Bản đồ DI TRUYỀN

BẢN ĐỒ DI TRUYỀN
KHÁI NIỆM VỀ BẢN ĐỒ DI TRUYỀN
- Khi nghiên cứu cấu trúc di truyền của một loài sinh vật, một cá thể, một NST hoặc một gen… người ta thu được các dữ liệu di truyền bằng hình dạng: kích thước, màu sắc của NST hoặc bằng độ lớn, vị trí sắp xếp của gen, các nucleotid tạo nên các loại bản đồ di truyền khác nhau.
- Tùy theo phương pháp nghiên cứu mà người ta chia bản đồ di truyền thành nhiều loại khác nhau: bản đồ di truyền liên kết, bản đồ di truyền tế bào, bản đồ vật lý, bản đồ trình tự gen.
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN BẢN ĐỒ DI TRUYỀN
Năm 1910, Morgan đã xây dựng bản đồ liên kết gen ruồi dấm.
Năm 1934, phát hiện NST khổng lồ ở ruồi dấm, xây dựng được bản đồ di truyền tế bào.
1957, Wallman xây dựng bản đồ giao nạp ở vi khuẩn.
Năm 1970 xây dựng bản đồ giới hạn.
1977 Sanger xây dựng bản đồ trình tự gen đầu tiên của thực khuẩn thể  X174.
Tới nay đã lập được bản đồ trình tự gen ở nhiều sinh vật (ở người, cây lúa…)
MỘT SỐ LOẠI BẢN ĐỒ CHỦ YẾU
Hiện nay có nhiều loại bản đồ di truyền như:
Bản đồ hình thái NST (bản đồ kiểu nhân: Karyotype map)
Bản đồ di truyền liên kết (Genetic map)
Bản đồ di truyền giao nạp (Conjugation map)
Bản đồ di truyền tế bào (Cytogenetic map)
Bản đồ lai phóng xạ (Radiantion Hybrides map)
Bản đồ di truyền giới hạn (Restriction map)
Bản đồ vật lý (Physical map)
Bản đồ trình tự gen (Sequence map)
MỨC ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MỘT SỐ LOẠI BẢN ĐỒ DI TRUYỀN
BẢN ĐỒ HÌNH THÁI NST
- Được xây dựng bằng phương pháp nhuộm băng.
- Sử dụng kỹ thuật cố định NST ở kỳ giữa của quá trình phân bào giảm phân, loại protein, nhuộm với thuốc nhuộm.
- Quan sát dưới kính hiển vi, hình dạng NST được biểu hiện ở các vệt (band) màu đậm nhạt khác nhau trong cấu trúc NST.
- Tùy thuộc vào vị trí tâm động,hình thái NST có thể chia thành nhiều dạng khác nhau.
PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢN ĐỒ NST
Bản đồ NST có thể xây dựng trên một NST hoặc toàn bộ NST.
Bản đồ nhuộm băng của tất cả NST được gọi là bản đồ kiểu nhân.
Nguyên lý dựa vào độ đậm nhạt của các băng có thể xác định được sự khác nhau về cấu trúc NST.
Bằng phương pháp nhuộm màu khác nhau sẽ thu được các băng khác nhau. Dựa vào khóa phân loại chuẩn có thể xác định được vị trí phân loại của các cá thể sinh vật
CÁC PHƯƠNG PHÁP NHUỘM BĂNG
Nhuộm băng G: Cố định NST và loại bỏ protein bằng NaOH, sau đó nhuộm giemsa. Thu được các NST có các màu đậm nhạt khác nhau. Vùng đậm là vùng giàu A-T, vùng nhạt là vùng giàu G-C.
Nhuộm băng R: Cố định NST, gây biến tính DNA bằng nhiệt sau đó nhuộm giemsa. Kết quả vùng đậm giàu G-C, vùng nhạt giàu A-T.
Nhuộm băng Q: Nhuộm bằng quinacrin. Vùng đậm giàu A-T, vùng nhạt giàu G-C.
Nhuộm băng C: Biến tính DNA trên NST bằng Natri bão hòa, sau đó nhuộm giemsa. Băng sẫm là các vùng dị nhiễm sắc.
QUY ƯỚC ĐỌC BẢN ĐỒ NST
Cánh ngắn
Cánh dài
- Lấy tâm động làm chuẩn gốc
- Phần cánh ngắn: Kí hiệu p
- Phần cánh dài: Kí hiệu q
- Những phần nhỏ hơn trong các vệt được đánh số thứ tự tương ứng được ngăn cách bởi dấu “.”
