Tin sinh học

Tin sinh học trong phát triển thực vật
1. Tin sinh học là gì?
2. Lịch sử hình thành và phát triển của tin sinh học
3. Các bước kĩ thuật tin sinh học
4. Các lĩnh vực áp dụng của tin sinh học
5. Các ứng dụng của tin sinh học trong sự
phát triển thực vật
1. Khái niệm tin sinh học
Tin sinh học (bioinformatics) là một lĩnh vực khoa học
sử dụng các công nghệ của các ngành toán học ứng dụng,
tin học, thống kê, khoa học máy tính, trí tuệ nhân tạo,
hóa học và hóa sinh để giải quyết các vấn đề sinh học

-Tin sinh học có thể đuợc định nghĩa như một khoa
nghiên cứu trữ lượng thông tin của bộ gen thông qua
các phân tích trình tự bộ gen bằng phần mềm vi tính.
2. Lịch sử hình thành và phát triển
Khởi nguồn :1968, Margaret Dayhoff cùng với bộ sưu tập các chuỗi protein gọi là ‘Atlas of Protein Sequence and Structure’.
ứng dụng đầu tiên : Tìm hiểu nguồn gốc các gen của virus (Chương trình FASTP)

2.1. Giai đoạn Tin sinh học ‘cổ điển’
DNA và protein được biễu diễn dưới dạng chuỗi của các kí tự trong bảng chữ cái. Nhờ thế, thông tin về trật tự chuỗi có thể được lưu trữ dễ dàng trong máy tính.
4 loại nucleotide của DNA là A, T, G, C (với ARN thì là A, U, G, C); và có 20 loại acid amin phổ biến của protein: có thể gán bằng 1 kí tự hoa (hoặc chuỗi 3 kí tự - 2 hoa và 1 thường)

2.2. Tin sinh học hiện đại (Hậu gennomics)
Là giai đoạn phát triển của một loạt các lĩnh vức nghiên cứu chức năng bộ gen dựa trên các kết quả xác định cấu trúc của nó
3. Các bước kĩ thuật
Bao gồm 3 công đoạn chính
Bước 1: Phân nhỏ bộ gen
và tạo dòng từng “mảnh”
Bước 2: Giải trình tự từng dòng
Bước 3: Sắp xếp các trình tự
cho đến khi hoàn tất bộ gen
Việc giải trình tự được tiến hành theo 2 phương pháp
Theo kiểu WGS: giải trình tự trước lập bản đồ sau
Theo kiểu Oderd Clone: Lập bản đồ trước giải trình tự sau
Xác định các gen mã hoá Pr
1. Phát hiện khung đọc mở: các trình tự intron dự đoán được phần mềm loại bỏ
2. So sánh trình tự cDNA và trình tự AND tương ứng
3. Dự đoán các trình tự “neo”
4. Kết nối khung đọc mở với thế giới thực
5. Dự đoán dựa trên các codon đặc trưng cho loài
4. Các lĩnh vực áp dụng của tin sinh học

