Xây dựng và ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu đa dạng di truyền một số bộ cá tại Đồng bằng sông Cửu Long - NCS. Vũ Đặng Hạ Quyên

Tên đề tài luận án: Xây dựng và ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu đa dạng di truyền một số bộ cá tại Đồng bằng sông Cửu Long
Ngành: Công nghệ sinh học 
Mã số ngành: 62420201
Họ tên nghiên cứu sinh: Vũ Đặng Hạ Quyên
Khóa đào tạo: 23/2013
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trần Linh Thước và TS. Đặng Thuý Bình
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh 
1. TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN
Sông Mekong là một trong những điểm nóng toàn cầu về đa dạng sinh học. Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) sỡ hữu đa dạng sinh học cao với khoảng 540 loài cá. Hiện nay, hệ thống sông Mekong đang phải đối mặt với những thách thức lớn về môi trường do các hoạt động của con người và những ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Các đập thủy điện là rào cản vật lý ngăn cản sự di cư của cá và thay đổi môi trường sống tự nhiên, gây ảnh hưởng đến quá trình sinh sản, tập tính sống (sự di cư, các bãi đẻ và khu vực kiếm mồi) dẫn đến thay đổi sự phân bố của các loài và ngành sản xuất thủy sản. 
Luận án được thực hiện nhằm mục tiêu xây dựng và ứng dụng chỉ thị phân tử để nghiên cứu đa dạng di truyền các loài cá tại ĐBSCL với 2 nội dung chính: (i) Xây dựng dữ liệu trình tự hai gen thuộc DNA ti thể (gen mã hóa 16S rRNA và cytochrome oxidase subunit 1- CO1) của các loài cá thuộc ba bộ cá nước ngọt phổ biến tại ĐBSCL (Bộ cá da trơn Siluriformes, Bộ cá vược Perciformes và Bộ cá chép Cypriniformes) và ứng dụng để phân tích mối quan hệ phát sinh loài của các loài thuộc ba Bộ cá này; (ii) Nghiên cứu đặc điểm di truyền quần thể, mô hình di cư của loài cá phèn vàng Polynemus melanochir (có tập tính di cư giữa các thủy vực nước mặn, nước lợ và nước ngọt) và loài cá sửu Boesemania microlepis (có tập tính di cư địa phương) dựa trên việc tuyển chọn và ứng dụng chỉ thị phân tử SNPs (single nucleotide polymorphisms).    
Mẫu cá được thu thập tại ĐBSCL trong 3 năm (2013-2016). Bằng phương pháp hình thái và sinh học phân tử, 85 loài cá được định loại gồm: 23 loài (27,1%), 14 giống, 9 họ thuộc bộ Siluriformes; 31 loài (36,5%), 24 giống, 2 họ thuộc bộ Cypriniformes; 31 loài (36,5%), 23 giống, 13 họ thuộc bộ Perciformes. 85 trình tự gen mã hóa 16S rRNA và 85 trình tự gen mã hóa CO1 mtDNA tương ứng của các loài này đã được xác định và được đăng ký trên Genbank, góp phần hình thành dữ liệu di truyền của các loài cá tại ĐBSCL. Kết quả phân tích mối quan hệ phát sinh loài của các loài cá nghiên cứu cho thấy: (i) Sự đơn ngành của các họ trong bộ Siluriformes và các phân bộ Loricarioidei, Siluroidei; Plostosidae phân nhóm riêng rẽ với nhánh của Siluroidei; (ii) Bộ Cypriniformes phân thành 2 nhóm đơn ngành (họ Cyprinidae và họ Cobitidae) có mối quan hệ gần gũi; (iii) Bộ Perciformes phân thành 2 nhánh chính với Nhánh I gồm họ Eleotridae và Gobiidae, Nhánh II gồm 11 họ còn lại; tất cả các giống đều thể hiện sự đồng dạng. Chỉ thị phân tử (16S rRNA và CO1 mtDNA) được sử dụng để kiểm chứng và định loại phân tử một số loài có đặc điểm hình thái dễ gây nhầm lẫn như cá dứa (P. elongatus) - cá bông lau (P. krempfi), cá tra (P. hypophthalmus) - cá xác sọc (P. macronema) và 2 loài chưa thể định danh chính xác đến loài là Pangasius cf. mekongensis và cá khoai sông Acantopsis cf. rungthipae.
Mẫu cá phèn vàng P. melanochir và cá sửu B. microlepis được thu thập tại 3 tỉnh thuộc lưu vực sông Hậu, 5 tỉnh thuộc lưu vực sông Tiền tại ĐBCSL và tỉnh Siêm Riệp, Campuchia (chỉ riêng đối với mẫu cá sửu) từ 08/2015 - 11/2016. Tại mỗi địa điểm tiến hành thu 32–48 cá thể. Thư viện DNA bộ gen của mỗi cá thể được thu nhận bằng kỹ thuật Enzyme Restriction-site Associated DNA (EzRAD) và trình tự được xác định bằng kỹ thuật giải trình tự thế hệ mới Illumina. 
