR (Inter simple sequence repeats) (Casu et al., 2008.
- Trong nghiên cứu này, chỉ thị ISSR được ứng dụng để đánh giá sự đa dạng di truyền của cá hường sống trong môi trường tự nhiên và trong ao.
- nuôi ở các địa phương vùng ĐBSCL, nhằm cung cấp thông tin cho các chương trình chọn giống và bảo vệ nguồn lợi cá hường.
- 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Thu mẫu cá.
- Cá hường được thu từ một quần thể cá tự nhiên ở Khu bảo tồn đất ngập nước Láng Sen (tỉnh Long An) và ba quần thể nuôi trong ao ở các tỉnh Cần Thơ, Hậu Giang và Trà Vinh.
- Mẫu cá được giữ sống hoặc giữ lạnh và được chuyển về phòng thí nghiệm di truyền Khoa Thủy Sản.
- Sau đó, mỗi quần thể được lấy ngẫu nhiên 20-21 cá thể cho phân tích ISSR, bằng cách cắt một mẫu nhỏ khoảng 0,1 – 0,2 g vi đuôi (hoặc cơ) và giữ mẫu trong tuýp 1,5 mL chứa ethanol 95% đến khi phân tích..
- Năm mẫu cá được lấy ngẫu nhiên từ 4 đàn cá (2 mẫu từ đàn cá Láng Sen) và được phân tích gene Cytochrome C oxydae subunit I (COI) trên ti thể.
- 2.2.3 Phương pháp PCR với các mồi ISSR Sau khi sàng lọc và chuẩn hóa 10 mồi ISSR, sáu mồi (Bảng 1) cho kết quả vạch rõ ràng và đa hình cao được chọn để phân tích đa dạng di truyền của cá hường..
- Bảng 1: Sáu loại mồi ISSR được dùng trong nghiên cứu.
- Đối với số liệu ISSR, tính toán các thông số di truyền cho mỗi quần thể được thực hiện bằng chương trình GenAIEx 6,5 (Peakall and Smonse, 2012), bao gồm số lượng alen quan sát (na) và mong đợi (ne), phần trăm của gene đa hình (%P), tỉ lệ dị hợp mong đợi (He), chỉ số Shannon, và phân tích PCoA (Principal Coordinates Analysis)..
- Chương trình Popgene 1,3 (Yeh et al., 1999) được sử dụng để đánh giá mức độ tương đồng về di truyền (genetic identity) (Nei, 1972), khoảng cách di truyền (genetic distance) giữa các quần thể và vẽ cây di truyền theo phương pháp Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean (UPGMA)..
- 3 KẾT QUẢ.
- 3.1 Kết quả định danh cá hường bằng DNA mã vạch.
- Đoạn gene COI của cá hường có chiều dài là 630 bp được so sánh với cơ sở dữ liệu trên Genbank và Boldsystems.
- Kết quả so sánh trình tự (alignment) giữa mẫu cá nghiên cứu với mẫu Genbank (KM213052.1) có mức tương đồng cao nhất (99,2%) được thể hiện ở Hình 1.
- Tại thời điểm truy cập, hai hệ thống dữ liệu Genbank và BOLDsystems chỉ có năm trình tự cá hường nêu trên trong họ.
- Khi so với cá khác loài có dữ liệu ở Genbank và BOLDsystems, cá hường có mức độ tương đồng gần nhất với loài Lutjanus fulvus (thuộc bộ Perciformes) là 83,6% và so với cá rô đồng (Anabas testudineus) cùng thuộc bộ Anabantiformes là 78,6%.
- Mức độ tương đồng của các loài được thể hiện qua cây di truyền ở Hình 2..
- Như vậy, mẫu cá hường trong nghiên cứu có tên khoa học Helostoma temminckii, đúng như định danh hình thái ban đầu..
- Hình 1: Kết quả so sánh trình tự mẫu cá hường trong nghiên cứu (Query) với mẫu cùng loài (Helostoma temminckii) có số truy cập Genbank là KM213052.1 (Sbjct).
- Hình 2: Cây di truyền* của cá hường nghiên cứu (VN) so với cùng loài có trình tự ở Genbank và hai loài cá khác – A.
- (*Ghi chú: Cây di truyền được ước tính theo phương pháp Neighbor-Joining.
- 3.2 Đa dạng di truyền của cá hường 3.2.1 Các thông số đa dạng di truyền của các đàn cá hường.
- Bốn đàn cá được đánh giá sự đa dạng di truyền gồm có 82 cá thể.
- tỉ lệ gene đa hình và tỉ lệ dị hợp của các quần thể cá hường tương đối cao với giá trị dao động lần lượt là và Bảng 2).
