Phân tích đa dạng trình tự nucleotid ADN ty thể và mối quan hệ di truyền của bò H’mông với một số quần thể bò khác

PHẠM DOÃN LÂN – Phân tích đa dạng trình tự nucleotid ADN ty thể ... 1 PHÂN TÍCH ĐA DẠNG TRÌNH TỰ NUCLEOTID ADN TY THỂ VÀ MỐI QUAN HỆ DI TRUYỀN CỦA BÒ H’MÔNG VỚI MỘT SỐ QUẦN THỂ BÒ KHÁC Phạm Doãn Lân1, Nguyễn Trọng Bình1, Trần Xuân Hoàn1, Vũ Chí Cương1, Lê Đình Lương2 và J.C. Maillard3 1 Phòng TN trọng điểm Công nghệ tế bào động vật -Viện Chăn nuôi - Thụy phương - Từ Liêm - Hà Nội 2 Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia - Hà Nội 3 Giám đốc CIRAD vùng Đông Nam Á *Tác giả liên hệ: Phạm Doãn Lân - Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ tế bào động vật Tel: (04).2.166.147 / 0914 366 975; Fax: (04) 8 389.775; Email: pdlanvn@yahoo.com ABSTRACT Mitochondrial DNA sequence diversity and phylogenetic relationships of H’Mong cattle to other cattle populations H’mong cattle is an local breed with unclear origin. To assess the mitochondrial DNA sequence diversity and phylogenetic relationship of H’mong cattle to various other cattle populations, we analyzed for partial (530bp) of mtDNA D-loop sequences of 26 H’mong cattle samples in conjunction with previous published sequences from Northeast Asian (Korea, Japan), Europe, Africa, India and American bison cattle. The results showed that 14 haplotypes were observed in total of 26 analyzed cattle samples, indicating that the H’mong cattle population had a high diversity of mtDNA. In phylogenetic analysis, the H’mong cattle samples were clustered into two distinct genetic lineages: taurine (Bos taurus) and zebu (Bos indicus). The H’mong zebu lineages are closely related to Indian zebu cattle and are clearly separate from other cattle populations while the H’mong taurine lineages, Eropean, African, Japanese and Korean cattle clustered together. These results suggested that H’mong taurin lineages are closely related to cattle of Northeast Asian and Europe. Keywords: Mitochondrial DNA diversity, phylogenetic relationship, Bos indicus, Bos taurus ĐẶT VẤN ĐỀ Bò có vai trò chính trong sự phát triển của nền văn minh loài người và là một trong những loài vật nuôi thuần hoá có ý nghĩa kinh tế nhất. Có hai phụ loài chính đó là bò không có u (Bos taurus) và bò có u (Bos indicus) đều được cho là bắt nguồn từ bò rừng Châu Âu (Bos primigenius) đã tồn tại từ cách đây 8.000 - 10.000 năm và được thuần hoá riêng biệt (Epstein, 1971; Epstein và Mason, 1984; Machugh và cs, 1997; Loftus và cs, 1994). Các giống bò hiện nay đều là các biến thể của hai phụ loài Bos indicus và Bos taurus. Tính đa dạng về di truyền, nguồn gốc, sự bảo tồn và lợi ích của các giống bò này đã được quan tâm nghiên cứu nhiều trên Thế giới. Bò H’mông hay bò Mèo là một giống bò địa phương đặc trưng của tỉnh Hà Giang, chúng gắn liền với đời sống và văn hoá của đồng bào dân tộc H’mông. Cùng với người H’mông, bò H’mông sinh sống bán cô lập ở độ cao cao trên 1.000 mét so với mặt nước biển do đó chúng ít bị lai tạp bởi các giống bò khác. Theo một số giả thiết cho rằng bò vàng Việt Nam có nguồn gốc từ bò có u Ấn Độ (Bos indicus) và bò vàng Trung Quốc không có u (Bos taurus) (Lê Viết Ly và cs, 1999). Tuy nhiên, chưa có một bằng chứng nào ở mức độ phân tử về sự lai tạp và nguồn gốc giữa hai dòng bò có u và bò không có u ở bò Vàng Việt Nam nói chung và ở bò H’mông nói riêng được công bố. Trong nghiên cứu này chúng tôi trình bày: Một