5. Ứng dụng tin sinh học trong thực vật
Trường đại học Perpignan

Phân tích và phát triển bộ gen cây
So sánh bộ gen của cây ngô lúa mì và ngũ cốc.
Nghiên cứu tác động của yếu tố Transposable(TES)trên cấu trúc và chức năng của genome cây trồng
- Lập bẩn đồ gen của lúa.
Nghiên cứu bộ gen của cha mẹ với sự phát triển sớm của phôi
Nghiên cứu chúc năng bộ genome của lúa:
Các nhóm gen chống virut như RYMV
(Rice – RYMV in teractionss)
- Các nhóm gen (Rice – XOO in teractionss)
Dự án SUCSEST- FUN nghiên cứu về genome của cây mía nhằm kiểm soát sự ra hoa và nâng cao chất lượng cây mía……
Viện Bioinformatics của Đức đang thực hiện dự án GAB-Informatics với mục tiêu xây dựng Website cơ sở dữ liệu về bộ gen của Oryza sativa .
Dự án “The NSF Potato Genome”
Phân tích, lập bản đồ genom của khoai tây đặc biệt là Solanaceae genome. Các genom này sẽ được đem so sánh với genom của các cây trồng hoang dai như cà chua, khoai tây, hạt tiêu…
Nghiên cứu về các gen độc tố (Phytophthora infestans), từ đó nghiên cứu các chất kháng những độc tố này với mục tiêu làm giảm lượng thuốc trừ sâu cần thiết
Chân thành cảm ơn thầy cô và các bạn !
- Xét bộ gen của người chứa 3 tỉ bp.
Để giải trình tự gen (một trình tự khoảng 600 bp) cần được đọc lại 10 lần.
Như vậy để giải mã bộ gen người cần đến 50 triệu lần đọc
- Hiện nay một trung tâm giải trình tự với khoảng 200 máy.
Trung bình có thể giải mã bộ gen 1 động vật
có vú (1tỉ bp) trong khoảng 1 năm
2. Lịch sử hình thành và phát triển
A. Tin sinh học ‘cổ điển’
Trong cơ thể sinh vật, có 2 loại macromolecule là DNA và protein có thể được biễu diễn một cách mô hình (symbolic representation) dưới dạng chuỗi của các kí tự trong bảng chữ cái. Nhờ thế, thông tin về trật tự chuỗi có thể được lưu trữ dễ dàng trong máy tính.
CHÚ Ý: có 4 loại nucleotide của DNA là A, T, G, C (với ARN thì là A, U, G, C); và có 20 loại acid amin phổ biến của protein: có thể gán bằng 1 kí tự hoa (hoặc chuỗi 3 kí tự - 2 hoa và 1 thường)
Là giai đoạn phát triển của một loạt các lĩnh vức
nghiên cứu chức năng bộ gen dựa trên các
kết quả xác định cấu trúc của nó
Ngày nay, khi mà genome của con người
và nhiều sinh vật khác đã được giải mã, con người
sẽ dễ dàng hơn trong việc nghiên cứu về nguồn gốc
tiến hóa, mối quan hệ giữa các loài...
B. Tin sinh học hiện đại (Hậu gennomics)
3. Các bước kĩ thuật
Bao gồm 3 công đoạn chính
Bước 1: Phân nhỏ bộ gen và tạo dòng từng “mảnh”
Bước 2: Giải trình tự từng dòng
Bước 3: Sắp xếp các trình tự cho đến khi hoàn tất bộ gen
Việc giải trình tự được tiến hành theo 2 chiến lược
Theo kiểu WGS: chủ trương giải trình tự trước lập bản đồ sau
Theo kiểu Oderd Clone: Lập bản đồ trước giải trình tự sau
Sau khi thu được bản đồ gen cần xác định các gen mã hoá Pr từ các trình tự ấy được thực hiên theo các cách sau:
1. Phát hiện khung đọc mở: các trình tự intron dự đoán sẽ được phần mềm loại bỏ
2. So sánh trình tự cDNA và trình tự AND tương ứng
3. Dự đoán các trình tự “neo”
4. Kết nối khung đọc mở với thế giới thực cho phép so sánh
một trình tự cần xác định với các trình tự đã được lưu
trong cơ sở dữ liệu
5. Dự đoán dựa trên các codon ưa chuộng đặc trưng cho loài
trong tất cả các codon thoái hoá của một aminoaxit
Ý nghĩa từ những thông tin về bộ gen
1.Một phần đáng kể của bộ gen( khoảng 45%) là những
nhân tố chuyển vị mang những trình tự lặp lại
2. Một phần rất nhỏ của bộ gen(ít hơn 3% ở người) mã hoá
Cho các polypeptid
3. 1 chuỗi pp trung bình đựoc tập hợp từ hơn 100 exon
4. Các gen mã hoá pr trung bình có 3 dạng cắt nối khác nhau
Nên số lương pr cao gấp 3 lần số gen
5. Các pr đựoc sắp xếp vào các họ bao gồm các thành viên
Có cấu trúc và chức năng gần giống nhau
Ý nghĩa vô giá được rút ra là hợp tác trong nghiên cứu
khoa học không chỉ trong lĩnh vực này, có thể dẫn đến những thành tựu vĩ đại mà không lỗ lực đơn lẻ nào có được.
4. Các lĩnh vực áp dụng của tin sinh học
.1 Genomics - Hệ gene học
1.1 Phân tích trình tự
1.2 Chỉ định Genome
1.3 Dò tìm đột biến và SNP
2 Sinh học tiến hoá
2.1 Phân loại học phân tử
2.2 Bảo tồn đa dạng sinh học
3 Phân tích chức năng gene
3.1 Mức độ biểu hiện gene
3.2 Nhận diện protein
3.3 Dự đoán cấu trúc protein
4 Các hệ thống sinh học kiểu mẫu
5 Phân tích hình ảnh mức độ cao
5. Ứng dụng tin sinh học trong thực vật
Nghiên cứu thứ nhất:
Phân tích và phát triển bộ gen cây trồng gốm:
So sánh bộ gen của cây ngô lúa mì và ngũ cốc.
Nghiên cứu tác động của yếu tố Transposable(TES)
trên cấu trúc và chức năng của genome ây trồng
- Lập bẩn đồ gen của lúa.
Nghiên cứu thứ ba:
Nghiên cứu bộ gen của cha mẹ với sự phát triển sớm của phôi
Dự án SUCSEST- FUN nghiên cứu về genome của cây mía nhằm kiểm soát sự ra hoa và nâng cao chất lượng cây mía
Nghiên cứu thứ hai:
Nghiên cứu chúc năng bộ genome của lúa gồm:
Các nhóm gen chống virut như RYMV
(Rice – RYMV in teractionss)
- Các nhóm gen (Rice – XOO in teractionss)
Xin chân thành cảm ơn!