Nghiên cứu tính đa dạng di truyền của bò nuôi tại tỉnh hà giang và bò hoang dã ở việt nam bằng các kỹ thuật di truyền phân tử 001

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM DOÃN LÂN

NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA BÒ NUÔI TẠI
TỈNH HÀ GIANG VÀ BÒ HOANG DÃ Ở VIỆT NAM BẰNG CÁC
KỸ THUẬT DI TRUYỀN PHÂN TỬ

Chuyên ngành: Di truyền học
Mã số: 62.42.70.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS.TS. LÊ ĐÌNH LƯƠNG
2. TS. Jean-Charles MAILLARD

HÀ NỘI - 2010

i


MỤC LỤC

CÁC TỪ VÀ CHỮ VIẾT TẮT................................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH............................................................................................ vi

MỞ ĐẦU................................................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................................. 4
1.1. ĐA DẠNG DI TRUYỀN..................................................................................................... 4
1.1.1. Khái niệm........................................................................................................................... 4

1.1.2. Tầm quan trọng của đa dạng di truyền................................................................... 4
1.1.3. Bảo tồn sự đa dạng di truyền...................................................................................... 5
1.2. PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN....................................... 5
1.3. KỸ THUẬT MICROSATELLITE................................................................................. 10
1.3.1. Giới thiệu......................................................................................................................... 10
1.3.2 Sự phân bố của microsatellite trong cơ thể sinh vật......................................... 11
1.3.3. Phân loại microsatellite và các dạng trình tự của microsatellite.................12
1.3.4. Vai trò của microsatellite........................................................................................... 13
1.3.5. Phƣơng pháp xác định microsatellite................................................................... 14
1.4. KỸ THUẬT PHÂN TÍCH TRÌNH TỰ ADN HỆ GEN TY THỂ (mtDNA) 16
1.5. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA BÕ NUÔI........................................................................ 18
1.5.1. Sự phân loại bò nuôi.................................................................................................... 18
1.5.2. Nguồn gốc thuần hoá bò nuôi.................................................................................. 21
1.5.3. Sự đa dạng và phân bố của bò nuôi ngày nay.................................................... 22
1.6. ĐẶC ĐIỂM QUẦN THỂ BÕ NUÔI Ở TỈNH HÀ GIANG................................. 23
1.6.1. Điều kiện địa lý, xã hội của tỉnh Hà Giang......................................................... 23
1.6.2. Đặc điểm quần thể bò nuôi ở tỉnh Hà Giang..................................................... 24
1.7. NHỮNG NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA BÕ NUÔI TRÊN
THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM........................................................................................... 25
1.7.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền của bò nuôi trên thế giới................................ 25
1.7.2. Tình hình nghiên cứu đa dạng di truyền của vật nuôi nói chung và của bò
nói riêng ở Việt Nam............................................................................................... 28
1.8. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA BÕ TÓT (BOS GAURUS) VÀ BÕ RỪNG (BOS
JAVANICUS)............................................................................................................................. 29
1.8.2. Đặc điểm và sự phân bố của bò tót (Bos gaurus)............................................. 30
1.8.3. Hiện trạng và sự phân bố bò tót ở Việt Nam...................................................... 32
1.8.4. Đặc điểm và sự phân bố của bò rừng (Bos javanucus).................................. 35
1.8.5. Hiện trạng và sự phân bố bò rừng ở Việt Nam.................................................. 36
1.9. NHỮNG NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN Ở BÕ TÓT VÀ BÕ RỪNG...............39
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................41

2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU......................................................................................... 41
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................................. 41
2.2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu đối với quần thể bò nuôi tại Hà Giang.............41
2.2.1.1. Thu thập mẫu.......................................................................................................... 41
2.2.1.2. Tách chiết ADN..................................................................................................... 41
2.2.1.3. Phƣơng pháp phân tích đa dạng di truyền hệ gen nhân.........................42

iv


2.2.1.4. Phƣơng pháp phân tích đa dạng di truyền hệ gen ty thể........................ 45
2.2.1.5. Phƣơng pháp phân tích thống kê.................................................................... 46
2.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu đối với quần thể bò hoang dã...........................50
2.2.2.1. Thu thập mẫu.......................................................................................................... 50
2.2.2.2. Tách chiết ADN từ mẫu phân........................................................................... 51
2.2.2.3. Xác định sự ảnh hƣởng của một số yếu tố bảo quản mẫu phân đến kết
quả tách chiết ADN............................................................................................. 52
2.2.2.4. Xác định loài và giới tính................................................................................... 53
2.2.2.5. Phân tích đa dạng di truyền............................................................................... 54
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................... 56
3. 1. ĐA DẠNG DI TRUYỀN QUẦN THỂ BÕ NUÔI TẠI HÀ GIANG..............56
3.1.1. Tính đa dạng về kiểu hình......................................................................................... 56
3.1.1.1. Đa dạng về màu sắc lông................................................................................... 56
3.1.1.2. Đa dạng về hình dáng sừng............................................................................... 56
3.1.2. Tính đa dạng về di truyền.......................................................................................... 57
3.1.2.1. Kết quả phân tích kích thƣớc alen của các locút microsatellites ........57
3.1.2.2. Tính đa hình của các locút microsatellites.................................................. 61
3.1.2.3. Tính đa dạng di truyền và cân bằng Hardy-Weinberg............................61
3.1.2.4. Tính đa dạng và sự sai khác di truyền giữa các quần thể bò phân bố ở
các huyện