số kết quả phân tích sự đa dạng trình tự AND vùng D-loop ty thể, xác định sự lai tạp giữa hai loại bò có u và bò không có u ở quần thể bò VIỆN CHĂN NUÔI - Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi - Số 13-Tháng 8-2008 2 H’mông đồng thời so sánh mối quan hệ di truyền giữa bò H’mông với một số quần thể bò khác của Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Châu Phi, Châu Âu, và bò rừng Mỹ (Bison bison). VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Hai mươi sáu cá thể bò H’mông được chọn ngẫu nhiên ở các huyện Đồng Văn, Mèo Vạc, Xín Mần và Hoàng Su Phì của tỉnh Hà Giang. Trình tự nucleotid vùng D-loop ty thể của các mẫu bò Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Châu Âu, Châu Phi bò rừng Châu Mỹ được thu thập từ ngân hàng gen Quốc tế (GeneBank). Tách chiết ADN và nhân ADN đặc hiệu (PCR) Quy trình tách chiết ADN hệ gen từ các mẫu mô tai của 26 cá thể bò H’mông được thực hiện theo bộ kít tách QIAamp của hãng Qiagen (Đức). Vùng ADN D-loop ty thể có kích thước 990 bp được nhân đặc hiệu bởi phản ứng PCR với cặp mồi đặc hiệu có trình tự: Mồi xuôi: 5’-ACTAGGCATTTTCAGTGCCTTGCTT-3’ Mồi ngược: 5’-CCCAAAGCTGAAGTTCTATTTAAACTA-3’ Phản ứng PCR được tiến hành trong tổng thể tích 50µl bao gồm: Đệm PCR 1x, 1,5mM MgCl2, 200µM mỗi loại dNTP (A,T,G,C), 0,2µM mỗi loại mồi xuôi, mồi ngược và 50-100 ng ADN khuôn. Phản ứng PCR được thực hiện theo các bước: Trước tiên ADN được biến tính ở 94oC trong 4 phút, tiếp theo đó với 32 chu kỳ, mỗi chu kỳ được thực hiện ở điều kiện như sau: biến tính ở 92oC trong 1 phút, gắn mồi ở 55oC trong 1 phút, tổng hợp chuỗi ADN ở 72oC trong 1 phút 20 giây. Cuối cùng kết thúc phản ứng ở 72oC trong 10 phút. Phản ứng giải trình tự Sản phẩm PCR sau đó được tinh sạch bằng bộ kít tinh sạch (QIAquick PCR Purification kit) của hãng Qiagen (Đức). Phản ứng giải trình tự được thực hiện trực tiếp từ các sản phẩm PCR đã được tinh sạch với cả 2 mồi xuôi và ngược sử dụng bộ kít giải trình tự (DTCS-Quick Start Master Mix) của hãng Beckman Coulter và được tiến hành phân tích trên máy giải trình tự CEQ8000. Phân tích trình tự Trình tự nucleotid vùng D-loop ty thể của các mẫu bò H’mông được so sánh với trình tự các mẫu bò của Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Châu Âu, Châu Phi, bò rừng Mỹ (Bos binson) và trình tự toàn bộ ADN ty thể của hai mẫu bò không có u và có u đối chứng với mã truy cập trên ngân hàng gen tương ứng là V00654 và NC-005971 sử dụng công cụ CLUSTALW trong phần mềm BIOEDIT và DNAsp. Khoảng cách di truyền giữa các trình tự vùng D-loop ty thể của các nhóm bò được tính theo phương pháp của Tamura và Nei (1993). Cây quan hệ di truyền (phylogenetic tree) được xây dựng bằng phần mềm MEGA phiên bản 4.0 (Kuma và cs, 1994). PHẠM DOÃN LÂN – Phân tích đa dạng trình tự nucleotid ADN ty thể ... 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Sự đa dạng trình tự ADN vùng D-loop ty thể ADN ty thể là một dạng vật liệu di truyền nằm ở ngoài nhân được di truyền theo dòng mẹ. Chúng có tỷ lệ đột biến cao hơn 5-10 lần so với hệ gen trong nhân, đặc biệt vùng điều khiển D-loop (displacement loop) có tỷ lệ thay đổi rất cao do đó thường được sử dụng trong các nghiên cứu về đa dạng di truyền, phân loại và nguồn gốc tiến hoá của các loài. Tiến hành giải trình tự ADN vùng D-loop ty thể của các mẫu bò H’mông chúng tôi thu được đoạn trình tự nucleotid có độ dài 530 bp (base pair) trên độ dài 990 bp của sản phẩm