Chọn tạo vật nuôi thời công nghệ 4.0

Báo Nông nghiệp Việt Nam giới thiệu bài viết của PGS.TS Đỗ Đức Lực, Phó trưởng Khoa Chăn nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam về phương pháp áp dụng công nghệ 4.0 trong chọn tạo giống vật nuôi.

Bối cảnh thế giới

Thế giới mất 200.000 năm lịch sử để dân số đạt tới mức 1 tỷ người nhưng chỉ cần 200 năm để đạt tới mức 7 tỷ người. Số liệu thống kê gần đây của Liên Hiệp Quốc cho thấy, dân số thế giới năm 2020 đạt 7,8 tỷ người, tăng gần 50% so với năm 1990 là 5,3 tỷ. Dừ dân số liên tục tăng nhưng các nguồn tài nguyên thiên nhiên như đất và nước đều không thay đổi. Đây chính là thách thức đối với nhân loại về an toàn lương thực toàn cầu.

Mặc dù vậy, trong thời gian qua chúng ta được chứng kiến nguồn cung lương thực, thực phẩm không những đủ về mặt số lượng mà còn được cải tiến về mặt chất lượng. Để đạt được những thành tựu nêu trên phải kể đến sự đóng góp rất lớn của các nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực khác nhau để cải tiến năng suất trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là công tác chọn tạo và nhân giống trong lĩnh vực nông nghiệp. Trong khuôn khổ bài viết này chúng tôi muốn giới thiệu đến bạn đọc những phương pháp chọn và nhân giống vật nuôi.

Trong lĩnh vực chăn nuôi, năng suất của vật nuôi đã được cải thiện rất ấn tượng thông qua một vài ví dụ sau. Trong 30 năm, các nhà khoa học đã tiến hành chọn lọc để giảm thời gian nuôi từ 16 tuần xuống còn 5 tuần đối với gà thịt xuất chuồng. Tương tự, sau 16 năm chọn lọc, các nhà khoa học đã giảm thời gian nuôi lợn thịt từ 192 ngày xuống còn 162 ngày, đồng thời giảm được 4mm độ dày mỡ lưng.

Cần lưu ý rằng, việc rút ngắn thời gian nuôi đã cải thiện hiệu quả chăn nuôi và gián tiếp tăng lợi nhuận trong quá trình sản xuất. Năng suất sữa trên toàn cầu cũng đã tăng hơn 59% từ 530 triệu tấn năm 1988 lên 843 triệu tấn vào năm 2018. Vậy những công cụ chọn tạo giống nào đã sử dung trong suốt thời gian qua?.

Chọn lọc theo kinh nghiệm

Đây là phương pháp chọn giống xuất hiện từ hàng nghìn năm trước công nguyên mà không có tài liệu nào thống kê được. Người chăn nuôi lựa chọn vật nuôi làm giống dựa trên những kinh nghiệm đức kết qua nhiều thế hệ mà không có căn cứ khoa học nào rõ ràng.

Ví dụ như chọn lợn theo tiêu chí “Mõm gầu giai, tai lá mít, đít lồng bàn” hay “Gà đen chân trắng mẹ mắng cũng mua, gà đen chân chì mua chi giống ấy”. Những tiêu chí rất ngắn gọn và đơn giản nhưng là các tiêu chí để tất cả mọi người có thể chọn được những con giống ưng ý. Phương pháp này ngày nay vẫn được sử dụng rất rộng rãi đối với các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ theo phương thức tận dụng “lấy công làm lãi”.

Chọn lọc dựa trên thông tin của tổ tiên

Được hình thành từ những năm đầu của thế kỷ 19 từ việc xuất hiện các sổ ghi chép thông tin của các giống ngựa và cừu ở Anh. Đây là những cuốn sổ giống đầu tiên trên thế giới để chọn tạo các giống vật nuôi thông qua các thông tin từ tổ tiên như ông bà, bố mẹ, cô dì, chú bác…

Người chăn nuôi thấy rằng, những cá thể sinh ra từ ông bà, bố mẹ hoặc họ hàng có năng suất cao, chất lượng tốt bản thân cũng có những đặc điểm tương tự.

Phát hiện các định luật di truyền của Mendel vào những năm 60 của thế 19 và định luật Hardy-Weinberg vào cuối thế kỷ 20 đã góp phần rất quan trọng trong công tác di truyền số lượng sau này. Áp dụng những nguyên tắc của di truyền số lượng đã cải thiện đáng kể năng suất và chất lượng con giống như đã nêu trên.

Chọn lọc dựa trên chỉ số chọn lọc

Là sự chọn lọc cá thể kết hợp nhiều tính trạng số lượng từ thông tin từ tổ tiên, họ hàng và năng suất của chính cá thể. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi từ hơn nửa thế kỷ. Đây là phương pháp chọn lọc cổ điển và đến hiện nay vẫn được triển khai phổ biến vì giá thành của phương pháp này thấp hơn nhưng cũng có trở ngại nhất định như việc thu thập số liệu kéo dài và thuật toán phức tạp.

