Tiểu luận tin sinh học ứng dụng: Tìm hiểu ngân hàng GENOME đối tượng cây trồng

1. Khái niệm genome Bộ gen hay hệ gen (hay còn gọi là genome) là tập hợp chứa đựng toàn bộ thông tin di truyền của một cơ thể sinh vật được mã hóa trong ADN ( ở một số virus có thể là ARN ) bộ gen bao gồm những vùng chứa gen lẫn những đoạn không phiên mã. Thuật ngữ genome được winkler giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1953

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

******0o0******

BỘ MÔN : TIN SINH HỌC ỨNG DỤNG

GVHD:TS Nguyễn Đức Bách

TÌM HIỂU NGÂN HÀNG GENOME

ĐỐI TƯỢNG CÂY TRỒNG

1

Nhóm 6

2

CÁC NỘI DUNG CHÍNH

Ý nghĩa của ngân hàng genome

Tìm hiểu một số ngân hàng genome

của một số cây trồng

I Ngân hàng genome là gì ?

3

I NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?

1 Khái niệm genome

Bộ gen hay hệ gen (hay còn gọi là genome) là

tập hợp chứa đựng toàn bộ thông tin di truyền

của một cơ thể sinh vật được mã hóa trong

ADN ( ở một số virus có thể là ARN ) bộ gen

bao gồm những vùng chứa gen lẫn những đoạn không phiên mã Thuật ngữ genome được

winkler giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1953

4

I NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?

 Độ lớn của hệ gen:

• Độ lớn của hệ gen được đánh giá bằng hàm lượng

AND chứa trong tế bào thể hiện ở số lượng cặp

nucleotit và chúng rất khác nhau ở các nhóm phân

loại khác nhau Qua quá trình tiến hóa ,hệ gen của

vsv ở cấp độ tiến hóa cao hơn càng có hàm lượng

AND nhiều hơn Tất nhiên cấp độ tiến hóa không thể hiện ở hàm lượng AND trong hệ gen mà thể hiên chủ yếu ở tổ chức của hệ gen

5

I NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?

 Đặc tính của hệ gen :

• Tính đa dạng và phức tạp của hệ gen (genome)

không chỉ thể hiện ở thành phần cấu trúc mà còn

thể hiện ở sự sắp xếp của các gen trong hệ gen,

I NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?

2 Khái niệm ngân hàng genome.

• Ngân hàng bộ gen của một sinh vật là một tập hợp các trình tự DNA cấu thành bộ gen được

gắn vào Vector, nó chỉ biểu diễn tổng số của

gen Ngân hàng này được tạo ra từ một bộ sưu tập DNA tái tổ hợp cả các chuỗi mã hóa lẫn

các chuỗi không mã hóa Khác với ngân hàng cDNA, ngân hàng bộ gen có thể được thiết lập bất kì loại tế bào nào của sinh vật nghiên cứu

7

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

A LÚA

Lúa (Oryza sativa L.) là cây mô hình có đặc điểm

di truyền giúp người ta dễ dàng hiểu được các loài khác Việc sử dụng cây mô hình tiết kiệm thời gian, tiền bạc khi so sánh các dữ liệu thông tin di truyền giữa các loài mà chúng ta muốn

nghiên cứu

9

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

• Các tính trạng chống chịu sâu bệnh với gen

kháng bền vững, các tính trạng chống chịu

stress phi sinh học như khô hạn, vốn rất phức

tạp khi đánh giá kiểu hình có thể tìm được giải pháp tốt, khi người ta biết sử dụng thông thạo

kho ngân hàng dữ liệu trình tự các genome

sinh vật của thế giới.

10

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

Lịch sử nghiên cứu trình tự bộ gene

cây lúa

1985 Xác định nội dung hợp tác trong ISRG 1985

1989-1999 Rockefeller Foundation tài trợ chương trình CNSH cây lúa

1988 Bản đồ di truyền với 135 RFLPs

1994 Bản đồ di truyền với 1385 RFLPs (ĐH Cornell và RGP Nhật)

2002 Bản đồ có 6591 ESTs trên cơ sở YAC contig

2002 Công bố bản thảo về giải mã trình tự genome cây lúa indica

2003 Tạo ra được thư viện cDNA có chiều dài phân tử đầy đủ với

28.000 cDNAs

2004 Hoàn tất việc giải mã trình tự genome cây lúa thông qua công

trình của Nhật, IRRI, Trung Quốc + hai công ty lớn Monsanto và Syngenta

2008-2012 Dự án OMAP do Rod Wing dẫn đầu đã tiến hành viết lại chi tiết

trình tự (DNA resequencing) trên các loài lúa hoang, để so với trình tự gốc

12

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

- Trình tự của genome cây lúa

• Với 37544 gen mã hóa protein ( Sakai và ctv.2001).