- Số thứ tự của NST được để trước p hoặc q
NST thứ 12
BẢN ĐỒ DI TRUYỀN LIÊN KẾT
Được T. Morgan xây dựng đầu tiên vào năm 1910 – 1913 trên ruồi giấm.
Xây dựng dựa trên tần số tái tổ hợp giữa các locus gen trên cặp NST tương đồng.
Tần số tái tổ hợp giữa các locus gen là tần số trao đổi chéo hoán vị gen, xảy ra giữa các locus gen của các cặp NST tương đồng trong giảm phân.
Tần số tái tổ hợp được xác định bằng tỷ lệ các cá thể tổ hợp/tổng số các cá thể thu được trong quần thể đời con. Từ đó xác định được khoảng cách tương đối giữa các gen trên NST, tính bằng đơn vị centimorgan (cM).
BẢN ĐỒ DI TRUYỀN LIÊN KẾT (Tiếp)…
1 cM = 1% tần số trao đổi chéo giữa 2 cặp gen.
1cM được xác định tương đương với 1Mb so với các bản đồ khác.
Bản đồ di truyền liên kết chỉ xác định được vị trí tương đối giữa các gen trên NST, không xác định được chính xác vị trí và kích thước của gen
Do xây dựng trên cơ sở tần số tái tổ hợp giữa 2 locus gen nên độ chính xác thấp.
Việc thiết lập bản đồ vô cùng phức tạp nhưng có vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu di truyền học.
Đã có nhiều phần mềm được xây dựng làm tăng độ chính xác.
BẢN ĐỒ DI TRUYỀN GIAO NẠP
Là bản đồ di truyền bộ gen của vi khuẩn.
Được Wallman xây dựng với E.coli năm 1957 trên cơ sở giao nạp ngắt quãng ở từng thời điểm xác định.
Ở vi khuẩn E.coli có sự tái tổ hợp giữa plasmid giới tính với bộ gen. Plasmid gắn với bộ gen là episo.
Khi giao nạp những chủng Hfr sẽ chuyển nhân tố giới tính F và một phần DNA sang tế bào F- thông qua ống giao nạp.
BẢN ĐỒ DI TRUYỀN GIAO NẠP (tiếp)…
Các gen trong Hfr và F-:
+ Hfr: thr+, leu+, aziR, tonAR, lac+, strR.
+ F- : thr-, leu-, azis, tonAs, lac-, gal-, strs.
- (-) mất khả năng tổng hợp,
- (+) có khả năng tổng hợp.
- strR: chịu được chất kháng sinh.
- azis: mẫn cảm với độ acid của môi trường.
- tonAs: mẫn cảm với phage T1.
PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢN ĐỒ GIAO NẠP
Nuôi Hfr và F- trong ống nghiệm (điều kiện to, mật độ thích hợp)
Sau từng thời kỳ lấy từng ống nghiệm đưa vào máy rung làm ngừng quá trình giao nạp.
Nuôi cấy trên môi trường chọn lọc để kiểm tra.
Tổng hợp kết quả thu được.
Lập bản đồ gen tính bằng đơn vị phút.
BẢN ĐỒ DI TRUYỀN TẾ BÀO
Xây dựng trên cơ sở phần khác nhau của NST bắt màu khác nhau với thuốc nhuộm đặc hiệu tạo thành các băng màu khác nhau.
Thường sử dụng các phương pháp nhuộm giemsa, huỳnh quang…
Có thể thiết lập riêng từng NST hoặc cả bộ NST.
Xác định được các vùng NST với kích thước >10Mb.
Có thể xác định được tính đa hình di truyền của loài, phân tích bệnh lý, đột biến cấu trúc NST.
Hiện nay với phương pháp FISH có thể xác định được các đoạn NST kích thước từ 1-2Mb với độ chính xác cao.
BẢN ĐỒ DI TRUYỀN TẾ BÀO
BẢN ĐỒ DI TRUYỀN TẾ BÀO Ở NGƯỜI
BẢN ĐỒ LAI PHÓNG XẠ
Được phát hiện năm 1970, hoàn thiện năm 1990.
Là bản đồ di truyền được xây dựng trên cơ sở khuyếch đại các đoạn NST đứt gẫy do xử lý phóng xạ được lai với NST bình thường tạo nên các khảm NST.
Tùy theo mức độ xử lý phóng xạ mà thu được các đoạn NST với kích thước khác nhau.
Độ chính xác phụ thuộc vào liều lượng phóng xạ, kỹ thuật dụng hợp nhân và tế bào lựa chọn.