66
3.1.2.5. Mối tƣơng quan giữa khoảng cách di truyền và khoảng cách địa lý . 70
3.1.2.6. Đặc điểm cấu trúc di truyền quần thể bò nuôi ở Hà Giang...................71
3.1.2.7. Tính đa dạng di truyền hệ gen ty thể............................................................. 75
3.1.2.8. Mối quan hệ di truyền của bò ở Hà Giang với một số quần thể bò
khác 77
3.2. ĐA DẠNG DI TRUYỀN QUẦN THỂ BÕ TÓT VÀ BÕ RỪNG.....................81
3.2.1. Kết quả tách chiết ADN............................................................................................. 81
3.2.2. Ảnh hƣởng của mốt sô yếu tố bảo quản mẫu đến kết quả tách ADN......85
3.2.2.1. Ảnh hƣởng của thời gian bảo quản mẫu phân........................................... 85
3.2.2.2. Ảnh hƣởng của dung dịch bảo quản đến kết quả tách chiết ADN.....86
3.2.2.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ bảo quản mẫu phân............................................ 87
3.2.3. Kết quả xác định loài.................................................................................................. 87
3.2.4. Kết quả xác định giới tính......................................................................................... 92
3.2.5. Đa dạng di truyền của quần thể bò tót.................................................................. 93
3.2.6. Đa dạng di truyền của quần thể bò rừng........................................................... 100
KẾT LUẬN.................................................................................................................................... 1045
ĐỀ NGHỊ........................................................................................................................................... 106
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ..................................................... 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 108

v


MỞ ĐẦU
Đánh giá tính đa dạng và những đặc điểm di truyền của quần thể, giống vật
nuôi và động vật hoang dã ở mức độ phân tử được coi là công việc mở đầu và rất
cần thiết đối với một chương trình bảo tồn [88]. Chính vì vậy, từ những năm 1990 tổ
chức Nông lương thế giới (FAO) đã xây dựng một chương trình tổng thể sử dụng
các kỹ thuật di truyền phân tử để đánh giá sự đa dạng di truyền trong bản thân một

quần thể và giữa các quần thể vật nuôi nhằm định hướng cho việc quản lý, bảo tồn
và sử dụng nguồn gen động vật nuôi trên toàn cầu.
Trong những năm gần đây, các phương pháp sinh học phân tử đã đóng một vai
trò quan trọng trong các nghiên cứu về di truyền quần thể và đa dạng di truyền.
Nhiều kỹ thuật di truyền phân tử được sử dụng trong các nghiên cứu đa dạng di
truyền như: RFLP, RAPD, minisatellites, microsatellites và phân tích đa hình hệ gen
ty thể. Trong đó, kỹ thuật microsatellite và phân tích trình tự hệ gen ty thể đã nhanh
chóng trở thành những kỹ thuật hữu hiệu và được sử dụng rộng rãi trong các nghiên
cứu di truyền quần thể ở nhiều loài vật nuôi và hoang dã khác nhau.
Việt Nam là một trong những quốc gia có đa dạng tài nguyên thiên nhiên sinh
vật cao. Tuy nhiên, tính đa dạng của hệ động vật ở Việt Nam, đặc biệt là một số
quần thể vật nuôi bản địa ở các khu vực miền núi và quần thể động vật hoang dã có
giá trị sinh học và di sản đang bị đe doạ do nền kinh tế thị trường phát triển và khai
thác, sử dụng quá mức của con người.
Bò nuôi ở Hà Giang là một trong những giống vật nuôi bản địa được thuần
hoá, chọn lọc, nuôi dưỡng từ lâu đời của người H’mông vì vậy chúng đáp ứng tốt
với điều kiện khí hậu khô rét của vùng cao và rất có giá trị về văn hoá đồng thời
mang tính đặc hữu của tỉnh Hà Giang. Tuy nhiên, do hệ thống chăn nuôi thâm canh,
nhập giống ngoại có năng suất cao được đầu tư lớn đã dẫn đến nguy cơ mất đi giống
bò này.
Bên cạnh đó, hai loài bò hoang dã là bò tót (Bos gaurus) và bò rừng (Bos
javanicus), ngoài những giá trị sinh học nội tại còn là giá trị di sản đối với quốc gia