Với sự tiến bộ của ngành công nghệ thông tin, hiện nay việc thu thập thông tin và chọn giống có thể được dễ dàng hơn nhiều như có thể cập nhật thông tin theo thời gian thực, ít bị nhầm lẫn nhờ hệ thống đọc thông tin qua mã vạch hoặc thông tin tín hiệu sóng điện từ.

Những thuật toán để chọn lọc đã được lập trình và thương mại hóa thông qua các phần mềm giống góp phần ứng dụng dễ dàng trong các trại chăn nuôi. Các cơ sở sản xuất giống vật nuôi ở nước ta đang từng bước áp dụng các phần mềm trong quản lý và chọn lọc giống.

Chọn lọc bằng chỉ thị phân tử

Việc phát hiện mối liên hệ giữa một/một số tính trạng số lượng/chất lượng với một gen/một số gen là tiền đề của ứng dụng chỉ thị phân tử vào chọn giống vật nuôi. Đây chính là kỷ nguyên mới của ứng dụng di truyền phân tử trong công tác giống vật nuôi, đem lại hiệu quả cao trong chăn nuôi. Ưu điểm của phương pháp này là có thể chọn lọc được những cá thể có tiềm năng làm giống ngay sau khi sinh với độ chính xác cao và rút ngắn được thời gian chọn lọc.

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế nhất định như chỉ tập chung chọn tại một hoặc một số locus theo một hoặc một số allen nhất định vì vậy có thểm làm giảm đa dạng di truyền. Có thể kể đến một ví dụ điển hình về việc ứng dụng kỹ thuật này trong công tác giống lợn.

Tất cả người chăn nuôi đều biết lợn Pietrain của Bỉ là giống lợn có tỷ lệ nạc cao nhất thế giới nhưng cũng là loại lợn nhạy cảm với stress nhất thế giới. Trước đây, người chăn nuôi không hiểu tại sao lại như vậy và cũng không biết làm cách nào để loại bỏ những nhược điểm này.

Với kỹ thuật PCR ứng dụng trong di truyền phân tử, Fuji đã tìm thấy mối liên hệ giữa gen halothan với hội chứng này vào năm 1991. Sự hiểu biết này đã chọn các nhà chọn giống tạo ra những con lợn kháng stress. Gen halothan cũng là gen đầu tiên được tiến hành nghiên cứu tại Việt Nam với sự phối hợp của Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Viện Chăn nuôi.

Ngày nay, các nhà khoa học đã tìm được rất nhiều gen anh hưởng đến năng suất và chất lượng như các gen liên quan đến sinh sản (ESR, PRLR, FSHB, RNF4, RBP4…), sinh trưởng (MC4R, GH, IGF2...), chất lượng thịt (PIT1, H-FABP, PIC3K3, CAST, MYOG, RN, HFABP…), kháng bệnh (FUT1, MUC4…).

Đây là công nghệ đã được áp dụng trong chăn nuôi ở các cơ sở nghiên cứu và sản xuất giống. Phòng thí nghiệm Di truyền, Khoa Chăn nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam là một trong số ít các cơ sở đào tạo đã tham gia tích cực vào công tác đào tạo, ứng dụng và chuyển giao nguồn nhân lực về di truyền phân tử cho các doanh nghiệp, các cơ sở nghiên cứu khác và thực tế sản xuất.

Chọn lọc bằng bộ gen (genomic selection)

Chọn lọc bằng bộ gen là chọn lọc dựa trên giá trị giống của bộ gen được ước tính từ tác động cộng gộp của các marker. Phương pháp vẫn phát huy được những ưu điểm của chọn lọc bằng chỉ thị phân tử nhưng khắc phục được những nhược điểm của hai phương pháp nêu trên.

Tuy nhiên, hiện nay giá thành của phương pháp này vẫn còn cao. Chi phí để phân tích bộ gen của một cá thể bằng chip SNP khoảng 1 đến 2 triệu đồng tùy thuộc vào số lượng mẫu. Đây là phương pháp chọn giống đã được áp dụng rộng rãi ở các nước phát triển và các công ty giống đa quốc gia.

Khoa Chăn nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã có những nghiên cứu đầu tiên về áp dụng genenomic selection bằng kỹ thuật phân tích SNP trong nghiên cứu gà gà bản địa vào năm 2015.

Hiện nay, Khoa cũng đang chủ trì đề tài “Nghiên cứu khả năng kháng tự nhiên đối với bệnh dịch tả lợn Châu Phi của một số cá thể lợn sống sót trong ổ dịch”. Với sự hỗ trợ của kỹ thuật SNP nhóm nghiên cứu của Khoa hy vọng có thể trả lời được câu hỏi có hay không có mối liên hệ giữa các gen với khả năng kháng tự nhiên đối với bệnh này.

Hiện nay, ở Việt Nam chưa có cơ sở nghiên cứu nào có cơ sở vật chất đáp ứng được phương pháp chọn lọc bằng bộ gen. Để theo kịp sự phát triển của Thế Giới, trong chiến lược phát triển chăn nuôi giai đoạn 2021 - 2030, tầm nhìn 2045, Bộ NN-PTNT cũng đã có kế hoạch một trung tâm nghiên cứu có ứng dụng chọn lọc bằng bộ gen vào công tác giống ở Việt Nam.