- Trong đó, đàn cá Hậu Giang có các thông số đa dạng di truyền cao nhất, như tỉ lệ gene đa hình 90,36%, số alen hiệu quả 1,387, tỉ lệ dị hợp mong đợi 0,245 và chỉ số Shannon 0,386.
- Trong khi đó, đàn cá ở Long An (Láng Sen) có các thông số đa dạng di truyền thấp nhất (Bảng 2)..
- Bảng 2: Các thông số đa dạng di truyền (TB ± ĐLC) của các quần thể cá hường.
- 3.2.2 Khoảng cách di truyền của các đàn cá hường.
- Khoảng cách di truyền của bốn đàn cá hường dao động trong khoảng từ .
- Trong đó, khoảng cách di truyền giữa hai đàn Cần Thơ và Trà.
- Ngược lại, mức độ tương đồng di truyền của các đàn cá dao động từ trong đó mức độ tương đồng lớn nhất là giữa đàn Cần Thơ và Hậu Giang (Bảng 3)..
- Bảng 3: Mức độ tương đồng di truyền – Nei’s genetic identity (phía dưới dấu.
- và khoảng cách di truyền – Nei’s genetic distance (phía trên dấu.
- của bốn đàn cá.
- Kết quả phân tích biến động di truyền cấp phân tử (AMOVA) của cá hường cho thấy sự biến động.
- di truyền trong cùng một đàn chiếm 83% và giữa các đàn chiếm 17% (Bảng 4)..
- Bảng 4: Biến động di truyền (AMOVA) của các quần thể cá hường.
- Giữa các quần thể .
- Trong cùng quần thể .
- Hình 3: Cây di truyền theo phương pháp UPGMA của cá hường ở bốn quần thể.
- Mối quan hệ di truyền giữa các đàn cá được thể hiện qua cây di truyền (Hình 3).
- Bốn đàn cá được chia làm 2 nhánh, nhánh Long An (Láng Sen.
- Hai quần thể cùng một nhánh (Cần Thơ – Hậu Giang và Long An (Láng Sen.
- Trà Vinh) có khoảng cách di truyền thấp nhất hay mức độ tương đồng lớn nhất (Bảng 4).
- Ngoài ra, mối quan hệ giữa các đàn cá còn được thể hiện thông qua kết quả phân tích nhóm (Hình 4).
- Trên trục tọa độ, đàn cá Cần.
- Đồng thời, các cá thể của đàn Cần Thơ và Hậu Giang phân bố rộng trên trục tọa độ, thể hiện mức độ đa dạng di truyền cao hơn so với các cá thể ở hai đàn cá còn lại.
- Trục tọa độ 2 với tỉ lệ 19,8% thể hiện sự khác biệt giữa các cá thể rõ hơn giữa các quần thể..
- Hình 4: Kết quả phân tích nhóm (PCoA) giữa các đàn cá hường dựa trên 6 chỉ thị ISSR 4 THẢO LUẬN.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy bốn quần thể cá hường thể hiện sự đa dạng di truyền tương đối cao (tỉ lệ gene đa hình tỉ lệ dị hợp mong đợi và chỉ số Shannon và cao hơn khi so sánh với các loài cá khác được đánh giá dựa trên cùng loại chỉ thị ISSR.
- Một nghiên cứu khác của Ebied et al.
- Ở Brazil, cá hải tượng long (Arapaima gigas) thu từ bốn quần thể khác nhau có tỉ lệ đa hình cao nhất là 56,5% và tỉ lệ dị hợp là 0,190 (Vitorino et al., 2015).
- Nghiên cứu trên cá rô đồng ở ĐBSCL với năm chỉ thị ISSR và một RAPD.
- Phạm Thị Trang Nhung và Dương Thúy Yên (2014) báo cáo tỉ lệ gen đa hình và tỉ lệ dị hợp của bốn quần thể cá rô dao động trong các khoảng lần lượt là và .
- Trong bốn đàn cá hường, đàn cá Hậu Giang thể hiện sự đa dạng di truyền cao nhất và cá ở Long An (Láng Sen) thấp nhất.
- Sự đa dạng di truyền của mỗi quần thể phụ thuộc vào các yếu tố bên trong của quần thể (như kích cỡ quần thể [population size],.
- sự biến đổi di truyền ngẫu nhiên [random genetic drift], chọn lọc tự nhiên và đột biến) và yếu tố bên ngoài của quá trình trao đổi gene giữa các quần thể (Allendorf and Luikart, 2007).
