Tôm sú (Penaeus monodon) là một trong hai loài tôm nuôi chủ lực và mang lại giá trị kinh tế lớn cho Việt Nam. Trong hội nghị ngành tôm Việt Nam tổ chức tại tỉnh Cà Mau ngày 6/02/2017, Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc đã chỉ thị: Xây dựng thương hiệu tôm Việt Nam nổi tiếng thế giới và làm cho Việt Nam trở thành “Thủ phủ tôm thế giới” với kim ngạch xuất khẩu năm 2025 đạt 10 tỷ USD. Năm 2016, xuất khẩu tôm của Việt Nam đã đạt 3,15 tỷ USD, vượt 6,7% so với năm 2015. Năm 2017, xuất khẩu tôm tiếp tục tăng và đạt kim ngạch 3,8 tỷ USD, vượt 22% so với năm 2016, trong đó tôm sú luôn chiếm khoảng 1/3 giá trị tôm xuất khẩu. Tôm sú có ưu thế là nguồn tài nguyên bản địa có thể nuôi và khai thác lâu dài, tôm có kích cỡ lớn, thịt ngon, giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên, khó khăn trong việc chủ động tạo ra được nguồn tôm sú bố mẹ sạch bệnh, tăng trưởng nhanh và kháng bệnh tốt vẫn đang là vấn đề hết sức nan giải không chỉ đối với Việt Nam mà còn đối với nhiều quốc gia trong khu vực và trên thế giới. Năm 2008, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn có chủ trương cho phép nuôi tôm thẻ chân trắng ở đồng bằng sông Cửu Long và từ năm 2013, tôm thẻ chân trắng đã vượt tôm sú về sản lượng và giá trị xuất khẩu. Tuy nhiên, Việt Nam vẫn đang là nước có sản lượng và giá trị xuất khẩu tôm sú lớn nhất thể giới. Chiến lược phát triển lâu dài của nước ta là phải giữ được ngành sản xuất tôm sú bền vững, hạn chế tối thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái. Nền tảng cho chiến lược phát triển này là phát triển nguồn tôm sú bản địa với các chương trình nhân giống khoa học để nâng cao tỷ lệ sống và khả năng tăng trưởng. Để đạt được mục đích này, việc nghiên cứu cấu trúc và chức năng của toàn bộ hệ gen tôm sú là một vấn đề khoa học cơ bản có định hướng ứng dụng hết sức quan trọng.

Nghiên cứu hệ gen tôm sú sẽ cung cấp thông tin chính xác cho việc xác định các tính trạng quan trọng như: tính trạng tăng trưởng, tính kháng bệnh, tính chống chịu với điều kiện môi trường, các tính trạng liên quan đến chất lượng tôm. Do kích thước hệ gen tôm sú rất lớn, khoảng 2,17 Gb, nên việc giải mã toàn bộ hệ gen tôm sú đòi hỏi thời gian và tốn nhiều kinh phí. Vì vậy, để có thể từng bước khai thác các thông tin cần thiết từ hệ gen tôm sú, đặc biệt là khai thác các chỉ thị phân tử phục vụ việc lập bản đồ di truyền, định hướng ứng dụng trong chọn giống tôm thì việc giải mã từng phần hệ gen như giải mã hệ phiên mã, giải mã từng phân đoạn trong hệ gen có định hướng, sử dụng kỹ thuật GBS (Genome typing by Sequencing) với phương pháp xác định trình tự gen thế hệ mới NGS (Next generation sequencing) là cách tiếp cận có tính khả thi trong điều kiện kinh phí còn hạn chế.

Hệ gen phiên mã là tập hợp tất cả các phân tử RNA trong cơ thể sinh vật có khả năng mã hóa protein, là cầu nối từ thông tin trình tự hệ gen đến chức năng của hệ protein. Chính vì vậy phân tích hệ gen phiên mã sẽ giúp chúng ta thu được những kết quả sâu hơn khi phân tích chức năng của protein tương ứng. Sự ra đời của công nghệ giải trình tự thế mới (NGS) đã tạo điều kiện thuận lợi để thu nhận và khai thác thông tin về hệ gen và hệ gen phiên mã của sinh vật.

Do chưa có hệ phiên mã tham chiếu, nên đối với loài tôm sú Penaeus monodon, dữ liệu giải trình tự thế hệ mới hệ gen phiên mã từ các mô khác nhau sẽ phản ánh những thông tin quan trọng liên quan tới các gen giả định cũng như các chỉ thị phân tử liên quan tới các tính trạng khác nhau, giúp cho việc xây dựng cơ sở giữ liệu hệ gen, bản đồ di truyền và khai thác các chỉ thị phân tử phục vụ lâu dài cho công tác chọn giống.

Ngoài việc giải trình tự hệ phiên mã, các thông tin di truyền về hệ gen có thể được thu nhận thông qua việc giải mã một phần hệ gen. Để mở rộng việc sử dụng NGS đối với các hệ gen có kích thước lớn, kỹ thuật xác định kiểu gen bằng phương pháp giải trình tự (Genotyping By Sequencing - GBS) đã được phát triển và ứng dụng, cho phép kết hợp cả hai mục đích là phát hiện chỉ thị phân tử và xác định kiểu gen. Những tiến bộ của công nghệ NGS đã làm giảm chi phí của việc giải trình tự DNA. Ngày nay GBS đã trở thành phương pháp khả thi được áp dụng đối với các loài có hệ gen lớn và có tính đa dạng cao. Kỹ thuật này cho phép tạo ra một lượng lớn các SNP để sử dụng trong các phân tích di truyền và trong kỹ thuật gen. Kết quả giải trình tự được xử lý bằng phương pháp tin sinh để tạo ra bộ dữ liệu GBS.