Đơn vị cR (centi Ray) (tương ứng với 2kb trên bản đồ vật lý).
Hiện nay có nhiều phần mềm giúp xây dựng bản đồ lai phóng xạ một cách chính xác và có hiệu quả.
CÁC BƯỚC THIẾT LẬP BẢN ĐỒ LAI PHÓNG XẠ
Cố định tế bào ở giai đoạn kỳ giữa của quá trình phân bào.
Xử lý với tia X thích hợp.
Thực hiện kỹ thuật lai tế bào đã được xử lý phóng xạ với một tế bào bình thường nhờ kỹ thuật PEG hoặc nhờ virus Sendai làm dung hợp nhân giữa 2 tế bào.
Nuôi cấy tế bào lai trong môi trường dinh dưỡng thích hợp làm dung hợp nhân hai tế bào.
Sử dụng PCR để nhân các đoạn DNA lạ cài gắn trong thể khảm của tế bào lai.
Tập hợp kết quả xây dựng bản đồ lai
SƠ ĐỒ LẬP BẢN ĐỒ LAI PHÓNG XẠ
Dung hợp nhân giữa tế bào cho và tế bào nhận
Tế bào lai phóng xạ
Lựa chọn tế bào lai phóng xạ
BẢN ĐỒ GIỚI HẠN
Là bản đồ giới hạn thể hiện số lượng và kích thước các đoạn DNA bị cắt bằng enzym giới hạn.
Một phân tử khi sử dụng các loại enzym khác nhau có thể cho nhiều đoạn cắt khác nhau hình thành nên các bản đồ giới hạn khác nhau.
Khi xây dựng bản đồ phải ghi rõ loại enzym giới hạn, số lượng, kích thước đoạn cắt.
Được sử dụng trong xác định nguồn gốc hoặc sự khác nhau giữa các cá thể trong loài.
Kết quả phụ thuộc vào điều kiện thực hiện, độ tinh sạch của mẫu, enzym.
PHƯƠNG PHÁP LẬP BẢN ĐỒ GIỚI HẠN
Tách chiết DNA mẫu nghiên cứu và thực hiện PCR tạo ra một lượng DNA cần thiết.
Lựa chọn các enzym giới hạn thích hợp, xử lý enzym giới hạn các mẫu trong điều kiện thích hợp.
Điện di kết quả trên gel agarose cùng với thang DNA chuẩn, tính toán kết quả và lập bản đồ.
VÍ DỤ VỀ LẬP BẢN ĐỒ GIỚI HẠN
Sử dụng enzyme Hind III và Bam HI.
Kết quả điện di có được
Bằng tính toán tổ hợp ta sẽ xác định được trình tự các đoạn trong bộ gen. Từ đây thiết lập nên bản đồ giới hạn. Tuy nhiên, nếu với số lượng enzym giới hạn lớn thì việc tính toán gặp rất nhiều khó khăn
BẢN ĐỒ VẬT LÝ
Là loại bản đồ được xây dựng từ các đoạn DNA được phân cắt từ bộ gen.
Các đoạn DNA sử dụng có thể là các đoạn DNA tách dòng trong các loại vector tách dòng khác nhau hoặc các đoạn DNA thu được bằng các kỹ thuật phân tử RFLP, SSR…
Kích thước các đoạn được tính bằng số cặp base.
Số lượng, kích thước các đoạn cắt trong mỗi loại bản đồ vật lý mang đặc trưng riêng tạo nên các loại bản đồ có độ chính xác khác nhau.
Bản đồ vật lý có ý nghĩa quan trọng giúp lưu trữ thông tin di truyền của cá thể và các loài sinh vật trong các nghiên cứu đa dạng sinh học và vốn gen của các loài sinh vật.
Là giai đoạn đầu thực hiện kỹ thuật giải trình tự gen
BẢN ĐỒ TRÌNH TỰ GEN
Được xây dựng trên cơ sở trật tự sắp xếp của các nucleotid trên phân tử DNA.
Có độ chính xác cao nhất, giúp xác định số lượng gen trên NST, trình tự sắp xếp chính xác của các nucleotid trong mỗi gen.
Bản đồ trình tự có thể được thiết lập ở nhiều mức độ khác nhau.
Đây là phương pháp tốn kém (chi phí 1USD/nu), phức tạp đòi hỏi sự cộng tác của nhiều nhà khoa học.
Hiện nay có nhiều bộ gen được giải mã trong đó có bộ gen người và bộ gen cây lúa.