1738 SNPs đặc trưng của các quần thể cá phèn vàng P. melanochir tại 8 tỉnh ĐBSCL đã được tuyển chọn. Kết quả phân tích đặc điểm di truyền quần thể cho thấy: (i) Mức độ đa dạng di truyền tương đối cao ở các địa điểm nghiên cứu; sự khác biệt di truyền giữa các quần thể thấp nhưng có ý nghĩa thống kê; (ii) Có sự kết nối cao giữa các quần thể; (iii) Kích thước quần thể hiệu quả Ne < 500, cho thấy quần thể cá phèn vàng khó có khả năng phục hồi trước những biến động môi trường trong thời gian dài. Phân tích mô hình di cư cho kết quả: (i) Mô hình di cư lịch sử cho thấy có sự di cư dọc 2 nhánh sông Hậu và sông Tiền, nhưng không có sự di cư giữa 2 sông; (ii) Mô hình di cư hiện tại cho thấy có sự di cư của cá phèn vàng dọc ở 2 nhánh sông, chủ yếu từ sông Tiền sang sông Hậu.
638 SNPs đặc trưng của các quần thể cá sửu B. microlepis tại 6 tỉnh ĐBSCL và tỉnh Siêm Riệp (Campuchia) đã được tuyển chọn. Kết quả phân tích đặc điểm di truyền quần thể cho thấy: (i) Mức độ đa dạng di truyền tương đối cao ở tất cả 7 địa điểm nghiên cứu; sự khác biệt di truyền giữa các quần thể thấp không có ý nghĩa thống kê; (ii) Có sự kết nối cao giữa các quần thể; (iii) Kích thước hiệu quần thể hiệu quả Ne < 500, cho thấy quần thể cá sửu khó có khả năng phục hồi trước những biến động môi trường trong thời gian dài; Ne của cá sửu ở sông Tiền (66,1) tiệm cận giá trị cực 50, chứng tỏ biến động môi trường ảnh hưởng đến sức sống quần thể. Phân tích mô hình di cư cho kết quả: (i) Mô hình di cư lịch sử là mô hình Panmixia, có sự di cư qua lại giữa 2 nhánh sông và di cư đến Biển Hồ (Campuchia); (ii) Mô hình di cư hiện tại cho thấy có sự di cư của cá sửu chủ yếu ở nhánh sông Hậu, từ sông Tiền sang sông Hậu và từ sông Hậu đến Siêm Riệp.
2. NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN 
- Xây dựng dữ liệu di truyền (đoạn gen mã hóa 16S rRNA và CO1 mtDNA) của DNA ti thể của 85 loài cá  thuộc Bộ Siluriformes, Bộ Perciformes, Bộ Cypriniformes tại ĐBSCL. 
- Ứng dụng dữ liệu di truyền để khảo sát mối quan hệ tiến hóa của các loài cá thuộc 3 bộ này và kiểm chứng, định loại phân tử 06 loài cá có đặc điểm hình thái dễ gây nhầm lẫn.
- Ứng dụng kỹ thuật EzRAD phát hiện và tuyển chọn SNPs đặc trưng quần thể cho 2 loài cá ở ĐBSCL có đặc tính di cư khác nhau, trong đó cá phèn (Polynemus melanochir) di cư dọc sông, giữa các thủy vực ngọt, lợ, mặn và cá sửu (Boesemania microlepis) di cư ở qui mô địa phương.
- Dựa trên chỉ thị SNPs, cấu trúc di truyền quần thể, mô hình di cư, kích thước quần thể hiệu quả được khảo sát nhằm bước đầu đánh giá ảnh hưởng của biến động về môi trường về chế độ thủy văn, sự xâm nhập mặn lên quần thể cá phèn vàng và cá sửu tại ĐBCSL.
3. CÁC ỨNG DỤNG/ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN HAY NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGỎ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU 
- Luân án góp phần cung cấp dữ liệu di truyền và cơ sở khoa học tin cậy cho các bên liên quan để phục vụ bảo tồn và quản lý nguồn lợi cá tại khu vực ĐBSCL trước  những biến động môi trường.
- Luân án góp phần hoàn thiện bộ dữ liệu di truyền cho các bộ cá phân bố ở ĐBSCL trên cơ sở đa dạng hóa các chỉ thị phân tử và kết hợp định loại hình thái và phân tử với các loài cá có đặc điểm hình thái dễ gây nhầm lẫn.
- Cần khảo sát cấu trúc di truyền quần thể cá phèn vàng và cá sửu ở tất cả các thủy vực phân bố tự nhiên ngoài ĐBSCL (cá phèn vàng ở Campuchia, Indonesia; cá sửu ở hạ lưu sông Mekong).