1


và là những nguồn gen quý cần được bảo tồn. Nhưng do nạn săn bắt trái phép, phá
huỷ môi trường sống và dịch bệnh đã dẫn đến tình trạng suy giảm nhanh các loài bò
hoang dã này. Số lượng bò tót trên cả nước đã giảm xuống mức rất thấp, còn khoảng
300 cá thể. Trong khi đó, số lượng bò rừng chỉ còn khoảng dưới 100 cá thể. Hiện

nay, hai loài bò hoang này đang đứng bên bờ tuyệt chủng và rất có thể chúng sẽ chịu
chung số phận với loài bò xám (Bos sauveli), ngày nay đã bị coi là tuyệt chủng ở
Việt Nam.
Hiện tại, bò H’mông nuôi tại Hà Giang và hai loài bò tót và bò rừng hoang dã
là những đối tượng được bảo tồn đặc biệt của các chương trình và dự án bảo tồn cấp
Quốc gia. Vì vậy, những thông tin về hiện trạng di truyền của các quần thể bò này là
rất cần thiết và quan trọng để hoạch định các chiến lược bảo tồn bền vững. Xuất
phát từ ý nghĩa thực tế trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính
đa dạng di truyền của bò nuôi tại tỉnh Hà Giang và bò hoang dã ở Việt Nam bằng
các kỹ thuật di truyền phân tử”
Mục đích của đề tài
Xác định tính đa dạng di truyền và cấu trúc di truyền của bò nuôi tại tỉnh Hà
Giang ở mức độ phân tử làm cơ sở cho việc hoạch định kế hoạch chọn lọc, lai
tạo, phát triển và bảo tồn lâu dài.
Sử dụng các công cụ phân tử để xác định tính đa dạng di truyền của quần thể bò
tót và bò rừng hoang dã đang tồn tại ở một số khu vực của Việt Nam từ các mẫu
phân sinh học nhằm phục vụ cho việc xây dựng những hoạt động bảo tồn phù
hợp.
Nội dung nghiên cứu của đề tài
Sử dụng kỹ thuật microsatellite phân tích tính đa dạng di truyền và cấu trúc di
truyền của quần thể bò nuôi tại tỉnh Hà Giang.
Phân tích tính đa dạng di truyền hệ gen ty thể ở bò nuôi tại Hà Giang sử dụng kỹ
thuật phân tích trình tự ADN vùng D-loop.

2


Chuẩn hoá phương pháp và tách chiết ADN từ các mẫu phân sinh học của các
mẫu bò hoang dã.
Xác định loài và giới tính từ các mẫu phân.

Xác định tính đa dạng di truyền hệ gen ty thể ở quần thể bò tót và bò rừng sử
dụng kỹ thuật phân tích trình tự ADN vùng D-loop.
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đây là nghiên cứu đầu tiên sử dụng các kỹ thuật di truyền phân tử để đánh giá
tính đa dạng và cấu trúc di truyền ở bò nuôi và bò hoang dã phục vụ cho mục đích
bảo tồn được thực hiện ở Việt Nam. Lần đầu tiên ứng dụng các kỹ thuật sinh học
phân tử để tiến hành nghiên cứu di truyền trên quần thể bò tót và bò rừng từ các
mẫu sinh học được thu thập một cách gián tiếp không gây ảnh hưởng tới con vật
như các mẫu phân, lông.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp những thông tin cần thiết về những
đặc điểm di truyền ở mức độ phân tử, góp phần làm cơ sở khoa học cho việc xây
dựng các kế hoạch bảo tồn quần thể bò nuôi tại Hà Giang và hai loài bò hoang dã là
bò tót và bò rừng ở Việt Nam.

3


TÓM TẮT
Luận án là công trình nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam đã sử dụng các kỹ thuật di
truyền phân tử đánh giá tính đa dạng di truyền và cấu trúc di truyền bò nuôi ở Hà Giang
và hai quần thể bò hoang dã (tót và bò rừng) hiện có ở Việt Nam.
Kết quả phân tích tính đa dạng di truyền ở bò nuôi tại Hà Giang cho thấy tính đa
dạng di truyền cao ở cả hệ gen nhân và hệ gen ty thể. Đã xác định được 205 alen của
23 locút microsatellite, trung bình số alen trên một locút là 8,9, tần số dị hợp tử quan
sát và lý thuyết tương ứng là 0,67 và 0,73. Giá trị thông tin đa hình (PIC) của từng
locút microsatellite nằm trong khoảng từ 0,50 đến 0,84. Sự sai khác di truyền giữa bò
nuôi ở các huyện là rất nhỏ với giá trị FST = 0,013.
Quần thể bò nuôi ở Hà Giang không ở trạng thái cân bằng di truyền HardyWeinberg và cấu trúc di truyền tồn tại 2 nhóm bò (quần thể phụ) khác nhau về di truyền
phân bố chính ở vùng núi đá (Đồng Văn, Mèo Vạc) và vùng núi đất (Hoàng Su Phì, Sín

