14 mins read

[Article Snippet – Heat stress 1] Triển vọng của chỉnh sửa gene trong chiến lược làm giảm tác động của stress nhiệt đối với năng suất và sinh sản trên bò

Tác giả: Peter J. Hansen
Tạp chí: Theriogenology
Ngày đăng online: 23/5/2020
Nguồn: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0093691X20302946


Trên loài bò, tồn tại các biến dị di truyền (genetic variation) trong điều hoà thân nhiệt và ổn định chức năng tế bào trong stress nhiệt. Điều này mở ra cơ hội để làm giảm tác động của stress nhiệt đối với năng suất của bò, thông qua việc xác định những đột biến chịu trách nhiệm (causative mutations) cho biến dị liên quan tới khả năng chịu nhiệt (thermotolerance) và chuyển những allele đặc hiệu sang các giống bò không có khả năng thích nghi với nhiệt độ cao. Ví dụ về một đột biến (mutation) tạo ra khả năng vượt trội trong điều hoà thân nhiệt là nhóm đột biến dịch khung (frame-shift mutations) trên các gene prolactin receptor (PRLR) dẫn tới một receptor được cắt ngắn, tạo thành giống bò có lớp lông ngắn và bóng mượt. Các đột biến này (còn được gọi là đột biến SLICK) đã được phát hiện trên một số giống bò có tổ tiên từ giống bò Criollo. Đột biến SLICK trên giống bò Senepol được chuyển sang đàn bò sữa tại Puerto Rico, Florida và New Zealand. Một ví dụ về đột biến giúp tăng khả năng bảo vệ tế bào khỏi sự gia tăng thân nhiệt là đột biến xoá bỏ vùng gene khởi động (promoter region) trên gene của protein sốc nhiệt 70 (heat shock protein 70), gọi là HSPA1L. Việc di truyền của đột biến này dẫn tới sự khuếch đại trong đáp ứng phiên mã của HSPA1L với sốc nhiệt và tăng khả năng sống của tế bào. Trường hợp của PRLR là một ví dụ điển hình về triển vọng và hiệu quả của cách tiếp cận hệ gene được mô tả trong bài báo này. Việc định danh thêm các đột biến tạo ra khả năng chịu nhiệt ở cấp độ cá thể và tế bào khác sẽ giúp đem lại nhiều cơ hội hơn trong sử dụng liệu pháp di truyền nhằm làm giảm tác động của stress nhiệt.


Trích đoạn theo từng phần

Stress nhiệt là một trong những tác động nghiêm trọng nhất của môi trường sống tới năng suất của vật nuôi. Trên bò, chủ đề của báo cáo này, stress nhiệt làm giảm sản xuất sữa, giảm tăng trưởng, rối loạn hành di dục tính, giảm khả năng sinh sản và ảnh hưởng tiêu cực tới quá trình sinh tinh (spermatogenesis). Stress nhiệt trong giai đoạn cuối thai kỳ có thể làm rối loạn sự tăng trưởng của thai, ảnh hưởng tới khả năng hấp thụ miễn dịch từ sữa đầu (colostrum) và …

Các giống bò thuần hoá đã tích luỹ những đột biến di truyền giúp chúng thích nghi với môi trường bản địa mà chúng sinh trưởng. Một vài giống bò đã được tiến hoá trong điều kiện khí hậu nóng bao gồm B. indicus từ tiểu lục địa Ấn Độ, B. indicus và B. taurus từ châu Phi, các giống tại châu Phi (như giống bò Sanga) châu Á được hình thành bởi sự lai tạo giữa bò Indicus và bò Taurus, giống Iberian B. taurus có chung một phần di truyền với African B.taurus, và bò Criollo từ bán cầu Tây,… 