PCR. Đoạn trình tự này có vị trí từ nucleotid 15813 đến 16343 của toàn bộ trình tự ADN ty thể được công bố bởi Anderson và cs (1982) với mã truy nhập trên ngân hàng gen Quốc tế là V00654. So sánh và phân tích trình tự vùng D-loop ty thể của 67 mẫu bò bao gồm: H’mông (26 mẫu); Hàn Quốc (4 mẫu bò vàng); Nhật Bản (9 mẫu bò đen), Ấn Độ (6 mẫu gồm các giống Harianna, Sahiwal, Tharparkar); Châu Phi (8 mẫu gồm các giống: Butana, Fulani, Kenana và N’Dama); Châu Âu (12 mẫu gồm các giống: Aberdeen Angus, Charolais, Friesian, Here ford, Jersey và Simantal) và 2 mẫu đối chứng của bò có u và không có u, kết quả cho thấy xuất hiện 39 kiểu di truyền đơn ty thể (haplotype) và có 50 điểm đa hình (polymorphic site) trên toàn bộ đoạn trình tự ADN được phân tích (530 bp). Trong số 26 mẫu bò H’mông được phân tích thì có 14 kiểu di truyền ty thể được xác định, kết quả được trình bày ở Hình 1. Hình 1: Đa dạng trình tự vùng D-loop ty thể của 67 mẫu bò phân tích. Ký hiệu của các mẫu được thể hiện ở cột thứ nhất: EU (Châu Âu); AF (Châu Phi); JP (Nhật Bản); KR (Hàn Quốc); VN (Viêt Nam); IN (Ấn Độ). V00654 và NC005971- tương ứng là trình tự ADN ty thể chuẩn của mẫu bò không có u (Bos taurus) và bò có u (Bos indicus). Ký hiệu (-) chỉ sự tương đồng giữa các nucleotid, (*) mất hoặc thêm nucleotid. VIỆN CHĂN NUÔI - Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi - Số 13-Tháng 8-2008 4 Qua Hình 1 cho thấy trình tự ADN vùng D-loop ty thể ở bò H’mông được tách biệt thành hai nhóm: nhóm H’mông 1 với các mẫu từ VN1 đến VN9 có trình tự của dòng bò không có u (Bos taurus); nhóm H’mông 2 với các mẫu từ VN10 đến VN14 có trình tự của dòng bò có u (Bos indicus). Trong số 26 mẫu bò H’mông được phân tích ngẫu nhiên. Kết quả cho thấy, có 14 mẫu thuộc dòng bò có u và 12 mẫu thuộc dòng bò không có u (Hình 2). Điều đó cho thấy rằng tính đa dạng ADN ty thể của quần thể bò H’mông là tương đối cao. Khoảng cách và mối quan hệ di truyền Khoảng cách di truyền trung bình giữa các quần thể bò được ước lượng dựa trên phương pháp của Tamura-Nei. Kết quả được thể hiện ở Bảng 1. Bảng 1: Ma trận khoảng cách di truyền giữa các quần thể bò bao gồm cả bò rừng Mỹ theo Tamura-Nei [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [1] Châu Âu 0,000 [2] Châu Phi 0,008 0,000 [3] Ấn Độ 0,060 0,061 0,000 [4] Nhật Bản 0,007 0,013 0,065 0,000 [5] Hàn Quốc 0,007 0,011 0,063 0,009 0,000 [6] H’mông 2 0,058 0,060 0,004 0,064 0,062 0,000 [7] H’mông 1 0,007 0,012 0,058 0,009 0,010 0,057 0,000 [8] Bò rừng Mỹ 0,135 0,133 0,140 0,139 0,139 0,137 0,133 0,000 Qua Bảng 1 cho thấy, khoảng cách di truyền giữa bò rừng Mỹ và các quần thể bò khác (Châu Âu, Châu Phi, Ấn Độ, Việt Nam, Hàn Quốc, Nhật Bản) đều lớn hơn 0,1. Trong khi đó, khoảng cách di truyền giữa bò Ấn Độ, H’mông 2 (thuộc dòng bò có u) và các quần thể bò thuộc dòng không có u (Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Châu Phi, H’mông 1) lớn hơn 0,05. Khoảng cách di truyền giữa quần thể bò Châu Âu, Châu Phi, Nhật Bản, Hàn Quốc và H’mông 1 dao động trong khoảng 0,007–0,013. Khoảng cách di truyền giữa nhóm bò H’Mông 1 và bò có u Ấn Độ là 0,004. Cây phân loài di truyền ở hình 2 cho thấy quần thể bò H’mông nhóm 1 và Châu Âu, Châu Phi, Hàn Quốc, Nhật Bản đều thuộc dòng bò không có u và có mối quan hệ gần nhau đồng thời chúng tách biệt so với bò có u Ấn Độ và bò rừng Mỹ. Trong khi đó nhóm bò H’mông 2 có mối quan hệ di truyền rất gần với quần thể bò có u Ấn Độ. Mặc dù kết quả tính khoảng cách di truyền trên Bảng 1 cho thấy, giữa nhóm bò H’mông 1 và bò Châu Âu, Hàn Quốc, Nhật Bản có mối quan hệ di truyền gần nhau hơn so với nhóm bò Châu Phi tương ứng là (0,007-0,01) và (0,012) nhưng ở cây phân loài di truyền (Hình 2) không cho thấy có sự tách biệt hẳn giữa các nhóm bò Châu Phi và H’mông 1, Châu Âu, Hàn Quốc và Nhật Bản. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi giống với Kim và cs (2003), khi nghiên cứu mối quan hệ di truyền của một số giống bò của Hàn Quốc cũng không cho thấy sự tách biệt giữa bò Hàn Quốc, Châu Âu và Châu Phi. Trong khi đó, Mannen và cs (1998) khi nghiên cứu nguồn gốc của giống bò đen Nhật Bản (Bos taurus) dựa trên phân tích trình tự ADN ty thể đã cho thấy sự tách biệt giữa bò Châu Âu với bò Châu Phi. Trong đó, một số cá thể bò đen của Nhật Bản có mối quan hệ di truyền gần gũi với bò của Châu Âu. PHẠM DOÃN LÂN – Phân tích đa dạng trình tự nucleotid ADN ty thể ... 5 Ngoài ra, một số nghiên cứu khác cũng đã cho rằng hầu hết các giống bò ngày nay có nguồn gốc thuần hoá từ 3 khu vực khác nhau: Khu vực Tây Á là nguồn gốc của bò có u (Bos indicus) bao gồm các giống bò có u Ấn Độ hiện nay, vùng Cận Đông và Châu Phi là nguồn gốc của bò không có u -Bos taurus (Bradley và cs, 1996; Loftus và cs, 1994; Troy và cs, 2001). Cho dù các giống bò Châu Phi hiện nay chúng có đặc điểm hình thái là dạng trung gian của hai phụ loài Bos indicus và Bos taurus tuy nhiên nguồn gốc xuất hiện ban đầu ở Châu Phi được cho là bò Bos taurus. Hình 2: Cây phân loài di truyền của 67 mẫu bò ở Việt Nam (VN), Hàn Quốc (KR), Nhật Bản (JP), Ấn Độ (IN), Châu Âu (EU), Châu phi (AF), 5 mẫu bò rừng Châu Mỹ (Bison) và 2 mẫu bò có u và không có u đối chứng tương ứng là V00654, NC00597. JP U87635 JP U87633 KR AF409056 JP U87639 JP U87638 JP U87637 JP U87636 VN8 JP U87634 Bos taurusV00654 VN22 VN5 VN13 VN14 JP U87640 EU L27716 EU L27726 JP U87650 EU L27734 EU L27717 EU L27735 KR AF409055 EU L27718 EU L27719 EU L27727 EU L27712 EU L27725 KR AF409057 EU L27713 VN23 VN17 VN19 VN1 VN15 VN25 EU L27724 AF L27730 AF L27731 AF L27728 AF L27720 AF L27721 AF L27729 VN11 KR AF409054 AF L27714 AF L27715 VN4 VN20 VN24 IN L27723 VN18 IN L27722 IN L27732 IN L27736 IN L27737 IN L27733 Bos indicusNC005971 VN2 VN43 VN6 VN7 VN9 VN10 VN12 VN16 VN21 VN26 Bison U12946 Bison U51848 Bison U12936 Bison U12955 Bison U12959 0.000.010.020.030.040.050.06 Bò không u Bos taurus Bò có u Bos indicus Bò rừng Mỹ Bison bison VIỆN CHĂN NUÔI - Tạp chí Khoa học Công nghệ Chăn nuôi - Số 13-Tháng 8-2008 6 Theo tác giả Phillips (1961) và Payne (1995) thì các giống bò bản địa của Trung Quốc và Việt Nam là sự lai tạp giữa bò có u (Bos indicus) và bò không có u (Bos taurus). Thực vậy nhận định này phù hợp với kết quả nghiên cứu của chúng tôi trên quần thể bò H’mông (tỷ lệ bò có u chiếm 53,8%) cũng như kết quả nghiên cứu của Xin Cai và cs (2006) ở 18 giống bò bản địa trên toàn lãnh thổ Trung Quốc thì bò không u chủ yếu tập trung ở phía Bắc với tỷ lệ 81,8- 100% ở các giống và được cho là do du nhập từ Mông Cổ trong khoảng thời gian giữa 3766- 3122 năm trước Công Nguyên. Trong khi đó bò không có u chủ yếu tập trung ở phía Nam Trung Quốc với tỷ lệ 63,3-100% ở các giống. