Đa dạng di truyền cá rô đồng (anabas testudineus) ở đồng bằng sông cửu long dựa trên gene aquaporin 1aa

Nội dung text: Đa dạng di truyền cá rô đồng (anabas testudineus) ở đồng bằng sông cửu long dựa trên gene aquaporin 1aa

1. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Trương Thế Quang ĐA DẠNG DI TRUYỀN CÁ RÔ ĐỒNG (ANABAS TESTUDINEUS) Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG DỰA TRÊN GENE AQUAPORIN 1aa GENETIC DIVERSITY OF THE CLIMBING PERCH (ANABAS TESTUDINEUS) IN THE MEKONG DELTA BASED ON AQUAPORIN 1aa GENE TRƯƠNG THẾ QUANG TÓM TẮT: Tách chiết và thu nhận được DNA tổng số của 15 mẫu cá rô đồng (Anabas testudineus) tại các vùng có độ mặn khác nhau ở Đồng bằng sông Cửu Long. Thiết kế và sàng lọc thu được cặp mồi đặc hiệu DNA/Aqp1-f và DNA/Aqp1-r để khuếch đại gene AQP1aa bằng kỹ thuật PCR. Giải trình tự, ráp nối và chú thích thành công gene AQP1aa. Kết quả so sánh quan hệ di truyền và đa dạng di truyền giữa các nhóm loài cá rô đồng dựa trên gene AQP1aa, nhóm 4 và nhóm 5 có khác biệt đa dạng di truyền cao nhất (k45 = 4,800; D45 = 0,01026), nhóm 1 và nhóm 2 có khác biệt đa dạng di truyền thấp nhất (k12= 0,571; D12 = 0,00127). Từ khóa: cá rô đồng; quan hệ di truyền; đa dạng di truyền; gene Aquaporin 1aa. ABSTRACT: We extracted and obtained a total DNA of 15 climbing perch samples (Anabas testudineus) in different salinity zones in the Mekong Delta. Primer pairs DNA/Aqp1-f and DNA/Aqp1- r have been designed and screened to amplify the AQP1aa gene using PCR techniques. We successfully sequenced, assembled and annotated AQP1aa gene. Results of comparing genetic relationships and genetic diversity between groups of climbing perch based on AQP1aa gene show that group 4 and group 5 had the highest genetic diversity difference (k45 = 4.800, D45 = 0.01026), group 1 and group 2 had the lowest genetic diversity difference (k12 = 0.571, D12 = 0.00127). Key words: climbing perch; genetic relationship; genetic diversity; aquaporin 1aa gene. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ việc nghiên cứu tìm ra giống cá mới có khả Nghề nuôi cá rô đồng (Anabas testudineus) năng thích nghi tốt, phát triển bình thường và mang lại hiệu quả kinh tế khá cao cho người có giá trị kinh tế cao ở môi trường nước lợ, dân, cá rô đồng là loại cá ngắn ngày, cho thu nước mặn là việc trăn trở của các nhà khoa học hoạch nhanh và thu lợi nhuận cao. Hiện nay, ở thủy sản [2, tr.55]. Đồng bằng sông Cửu Long nhiều hộ dân Gene Aquaporin 1aa (AQP1aa) mã hóa chuyển sang nuôi giống cá rô đồng ngắn ngày cho lớp màng protein chịu trách nhiệm điều chỉ từ 4 đến 5 tháng, áp dụng tốt các kỹ thuật, chỉnh lượng nước ra vào tế bào để đáp ứng với việc thu hoạch cá rô đồng đạt trọng lượng trung sự thay đổi áp suất thẩm thấu [4, tr.1-14]. bình từ 10 đến 15 con/kg và cho năng suất từ 3 Chúng có khả năng kiểm soát sự cân bằng của đến 5 tấn/1000 m2. Trong những năm gần đây, muối và giữ vai trò quan trọng trong việc lọc tình hình nuôi trồng thủy sản ở Đồng bằng sông nước cho thận. Ở cá rô đồng, AQP1aa biểu Cửu Long gặp phải khó khăn, đặc biệt là tình hiện cao nhất trong mang và da. AQP1aa ở cá trạng xâm nhập mặn vào các vùng nuôi cá nước rô đồng có vai trò sinh lý lớn trong việc giữ ngọt ngày càng tăng do biến đổi khí hậu khiến nước, bài tiết muối và điều hòa áp suất thẩm TS. Trường Đại học Văn Lang, quangtruongthe@gmail.com, Mã số: TCKH25-09-2021 67
2. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 25, Tháng 01 - 2021 thấu. Nghiên cứu đa dạng di truyền cá rô đồng ở OD260nm / OD280nm 2 thì dung nhóm Dij DCP. Từ đó, xác định các nhóm có dịch DNA bị biến tính hoặc phân hủy, nếu tỷ số khoảng cách di truyền xa, trung bình và gần. Ứng dụng phần mềm DnaSP 6.12.01 phân tích 68
3. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Trương Thế Quang các tham số đa dạng di truyền trong sắp hàng hai vẹn của DNA. Kết quả điện di trên gel agarose trình tự gene AQP1aa của các nhóm cá rô đồng. cho thấy các band DNA thu được từ cá mẫu cá 3.7. Phân tích thống kê rô đồng đều có band đậm, sáng rõ. Kết quả được trình bày dưới dạng giá trị Kết quả đo tỷ số OD260nm / OD280nm của các trung bình mẫu. Xử lý số liệu, so sánh các giá mẫu cá rô đồng đều nằm trong khoảng từ 1,8 đến trị trung bình mẫu bằng phương pháp phân tích 2,0 (Bảng 2). Điều này cho thấy DNA tổng số tách phương sai (Anova) với độ tin cậy 95%. chiết có nồng độ và độ tinh sạch khá cao không lẫn 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN tạp chất protein và các phân tử hữu cơ khác. 4.1. Lấy mẫu Bảng 2. Kiểm tra chất lượng DNA tổng số bằng kỹ thuật OD Các mẫu cá rô đồng (Anabas testudineus) OD260nm / được thu thập từ năm vùng có độ mặn khác nhau STT Tên mẫu OD280nm ở Cần Thơ, Bến Tre, Vĩnh Long, Long An, Tiền 1 Anabas testudineus Cần Thơ a 1,86 Giang vào tháng 18-04-2019 (Bảng 1). 2 Anabas testudineus Cần Thơ b 1,82 Bảng 1. Số lượng mẫu cá rô đồng (Anabas testudineus) 3 Anabas testudineus Cần Thơ c 1,89 Độ Số 4 Anabas testudineus Bến Tre a 1,90 STT Tên mẫu mặn lượng 5 Anabas testudineus Bến Tre b 1,93 Anabas testudineus 6 Anabas testudineus Bến Tre c 1,91 1 0,1 ppt 3 Cần Thơ 7 Anabas testudineus Vĩnh Long a 1,85 Anabas testudineus 8 Anabas testudineus Vĩnh Long b 1,87 2 0,3 ppt 3 Bến Tre 9 Anabas testudineus Vĩnh Long c 1,90 Anabas testudineus 10 Anabas testudineus Long An a 1,82 3 1,0 ppt 3 Vĩnh Long 11 Anabas testudineus Long An b 1,83 Anabas testudineus 12 Anabas testudineus Long An c 1,86 4 3,0 ppt 3 Long An 13 Anabas testudineus Tiền Giang a 1,88 Anabas testudineus 14 Anabas testudineus Tiền Giang b 1,82 5 4,0 ppt 3 Tiền Giang 15 Anabas testudineus Tiền Giang c 1,84 4.2. Kết quả tách chiết DNA tổng số 4.3. Cặp mồi khuếch đại gene AQP1aa bằng Kết quả tách chiết DNA tổng số của 15 kỹ thuật PCR mẫu cá rô đồng (Anabas testudineus) có hiệu Dựa trên kết quả sàng lọc đã thiết kế được chỉnh phù hợp với thực tế của mẫu. Kết quả thu cặp mồi đặc hiệu dùng để chạy PCR khuếch đại được kiểm tra bằng điện di trên gel agarose 2%. gene AQP1aa (Bảng 3). Điện di dùng để xác định độ tinh sạch, nguyên Bảng 3. Cặp mồi sử dụng khuếch đại trình tự gene AQP1aa [3, tr.39] Tên mồi Trình tự mồi 5’- 3’ Tm (oC) Chiều phản ứng DNA/Aqp1-f CAAGAACTTCTGGAAGGCCG 58,84 Xuôi DNA/Aqp1-r ATAATCGCCCACTGGACCAC 59,32 Ngược 4.4. Đa dạng di truyền cá rô đồng dựa trên (NCBI) ta thu được các trình tự gene AQP1aa gene AQP1aa của các mẫu cá rô đồng. Trình tự gene AQP1aa Sau khi giải trình tự hai chiều bằng hệ hoàn chỉnh có kích thước 786bp thu được từ cá thống máy ABI 3130, hiệu chỉnh hai đầu 5’ và rô đồng đã được GenBank cấp mã số gia nhập 3’ của trình tự bằng phần mềm GENtle phiên (Accession Number) MT012828 và phát hành bản 1.9.4 và công cụ nucleotide BLAST ngày 07-06-2020, mã hóa cho AQP1aa với 261 69
4. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 25, Tháng 01 - 2021 amino acid, có khối lượng phân tử là 27,4 kDa (Hình 1) [6], [7], [8]. Hình 1. Trình tự AQP1aa của cá rô đồng đã được GenBank cấp mã số gia nhập MT012828 và phát hành [2, tr.60] Kết quả sắp hàng nhiều trình tự gene giữa các nhóm Dxy 0,00127 các loài cá rô AQP1aa của các mẫu cá rô đồng bằng phần mềm đồng sống ở những vùng có độ mặn khác nhau Mega X thiết lập được ma trận khoảng cách di tại Đồng bằng sông Cửu Long được phân làm 5 truyền giữa các nhóm và cây phát sinh loài. nhóm: Nhóm 1 (Group 1): Cá rô đồng Cần Thơ và 4.4.1. Khoảng cách di truyền giữa các nhóm đối chứng; Nhóm 2 (Group 2): Cá rô đồng Bến cá rô đồng dựa trên gene AQP1aa Tre; Nhóm 3 (Group 3): Cá rô đồng Vĩnh Long; Ứng dụng phần mềm Mega X, sắp hàng 16 Nhóm 4 (Group 4): Cá rô đồng Long An; Nhóm 5 trình tự AQP1aa của cá rô đồng bằng thuật toán (Group 5): Cá rô đồng Tiền Giang. Căn cứ khoảng ClustalW. Kết quả thiết lập được ma trận cách di truyền giữa các nhóm cá rô đồng sống ở khoảng cách di truyền giữa các nhóm cá rô Đồng bằng sông Cửu Long dựa trên gene AQP1aa đồng theo mô hình Kimura 2 - parameter với (Bảng 4), nhóm 4 và nhóm 5 có khoảng cách di bootstrap 1000 lần lặp lại để tăng độ tin cậy truyền xa nhất 0,01026; nhóm 1 và nhóm 2 có (Bảng 4). Với điều kiện khoảng cách di truyền khoảng cách di truyền gần nhất 0,00127. Bảng 4. Khoảng cách di truyền giữa các nhóm cá rô đồng dựa trên gene AQP1aa [3, tr.50] Tên nhóm Vùng sống (độ mặn) Nhóm 1 Nhóm 2 Nhóm 3 Nhóm 4 Nhóm 5 Nhóm 1 Cần Thơ (0,1 ppt) Nhóm 2 Bến Tre (0,3 ppt) 0,00127 Nhóm 3 Vĩnh Long (1,0 ppt) 0,00262 0,00393 Nhóm 4 Long An (3,0 ppt) 0,00383 0,00511 0,00657 Nhóm 5 Tiền Giang (4,0 ppt) 0,00639 0,00768 0,00393 0,01026 4.4.2. Cây phát sinh loài của các nhóm cá rô 4.4.3. Đa dạng di truyền giữa các nhóm cá rô đồng dựa trên gene AQP1aa đồng dựa trên gene AQP1aa Phân tích phát sinh chủng loài (Hình 2) Kết quả so sánh đa dạng di truyền giữa hai được thực hiện dựa trên sắp hàng nhiều trình tự nhóm loài (Bảng 5 và Hình 3), nhóm 4 và nhóm 5 gene AQP1aa của các dòng cá rô đồng (Anabas có khác biệt đa dạng di truyền cao nhất (k45 = testudineus) sống ở các vùng có độ mặn khác 4,800; D45 = 0,01026). Nhóm 1 và nhóm 2 có nhau tại Đồng bằng sông Cửu Long theo thuật khác biệt đa dạng di truyền thấp nhất (k12= 0,571; toán Neighbor - Joining Tree, ứng dụng phần D12 = 0,00127). Kết quả này cũng phù hợp với mềm Mega X. Độ tin cậy của cây phát sinh loài phân tích quan hệ di truyền giữa hai nhóm loài được xây đựng từ 16 trình tự và được đánh giá theo khoảng cách di truyền đã nêu ở mục 4.4.1. bằng phân tích bootstrap với 1000 lần lặp lại. 70
5. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Trương Thế Quang Hình 2. Cây phát sinh loài của một số dòng cá rô đồng dựa trên gene AQP1aa [3, tr.50] Bảng 5. Các tham số đa dạng di truyền giữa các nhóm cá rô đồng dựa trên AQP1aa [3, tr.59] Tổng số Số vị Số vị trí Tham số Số vị trí đột biến Tham số khác biệt Tên nhóm trình tự của trí SNP trung đa dạng di giữa hai nhóm đa dạng di truyền hai nhóm SNP bình (kij) truyền (Pi) trung bình giữa hai nhóm (Dij) Nhóm 1 - Nhóm 2 7 1 0,571 0,00073 1,000 0,00127 Nhóm 1 - Nhóm 3 7 2 1,143 0,00149 2,000 0,00261 Nhóm 1 - Nhóm 4 7 3 1,714 0,00218 3,000 0,00382 Nhóm 1 - Nhóm 5 7 5 2,857 0,00364 5,000 0,00636 Nhóm 2 - Nhóm 3 6 3 1,800 0,00235 3,000 0,00392 Nhóm 2 - Nhóm 4 6 4 2,400 0,00305 4,000 0,00509 Nhóm 2 - Nhóm 5 6 6 3,600 0,00458 6,000 0,00763 Nhóm 3 - Nhóm 4 6 5 3,000 0,00392 5,000 0,00654 Nhóm 3 - Nhóm 5 6 3 1,800 0,00235 3,000 0,00392 Nhóm 4 - Nhóm 5 6 8 4,800 0,00611 8,000 0,01026 Hình 3. Đồ thị so sánh các tham số đa dạng di truyền kij, Dij giữa các nhóm cá rô đồng dựa trên AQP1aa 71
6. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 25, Tháng 01 - 2021 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ppt) và nhóm 2 (Bến Tre 0,3 ppt) có khác biệt đa 5.1. Kết luận dạng di truyền thấp nhất (k12= 0,571; D12 = Tách chiết và thu nhận được DNA tổng số 0,00127). Kết quả này cũng phù hợp với phân của 15 mẫu cá rô đồng (Anabas testudineus) tại tích quan hệ di truyền giữa các nhóm cá rô đồng các vùng có độ mặn khác nhau ở Đồng bằng theo khoảng cách di truyền đã nêu ở mục 4.4.1. sông Cửu Long. Thiết kế và sàng lọc thu được 5.2. Kiến nghị cặp mồi đặc hiệu DNA/Aqp1-f và DNA/Aqp1-r Bài viết mở rộng mức độ biểu hiện của khuếch đại gene AQP1aa bằng kỹ thuật PCR. các gene AQP1, AQP1a, AQP1b, AQP1ab Giải trình tự, ráp nối và chú thích thành công cũng như cơ chế vận chuyển Na+/K+-ATPase, gene AQP1aa. Na+: K+: 2Cl- cân bằng nội mô. Khảo sát khả Kết quả so sánh đa dạng di truyền giữa các năng chịu mặn của một số dòng cá rô đồng dựa nhóm cá rô đồng dựa trên gene AQP1aa, nhóm 4 trên các gene AQP1 để chọn giống cá rô đồng (Long An 3,0 ppt) và nhóm 5 (Tiền Giang 4,0 có khả năng chịu mặn cao và ứng dụng nuôi ppt) có khác biệt đa dạng di truyền cao nhất (k45 trong môi trường nước lợ ở Đồng bằng sông = 4,800; D45 = 0,01026). Nhóm 1 (Cần Thơ 0,1 Cửu Long. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trương Thế Quang (2018), Tin sinh học (Bioinformatics), Nxb Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. [2] Trương Thế Quang và Huỳnh Ngọc Mỹ Phương (2020), Biểu hiện gene Aquaporin 1 (AQP1) trên cá rô đồng (Anabas testudineus) nuôi thử nghiệm trong nước mặn, Tạp chí Khoa học Đại học Văn Lang, số 21. [3] Trương Thế Quang và Huỳnh Ngọc Mỹ Phương (2020), Đa dạng di truyền và biểu hiện chịu mặn của cá rô đồng (Anabas testudineus) sống ở Đồng bằng sông Cửu Long dựa trên gene Aquaporin 1aa (Aqp1aa), Trường Đại học Văn Lang. [4] Ip Y., Soh M., Chen X., Ong J., Chng Y. & Ching B. (2013), Molecular characterization and mRNA expression of aquaporin 1 in the climbing perch, Anabas testudineus, exposed to freshwater, seawater, terrestrial conditions or environmental ammonia, PLoS One, 8(4). [5] Kumar S., Stecher G., Li M., Knyaz C. & Tamura K. (2018), MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms, Molecular biology and evolution, 35(6). [6] Truong The Quang and Huynh Ngoc My Phuong (2020), Anabas testudineus aquaporin 1 (aqp1) mRNA, complete cds, Accession MT012828, GenBank, National Center for Biotechnology Information (NCBI), USA, [7] Truong The Quang and Huynh Ngoc My Phuong (2020), Expression of the aquaporin 1 (aqp1) mRNA in the gills of the brackishwater climbing perch (Anabas testudineus), European Nucleotide Archive, London, England, [8] Truong The Quang and Huynh Ngoc My Phuong (2020), Anabas testudineus aquaporin 1 (aqp1) mRNA, complete cds, Center for Information Biology and DNA Data Bank of Japan, Ngày nhận bài: 17-12-2020. Ngày biên tập xong: 02-01-2021. Duyệt đăng: 22-01-2021 72