- Đàn cá ở khu bảo tồn Láng Sen sống thành bầy đàn với số lượng cá thể ít nên kích cỡ quần thể nhỏ trong một khoảng thời gian dài.
- Ở những quần thể nhỏ, quá trình biến đổi di truyền ngẫu nhiên tác động mạnh, làm cho một số gene mất đi hoàn toàn (Lacy, 1987) và quá trình mất gene xảy ra nhanh và mạnh hơn quá trình tạo biến dị mới do đột biến gene (Avise, 2000)..
- Hơn nữa, đàn cá Láng Sen không có sự trao đổi gene với các quần thể khác nên không có nguồn cung cấp biến dị mới từ bên ngoài.
- Ngoài ra, mức độ đa dạng di truyền thấp còn có thể là do những biến động của kích cỡ quần thể qua các thế hệ (Turner et al., 2004).
- Do sống trong môi trường tự nhiên nên cá hường Láng Sen phải đối phó với sự biến động của các yếu tố môi trường cũng như sự đe dọa của các loài cá ăn thịt khác (cá lóc bông)..
- Số lượng cá thể trong quần thể quá ít dẫn đến khả năng lai cận huyết có thể xảy ra.
- Do đó, đa dạng di truyền của quần đàn nơi đây dần bị suy giảm theo thời gian.
- Trong khi đó, các đàn cá hường nuôi ở các tỉnh (đặc biệt là ở Hậu Giang) có thể được thay đổi, bổ sung qua các thế hệ (thu hoạch và thả mới) nên vẫn thể hiện sự đa dạng di truyền cao hơn.
- Tuy nhiên, mức độ chênh lệch về các thông số đa dạng di truyền giữa các quần thể là tương đối nhỏ..
- Một số nghiên cứu sử dụng các chỉ thị khác cũng cho thấy cá nuôi có sự đa dạng di truyền cao hơn cá sống trong môi trường tự nhiên.
- Cụ thể, trong nghiên cứu so sánh về di truyền của cá tráp (Sparus aurata) nuôi và tự nhiên ở Tây Ban Nha, Alarcon et al.
- (2004) nhận thấy các mẫu cá ở 2 vùng nuôi có sự đa dạng di truyền cao nhất dựa trên kết quả phân tích ba loại chỉ thị allozyme, mtDNA và microsatellite.
- Kết quả nghiên cứu trên loài Cirrhinus cirrhosus ở Myanmar dựa trên chỉ thị microsatellite của Aung et al.
- (2010) cũng cho thấy các quần thể cá nuôi có sự đa dạng di truyền cao hơn các quần thể cá tự nhiên.
- Nguồn gốc ban đầu cùng với các quá trình di truyền xảy ra khác nhau ở mỗi quần thể và quá trình trao đổi gene giữa các quần thể ảnh hưởng đến sự khác biệt di truyền giữa các quần thể..
- Khoảng cách di truyền giữa bốn đàn cá hường (dao động và nguồn biến động di truyền giữa các đàn (17%) là tương đối cao so với một số loài cá khác.
- Đối với cá rô, khoảng cách di truyền của quần thể nuôi (cá rô đầu vuông) và ba quần thể tự nhiên (thu ở Cà Mau, Đồng Tháp và Hậu Giang) là và biến động di truyền giữa các đàn chiếm 8%.
- Hiện không có thông tin về nguồn gốc ban đầu của các đàn cá hường nuôi trong nghiên cứu, các hộ nuôi cho biết họ mua cá hường từ một số trại giống khác nhau..
- Kết quả nghiên cứu này cho thấy chỉ thị ISSR có tính đa hình cao, thể hiện ở tỉ lệ gene đa hình và biến động di truyền giữa các quần thể cá hường tương đối lớn.
- Do đó, chỉ thị này có thể ứng dụng trong nghiên cứu đánh giá và so sánh sự đa dạng di truyền trong cùng và giữa các quần thể trên các loài cá khác..
- Kết quả dựa trên chỉ thị ISSR cho thấy cá hường thu từ thủy vực tự nhiên và một số ao nuôi ở các tỉnh có mức độ đa dạng di truyền tương đối cao và khác biệt di truyền giữa các đàn tương đối lớn..
- Đàn cá hường ở khu bảo tồn Láng Sen (Long An) có đa dạng di truyền thấp hơn các đàn khác nên cần được bảo tồn và có biện pháp bổ sung số lượng đàn cá từ nơi khác..
- Đa dạng về hình thái của cá hường (Helostoma temminckii) ở đồng bằng sông Cửu Long.
- Đánh giá sự đa dạng di truyền của các dòng cá rô