Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO THIẾT KẾ MỒI PHỤC VỤ TÁCH DÒNG GEN CHỊU HẠN (DEEPER ROOTING 1 – DR01) Bộ môn Tin sinh học. sinh viên: Nguyễn Thị Hoài Thương
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO THIẾT KẾ MỒI PHỤC VỤ TÁCH DÒNG GEN CHỊU HẠN (DEEPER ROOTING – DR01) Bộ môn: Tin sinh học Giảng viên hướng dẫn: TS Đàm Thúy Hằng Sinh viên: Nguyễn Thị Hoài Thương MSSV: 20190388 Lớp: 716666 Mục lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BÁO CÁO 1.1 GIỚI THIỆU VỀ TIN SINH HỌC: .3 1.1.1 Tin sinh học gì? 1.1.2 Các lĩnh vực nghiên cứu 1.1.3 Mục đích sử dụng tin sinh học: 1.1.4 Các công cụ phần mềm tin sinh học: .4 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NATIONAL CENTER FOR BIOTECHNOLOGY INFORMATION: .4 1.2.1 Lịch sử hình thành: 1.2.2 Nội dung: .4 1.3 ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP .5 2.1 VẬT LIỆU: 2.2 PHƯƠNG PHÁP .6 2.2.1 Nhân bản, tách dịng giải trình tự gene Deeper Rooting 1(DR01) 2.1.2 Dự đốn đặc tính sản phẩm: 17 CHƯƠNG 3: TỔNG KẾT 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BÁO CÁO 1.1 GIỚI THIỆU VỀ TIN SINH HỌC: 1.1.1 Tin sinh học gì? Tin sinh học (bioinformatics) lĩnh vực khoa học sử dụng công nghệ ngành toán học ứng dụng, tin học, thống kê, khoa học máy tính, trí tuệ nhân tạo, hóa học hóa sinh (biochemistry) để giải vấn đề sinh học Một thuật ngữ thường dùng thay cho tin sinh học sinh học tính tốn (computational biology) Tuy nhiên, tin sinh học thiên việc phát triển giải thuật, lý thuyết kĩ thuật thống kê tính tốn để giải toán bắt nguồn từ nhu cầu quản lý phân tích liệu sinh học Trong đó, sinh học tính tốn thiên kiểm định giả thuyết (hypothesis) đặt vấn đề sinh học nhờ máy tính thực nghiệm liệu mơ phỏng, với mục đích phát nâng cao tri thức sinh học (ví dụ: dự đốn mối quan hệ tương tác protein, dự đoán cấu trúc bậc phân tử protein, v.v.) 1.1.2 Các lĩnh vực nghiên cứu STT Lĩnh vực Phân tích trình tự Chỉ định Genone Dị tìm đột biến SNP Genimics – Hệ gene học Phân loại học phân tử Bảo tồn đa dạng sinh học Sinh học tiến hóa Mức độ biểu gen Nhận diện protein Dự đốn cấu trúc protein Phân tích chức gene Các hệ thống sinh học kiểu mẫu Phân tích hình ảnh mức độ cực cao 1.1.3 Mục đích sử dụng tin sinh học: Tin sinh học khơng có tác dụng thay thực nghiệm đặc thù Sinh học khoa học thực nghiệm Tin sinh học sử dụng phương tiện lưu trữ liệu dự đoán kết thực tiễn nhằm giảm thiểu tối đa khả sai lệch phương pháp thực hành 1.1.4 Các công cụ phần mềm tin sinh học: Một cơng cụ dùng sinh học tính tốn (computational biology) tiếng BLAST, thuật tốn để tìm kiếm trình tự nucleic acid protein tương đồng lưu trữ sở liệu Ba nguồn sở liệu cơng cộng lớn trình tự DNA protein (thường gọi ngân hàng gene (ngân hàng sở liệu gene) NCBI, EMBL DDBJ Các ngơn ngữ lập trình máy tính Perl Python thường dùng để giao tiếp (interface) trích xuất (parse) liệu từ ngân hàng sở liệu sinh học (biological database) thơng qua chương trình tin sinh học (bioinformatics program) Cộng đồng lập trình viên tin sinh học triển khai nhiều dự án phần mềm mã nguồn mở (free/open source) EMBOSS, Bioconductor, BioPerl, BioPython, BioRuby BioJava Điều giúp cho việc chia sẻ, phát triển phổ biến cơng cụ lập trình tài ngun lập trình (programming objects) nhà tin sinh học 