Sử dụng các thông tin khai thác được từ cơ sở dữ liệu hệ gen phiên mã, dữ liệu GBS như các unigene, các SNP và microsatellite, ta có thể xây được bản đồ hệ gen tôm sú, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo. Trong khuôn khổ chương trình “Nhiệm vụ quỹ gen cấp nhà nước” nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì Viện Công nghệ sinh học phối hợp cùng Chủ nhiệm đề tài PGS.TS. Đinh Duy Kháng thực hiện nghiên cứu “Lập bản đồ bộ gen Tôm Sú (P. monodon)” với các mục tiêu sau:

Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu hệ gen phiên mã tôm sú Việt Nam;  Xây dựng cây phả hệ các dòng tôm sú Việt Nam để đánh giá đa hình hệ gen bằng kỹ thuật DNA fingerprinting;  Giải mã một phần hệ gen tôm sú bằng công nghệ GBS;  Khai thác các chỉ thị phân tử di truyền phục vụ công tác chọn giống;  Xây dựng bản đồ gen tôm sú Việt Nam dựa trên cơ sở dữ liệu thu được.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Đã xây dựng được Ngân hàng transcriptome tôm sú tự nhiên thu từ vùng biển Việt Nam (http://tomsu.ibt.ac.vn) dựa trên cơ sở dữ liệu của 4 mô (mô cơ, mô tim, mô gan tụy và mô gốc mắt), với dung lượng hệ phiên mã là 30,9 Mb và chỉ số N50 là 481 bp.

Đã lắp ráp de novo và chú giải được 12.321/69.089 unigene trên 5 Ngân hàng cơ sở dữ liệu gen thế giới, trong đó có 165 unigene tiềm năng liên quan đến tính trạng tăng trưởng của tôm sú.

Đã xác định được 42.663 chỉ thị phân tử SNP nằm trong 21.303 unigene, với phần lớn các SNP nằm ở dạng transition.

Đã xác định được 12.768 chỉ thị phân tử microsatellite trong 11.173 unigene. Tỷ lệ SSR trung bình là 18,48% và sau 2,423 kb xuất hiện một SSR. Dinucleotide SSR chiếm số lượng nhiều nhất (7.941, 62,19%).

Phân tích trasncriptome của tôm gia hóa thế hệ G1, đã sàng lọc được 1832 SNPs chỉ xuất hiện ở nhóm lớn nhanh.

Sử dụng kỹ thuật GBS giải mã một phần hệ gen tôm sú gia hóa thế hệ G1 và sàng lọc các chỉ thị liên quan tới tính trạng tăng trưởng. Đã sàng lọc được 1799 SNPs chỉ xuất hiện ở tôm tăng trưởng nhanh, trong đó có 02 SNPs liên quan tới tính trạng tăng trưởng của tôm sú, trong đó SNP G>A thuộc myosin heavy chain type 1 của tôm sú đã được kiểm tra lại bằng kỹ thuật KASP-PCR trên 40 mẫu tôm sú tăng trưởng nhanh thế hệ G1. Kết quả cho thấy, 28/40 mẫu có SNPs dạng đồng hợp tử A/A, 10/40 mẫu có SNPs dạng dị hợp tử G/A và chỉ có 2/40 mẫu có SNPs dạng đồng hợp tử G/G. Các SNPs này đã được đăng ký bảo hộ ở Cục sở hữu trí tuệ.

Sử dụng kỹ thuật AFLP, đã xây dựng được cây phát sinh chủng loại của 3 quần đàn tôm sú thu nhận từ 3 vùng khác nhau của Việt Nam (Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Nam Bộ). Kết quả cho thấy có sự đa hình cao giữa các quần đàn. Đây là những số liệu ban đầu định hướng cho việc khai thác nguồn gen tôm sú bản địa phục vụ cho gia hóa tôm sú ở Việt Nam.

Xây dựng bản đồ gen tôm sú Việt Nam dựa trên kết quả phân tích nhiễm sắc thể tôm sú và các SNPs chỉ xuất hiện ở nhóm tôm tăng trưởng nhanh thu được từ kết quả phân tích transcriptome (1832 SNPs) cùng với các SNPs chỉ xuất hiện ở nhóm tôm tăng trưởng nhanh thu được từ kết quả phân tích GBS (1799 SNPs). Đây là những kết quả có giá trị hướng tới phát triển SNP array để nghiên cứu tính trạng tăng trưởng ở tôm sú bằng kỹ thuật GWAS.

Trong khuôn khổ của đề tài, đã công bố được 06 bài báo, trong đó có một bài báo Quốc tế trong tạp chí Aquaculture SCI, IF 2,57. Đã gửi đăng thêm bài thứ 7 trong TC CNSH, đã sửa xong theo góp ý của phản biện và đã được chấp nhận đăng.

Đã đào tạo được 04 thạc sỹ, đào tạo 02 NCS, trong đó 01 NCS đã bảo vệ xong luận án ở cấp viện, NCS thứ 2 chuẩn bị bảo vệ cấp cơ sở.

Đăng ký giải pháp hữu ích “Chỉ thị phân tử SNPs liên quan tới tính trạng tăng trưởng nhanh ở tôm sú ((Penaeus monodon) nuôi ở Việt Nam”, được chấp nhận đơn hợp lệ theo QĐ số 4346/QĐ-SHTT ngày 13/01/2018 của Cục Sở hữu trí tuệ.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15352/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)