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Qua phân tích sai khác trình tự ADN vùng D-loop ty thể trên quần thể bò H’mông cho thấy tính đa dạng di truyền ADN ty thể là tương đối cao. Quần thể bò H’mông có nguồn gốc từ sự lai tạp của hai dòng bò không có u (Bos taurus) và có u (Bos indicus), tỷ lệ bò có u chiếm 53,8%. Dòng bò không có u ở quần thể bò H’mông có mối quan hệ di truyền gần với bò không u của Hàn Quốc, Nhật Bản (có nguồn gốc du nhập từ bò không u phía Bắc Trung Quốc) và Châu Âu, trong khi đó dòng bò có u có mối quan hệ di truyền gần gũi với bò có u Ấn Độ. Kết quả nghiên cứu đã bước đầu cung cấp bằng chứng ở mức độ phân tử cho thấy phù hợp với nhận định rằng bò Vàng Việt Nam có nguồn gốc từ bò có u Ấn Độ (Bos indicus) và bò Vàng Trung Quốc không có u (Bos taurus). TÀI LIỆU THAM KHẢO Anderson, S., de Bruiji, M. H., Coulson, A. R., Eperon, I. C., Sanger, F., and Young, I. g, (1982). Complete sequence of bovine mitochondrial DNA. Conserved features of the mammalian mitochondrial genome. J. Mol. Boil 156, pp. 683-717. Bradley, D. G., Machugh, D. E., Cunningham, P and Loftus, R. T, (1996). Mitochondrial diversity and the origins of African and European cattle. Poc. Natl. Acad. Sci. USA 93, pp. 5131-5135. Epstein, H., (1971). The origin of domestic animals of Africa. Aficana Publishing Corporation, New York. Vol.1, pp. 185-555. Epstein, H., and Mason, I. L, (1984). Evolution of domesticated animal. Edited by I. L. Mason. Long man, New York, pp.6-27. Kim, K. I., Lee, J. H., Lee, S. S and Yang, Y. H, (2003). Phylogenetic relationships of Northeast Asian cattle to other cattle populations determined using mitochondrial DNA D-Loop sequence polymorphism. Biochem. Gentic 41, pp. 91-98. Kuma, S., Tamura, K and Nei, M, (1994). Molecular evolutionary genetic analysis software for microcomputers. Comput.Appl.Biosci 10, pp. 189-191. Lê Viết Ly., Hoàng Kim Giao., Mai Văn Sánh., Võ Văn Sự., Lê Minh Sắt, (1999). Chuyên khảo bảo tồn nguồn gen vật nuôi ở Việt Nam. Tập I: Phần gia súc. Nhà xuất bản nông nghiệp, Hà nội. Loftus, R. T., Machugh, D. E.,Bradley, D. G., Sharp, P. M and Cunnigham, P, (1994). Evidence for two independent domestications of cattle. Proc.Natl. Acad. Sci. USA 91, pp.2757-2761. PHẠM DOÃN LÂN – Phân tích đa dạng trình tự nucleotid ADN ty thể ... 7 Machugh, D. E., Shriver, M. D., Loftus, R. T.,Cunningham, P and Bradley, D. G (1997). Microsatellite DNA variation and the evolution, domestication and phylogeography of taurine and zebu cattle (Bos Taurus and Bos indicus). Genetic 146, pp.1071-1086. Mannen, H., Tsuji, S., Loftus, R. T and Bradley, D. G, (1998). Mitochondrial ADN variation and evolution of Japanese black cattle (Bos taurus). Genetic 150, pp. 1169-1175. Payne WJA, (1995). Diffusion of cattle throughout of Asia in tropical cattle: origins, breeds and breeding policy. Black well Sciences Ltd., Oxford, pp. 15-22. Phillips W, (1961). World distribution of the major types of cattle. J Heredity 86, pp. 248-249. Tamura, K., and Nei, M, (1993). Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Mol. Biol. Evol 10, pp. 512-526. Troy, C. S., Machugh, D.E., Balley, J. F., Magee, D. A., Loftus, R. T., Cunnigham, P., Chamberlain, A. T., Sykes, B. C., and Bradley, D. G, (2001). Genetic evidence for Near-Eastern origins of European cattle. Nature 410, pp. 1088-1091. Xin Cai., Hong Chen., Chuzhao Lei., Shan Wang., Kai Xue and Bao Zhang, (2006). mtDNA diversity and genetic lineages of eighteen cattle breeds from Bos Taurus and Bos indicus in China. Genetica, DOI 10.1007/s10709-006-9129-y Người phản biện: Ths. Trần Thị Thu Thủy. Ths. Nguyễn Thị Quỳnh Châu