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NATIONAL CENTER FOR BIOTECHNOLOGY INFORMATION: 1.2.1 Lịch sử hình thành: National Center for Biotechnology Information, sau viết tắt NCBI,là phần United States National Library of Medicine (NLM), chi nhánh National Institutes of Health (NIH) Chương trình phê duyệt tài trợ phủ Hoa Kỳ NCBI đặt Bethesda, Maryland thành lập vào năm 1988 thông qua luật Thượng nghị sĩ Claude Pepper bảo trợ 1.2.2 Nội dung: - NCBI có đường link thức là: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ - NCBI sở liệu liên quan đến công nghệ sinh học y sinh học nguồn tài nguyên quan trọng cho công cụ dịch vụ tin sinh học Các sở liệu bao gồm GenBank với trình tự DNA PubMed, sở liệu thư mục cho tài liệu y sinh Các sở liệu khác bao gồm sở liệu NCBI Epigenomics Tất sở liệu có sẵn trực tuyến thơng qua cơng cụ tìm kiếm Entrez NCBI đạo David Lipman, tác giả ban đầu chương trình so sánh trình tự BLAST 1.3 ĐẶT VẤN ĐỀ Lúa lương thực truyền thống quan trọng Việt Nam Hiện nay, ảnh hưởng biến đổi khí hậu, tình trạng hạn hán gia tăng nhiều nơi giới có nước ta nguyên nhân thúc đẩy dự án, nghiên cứu phát triển loại trồng có khả chống chịu hạn hán tốt mà đảm bảo suất nhằm đáp ứng nhu cầu ngày gia tăng người Theo tạp chí Nature Genetics số ngày 4/8 (https://scihub.se/10.1038/ng.2725) , nhóm chuyên gia Nhật Bản tìm thấy gen đặc biệt (DEEPER ROOTING – DR01) giống lúa có tên Kinandang Patong trồng vùng núi cao khô Philippines Gen điều chỉnh hoocmon auxin tham gia vào trình kéo dài tế bào rẽ gây phát triển không đối xứng rễ, cao làm tăng góc phát triển rễ, giúp rẽ phát triển theo chiều hướng xuống nhiều ,giúp cho mọc rễ dài hơn, làm suất tăng gấp lần điều kiện khô hạn CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 VẬT LIỆU: - Giống lúa Kinandang Patong 2.2 PHƯƠNG PHÁP 2.2.1 Nhân bản, tách dịng giải trình tự gene Deeper Rooting 1(DR01) 2.2.1.1 Thiết kế đoạn mồi PCR cho việc nhân gene DR01 a Nội dung: Nghiên cứu thông tin gen Deeper Rooting 1(DR01) thiết kế cặp mồi để nhân gen Deeper Rooting 1(DR01) dựa trình tự gen AB689741 giống lúa Kinandang Patong GenBank b Các bước tiến hành: - Bước 1: Truy cập trang web NCBI theo đường link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ - Bước 2: Trên tìm kiếm, nhập từ khố Deeper Rooting truy cập theo đường term=Deeper+Rooting+1 link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/? - Bước 3: Khi tìm kiếm NCBI, hiển thị nhiều kết Chọn lấy kết khác để lấy liệu nucleotit loài khác nhau: Bài báo 1: AB689741 Version: AB689741.1 Organism: Oryza sativa Japonica Group Bài báo 2: Locus: XM_006660599 Version: XM_006660599.3 Organism: Oryza brachyantha Bài báo 3: Locus: MT478995 Version: Mt478995.1 Organism: Tripidium arundinaceum Bài báo 4: Locus: XM_021740453 Version: XM_021740453.2 Organism: Manihot esculenta Bài báo 5: Locus: XM_006597817 Version: XM_006597817.4 Organism: Glycine max - Bước 4: Tải xuống trình tự Fasta, ta kết lồi sau: Lồi Trình tự nucleotide Oryza sativa Japonica Group Oryza brachyantha Tripidium arundinaceu m Manihot esculenta Glycine max - Bước 5: Chạy chương trình so sánh trình tự Clustal Omega sử dụng đường link: https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/, nhằm tìm vùng bảo thủ Nhập trình tự nucleotit chọn “DNA”: 10 Kết hình đây: 11 12 13 Thiết kế mồi: Giả sử AB689741 mẫu gần với chủng cần tách dịng Chọn AB689741 khn để thiết kế mồi -Lựa chọn vùng từ nu thứ 132 đến nu thứ 161 để thiết kế mồi xuôi -Lựa chọn vùng từ nu 724 đến nu thứ 756 để thiết kế mồi ngược - Bước 5: Sử dụng phần mềm Primer3 sử dụng đường link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast/, thực tổng hợp đoạn mồi ảo 14 15 Kết thu sau Dựa vào số yêu cầu cặp mồi dùng PCR như: độ dài từ 1824 bp, tỷ lệ GC tối ưu 50-60%, Tm nên nằm khoảng 50-65 độ Nên ta chọn Primer pair (thỏa mãn yêu cầu nêu trên) kiểm tra lại mồi xi, mồi ngược ta thấy nằm vùng bảo thủ chương trình Clustal Omega 2.1.1.2 Tách dòng gene: - Bước 1: Tách chiết DNA tổng số : DNA tổng số tách từ hoa lúa Kinandang Patong - Bước 2: Tiến hành PCR với cặp mồi để khuếch đại gene DR01 16 - Bước 3: Điện di sản phẩm gel agarose tinh - Bước 4: Giải trình tự gene - Bước 5: Phân tích BLAST kết gene thu với gene GenBank NCBI 2.1.2 Dự đoán đặc tính sản phẩm: - Bước 1: Dự đốn đặc tính sản phẩm:Sử dụng chương trình SMS PCR để chạy PCR ảo tạo sản phẩm PCR ảo ( sử dụng đường link https://www.bioinformatics.org/sms2/pcr_products.html ) Kết thu sau: 17 - Bước 2: Sử dụng chương trình BLAST qua đường link: https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi nhằm dự đoán kết protein thu Copy trình tự gen sản phẩm chạy PCR ảo vừa vào nhập trình tự Blast, submit Ta thu kết 18 Đây kết phân tích Chúng ta nên chọn có trình tự có tỉ lệ tương đồng cao, vào đọc để nghiên cứu xem kết đoạn mồi Từ kết luận mồi thiết kế xác với gene Deeper Rooting 1(DR01) từ NCBI Kết luận gene tổng hợp giúp cho mọc rễ dài hơn, làm suất tăng gấp lần điều kiện khô hạn CHƯƠNG 3: TỔNG KẾT Cải thiện di truyền khả chống chịu hạn xần thiết để sản xuất trồng ổn định đầy đủ điều kiện hạn hán khu vực Đề tài lựa chọn giống lúa Kinandang Patong tính gần gũi chúng với nơng nghiệp lúa nước Việt Nam: hồn cảnh mơi trường sống biến đổi khí hậu hạn hán nhiều nơi yêu cầu suất Dựa vào NCBI công cụ tin sinh, em xây dựng trình tự mồi, chạy PCR ảo Tuy nhiên, kết dự đốn nên khơng đảm bảo tính 19 xác hồn tồn với khn thực TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Nguyễn Văn Cách, Bài giảng môn Tin sinh học [2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ [3] http://ibsgacademic.com/2016-06-30-thiet-ke-moi-cho-phan-ung-pcr/ [4] https://sci-hub.se/10.1038/ng.2725 [5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/?term=Deeper+Rooting+1 [6] https://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/ [7] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/tools/primer-blast/ [8] https://www.bioinformatics.org/sms2/pcr_products.html [9] https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi 20 ... “DNA”: 10 Kết hình đây: 11 12 13 Thiết kế mồi: Giả sử AB689741 mẫu gần với chủng cần tách dịng Chọn AB689741 khn để thiết kế mồi -Lựa chọn vùng từ nu thứ 132 đến nu thứ 161 để thiết kế mồi xuôi... thu kết 18 Đây kết phân tích Chúng ta nên chọn có trình tự có tỉ lệ tương đồng cao, vào đọc để nghiên cứu xem kết đoạn mồi Từ kết luận mồi thiết kế xác với gene Deeper Rooting 1(DR01) từ NCBI Kết... việc nhân gene DR01 a Nội dung: Nghiên cứu thông tin gen Deeper Rooting 1(DR01) thiết kế cặp mồi để nhân gen Deeper Rooting 1(DR01) dựa trình tự gen AB689741 giống lúa Kinandang Patong GenBank