Mần). Ngoài ra, qua kết quả phân tích sự đa dạng di truyền hệ gen ty thể đã cho thấy
quần thể bò nuôi ở Hà Giang có nguồn gốc từ sự lai tạp giữa hai loài phụ Bos indicus
và Bos taurus.
Lần đầu tiên tại Việt Nam đã thành công trong việc tách chiết ADN của bò hoang dã
từ các mẫu phân, sử dụng cặp mồi xác định giới tính và cặp mồi nhân vùng D-loop ty
thể của bò nuôi để xác định giới tính, xác định loài và xác định tính đa dạng di truyền ở
bò tót và bò rừng.
Đã xác định được 5 kiểu haplotype hệ gen ty thể trong quần thể bò tót ở khu vực
Đông Dương bao gồm Việt Nam (2), Campuchia (2) và Lào (1). Trong đó ở quần thể
bò tót của Việt Nam đã xác định được 2 kiểu haplotype có khoảng cách di truyền rất xa
nhau. Qua đó cho thấy trong quần thể bò tót của Việt Nam tồn tại ít nhất 2 nhóm rất
khác nhau về di truyền.


Đã xác định được 2 kiểu haplotype ở quần thể bò rừng Việt Nam và 1 kiểu
haplotype ở quần thể bò rừng Campuchia. Không có sự sai khác di truyền đáng kể giữa
các kiểu haplotype của bò rừng Việt Nam và bò rừng ở Campuchia.
Từ kết quả có rất ít kiểu haplotype hệ gen ty thể được xác định đã cho thấy quần thể
bò tót và bò rừng ở Việt Nam có tính đa dạng di truyền rất thấp.
12. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn:
Các kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần làm cơ sở khoa học cho việc xây
dựng các kế hoạch chọn lọc, phát triển đồng thời bảo tồn tính đa dạng di truyền ở bò
nuôi tại tỉnh Hà Giang. Trong đó cần đặc biệt chú ý bảo tồn hai nhóm bò khác nhau về
di truyền phân bố ở vùng núi đá (Đồng Văn, Mèo Vạc) và vùng núi đất (Hoàng Su Phì,
Sín Mần). Góp phần xây dựng kế hoạch và chiến lược bảo tồn các quần thể bò tót, bò
rừng ở Việt Nam và các nước trong khu vực.
13. Những hướng nghiên cứu tiếp theo:
Cần tiến hành nghiên cứu so sánh sự sai khác di truyền của bò nuôi ở Hà Giang với
các nhóm bò vàng khác hiện có ở Việt Nam.
Cần tiếp tục nghiên cứu đánh giá sự đa dạng di truyền của toàn bộ quần thể bò tót

và bò rừng được ghi nhận tồn tại ở tất cả các khu vực của Việt Nam.
14. Các công trình đã công bố có liên quan đến luận án:
1.

Phạm Doãn Lân, Nguyễn Trọng Bình, Trần Xuân Hoàn, Vũ Chí

Cương, Lê Đình Lương và J.C. Maillard (2008), “Phân tích đa dạng trình tự
nucleotide ADN ty thể và mối quan hệ di truyền của bò H’mông với một số
quần thể bò khác”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi. Số 13, trang 51-57.
2.

Taiana Rivière-Dobigny, Lan Pham Doan, Nam Le Quang, Jean-

Charles Maillard and Johan Michaux (2008), “Species Identification, Molecular
Sexing and Genotyping Using Non-invasive Approaches in Two Wild Bovids
Species: Bos gaurus and Bos javanicus” Journal of Zoo Biology. 28 (2), pp.
127-136


3.

Phạm Doãn Lân, Nguyễn Trọng Bình, Vũ Chí Cương, Jean-Charles

Maillard (2008), “Sử dụng kỹ thuật microsatellite để đánh giá tính đa dạng di
truyền và cấu trúc di truyền của quần thể bò nuôi ở tỉnh Hà Giang” Tạp chí
Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ. Số 4 (24), trang 310317.
Ngày 4 tháng 12 năm
2009
Nghiên cứu sinh

Phạm Doãn Lân