Trong khi có rất nhiều bằng chứng về kiểm soát thân nhiệt từ góc độ di truyền trong stress nhiệt, các hệ thống sinh lý học dưới sự kiểm soát của gene liên quan tới điều hoà thân nhiệt vẫn chưa được là rõ. Đối với một loài động vật hằng nhiệt như bò, việc kiểm soát thân nhiệt thành công khi lượng nhiệt chuyển hoá tạo thành bởi bản thân con vật tương xứng với dòng nhiệt di chuyển sang môi trường xung quanh. Nhiệt tạo thành được xác định theo tỷ lệ chuyển hoá cơ bản, nhiệt tạo ra từ quá trình tiêu thụ và tiêu hoá thức ăn, và năng lượng bổ sung đáp ứng các hoạ động như tiết sữa và tăng trưởng…

Có một gene được biết tới là mang các đột biến ảnh hưởng tới khả năng chịu nhiệt trên bò gọi là PRLR. Một trong số những chức năng đa dạng của hormone prolactin (PRL) là kiểm soát nang lông. Prolactin có thể ức chế sự tăng trưởng của lông, bởi vì những đột biến tự nhiên của PRLR dẫn tới sự tăng trưởng quá mức của lông. Ngoài ra, cũng có một chuỗi các đột biến tại PRLR của loài bò, mà trong đó mỗi đột biến riêng lẻ khiến cho bò có lớp lông ngắn và bóng mượt gọi là kiểu hình SLICK…

Việc định danh thêm những đột biến có khả năng hình thành khả năng điều hoà thân nhiệt vượt trội sẽ làm tăng số lượng gene sẵn sàng cho quá trình chọn lọc di truyền bò sữa và bò thịt cao sản, giúp giảm tác động của stress nhiệt đối với sinh sản, sản lượng sữa và khả năng tăng trưởng. Một lý do khiến cho công cuộc xác định các allele kiểm soát thân nhiệt có thể là những nỗ lực bỏ ra chưa đủ. Hơn nữa, cũng có thể do các biến dị di truyền liên quan tới các tính trạng như lưu lượng máu tới da hay tỷ lệ đổ mồ hôi không phải chịu tác động của chỉ một vài gene chính, mà là một số lượng gene rất lớn mà trong đó mỗi gene chịu trách nhiệm cho một phần nhỏ của biến dị di truyền.

Cơ hội tuyệt vời nhất để khám phá được các alelle mới giúp tạo ra khả năng kiểm soát nhiệt vượt trội là thực hiện các nghiên cứu tương quan toàn bộ nhiễm sắc thể (genome-wide association studies – GWAS), theo sau là các phân tích tạo lập bản đồ với độ chính xác cao…

Mức độ stress nhiệt gây rối loạn tới chức năng sinh lý không những phụ thuộc vào mức độ tăng thân nhiệt mà còn phụ thuộc vào khả năng đáp ứng của chức năng tế bào khi nhiệt độ tăng…

Sự vô sinh gây ra bởi stress nhiệt cũng liên quan tới tác động của thân nhiệt tăng đối với tế bào trứng và phôi. Quá trình thành thục của tế bào trứng bị rối loạn khi nhiệt độ nuôi cấy ở 39.5oC. Tương tự, phôi ở giai đoạn sớm (trước 7 ngày tuổi) cũng nhạy cảm với nhiệt độ cao…

Chỉ một gene đặc hiệu duy nhất được định danh trên bò là có chứa các allele giúp tăng khả năng kháng sốc nhiệt của tê bào. Trên bò, có hai protein sốc nhiệt 70 được hình thành bởi sự nhân đôi và có chuỗi mã gần như tương đồng là HSPA1A và HSPA1L. Một đột biến trong vùng khởi động của HSPA1L được gọi là 895D, có liên quan tới việc tăng sự dồi dào bản phiên mã (transcrip abundance) của HSPA1A/L để thích ứng với sốc nhiệt trên các lymphocyte của giống bò Holstein…

Link bài báo gốc: 1-s2.0-S0093691X20302946-main.pdf – Google Drive


TS Vương Tuấn Phong
Nhật Bản

Trả lời