• Trình tự DNA chất lượng cao của genome lúa chiếm

95%, với độ lớn phân tử 389MB, phủ trên tất cả các

vai nhiễm và 2 tâm động của 12 nhiễm sắc thể

• Có 11 gen tự vệ đã được đọc trình tự trong ngân hàng gen kháng bệnh đạo ôn Những gen này biểu thị mức

độ lí tưởng về SNP tại vùng upstream với quy mô

1KB ( Leung 2008, Leung và ctv.2001)

13

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

• Hiện có 69.002 loci đã được dự đoán, và

40557 loci chồng lấp trên FL cDNA ( trong đó

có 3892 vùng chồng lấp EST của cây lúa)

• Cây lúa là một genome có tính chất tham khảo

về chuỗi trình tự di truyền của genome, sự thể

hiện gen, chức năng của mỗi gen, hoạt động có

hệ thống của các gen tương tác với nhau, phân tích tính trạng cho các genome cây trồng khác

14

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

• Năm 2001, tập đoàn Syngenta công bố việc

hoàn thành đọc chuỗi kí tự genome cây lúa,

với khoảng 50000 gen, trung bình mỗi gen có

khoảng 3000bp

• Có khoảng 50000 gen được biết, nhưng chức

năng của mỗi gen thay đổi tùy theo giống lúa

sử dụng, bởi vì nền tảng di truyền của mỗi

giống lúa không giống nhau

15

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

• Ngân hàng gen của IRRI hiện bảo quản

111000 mẫu giống là nguồn tài nguyên vô

cùng quý giá cho loài người

• Việc ứng dụng ngân hàng genome vào cây lúa giúp giải quyết vấn đề an ninh lương thực.

16

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

B KHOAI TÂY

• Khoai tây có một trong những người giàu nhất nguồn tài nguyên di truyền của bất kỳ cây trồng Các loài mang củ Solanum được phân bố rất rộng rãi ở châu Mỹ, từ Tây

Nam Hoa Kỳ đến miền Nam Chile và Argentina và từ

mực nước biển đến vùng cao nguyên của dãy núi

Andes. Nhiều loài hoang dã có thể được vượt qua trực

tiếp với khoai tây thông thường và hơn thế nữa, có một

loạt kháng sâu bệnh, dung sai sương giá và hạn hán và

những đặc điểm khác có giá trị, làm cho chúng trở thành một nguồn tài nguyên hữu ích cho việc lai tạo giống mới

17

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

• Tuy nhiên, khoai tây di truyền phức tạp của bộ gen đa

bội và chất lượng quan trọng nhiều và các tính trạng

nông học định lượng được hiểu rõ. Tuy nhiên, một sự

hiểu biết của các thành phần di truyền của nó là một yêu cầu cơ bản cho việc phát triển các phương pháp chăn

nuôi hiệu quả hơn. Trình tự bộ gen khoai tây sẽ cung

cấp một tăng lớn để đạt được một sự hiểu biết tốt hơn

của khoai tây đặc điểm sinh học, làm cơ sở cho các nỗ

lực gây giống trong tương lai

18

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

• Bộ gen của khoai tây bao gồm 12 nhiễm sắc thể và có

chiều dài khoảng 840 triệu cặp cơ sở (đơn bội), làm

cho nó một bộ gen thực vật có kích thước trung bình

• Một chất lượng cao, cũng chú thích bộ gen chuỗi khoai

tây, kết hợp với các kỹ thuật lập bản đồ được thành

lập và những tiến bộ liên tục trong phân tích thông

lượng cao của transcriptome, proteome và

metabolome lời hứa tăng cường triệt để khả năng của

chúng tôi để xác định các biến thể allen mong muốn

của các gen cơ bản những đặc điểm quan trọng về số

lượng khoai tây

19

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

• Potato Genome Sequencing Consortium (PGSC) tìm

kiếm để cung cấp một nguồn lực để nghiên cứu khoai

tây và cộng đồng chăn nuôi trong tương lai gần, cho

phép đầy đủ tiềm năng dựa trên công nghệ sinh học cải

thiện cây trồng quan trọng này phải được thực hiện

• Khoai tây quốc tế Genome Sequencing Consortium

(PGSC) là một sự hợp tác giữa 16 nhóm nghiên cứu,

Argentina, Brazil, Trung Quốc, Chile, Ấn Độ, Ireland, Hà

Lan, New Zealand, Peru, Ba Lan, Nga, Anh và Hoa

Kỳ. PGSC có cơ sở của nó trong nghiên cứu lâu dài về

di truyền phân tử của khoai tây trong các tổ chức đối tác khác nhau, từ việc xây dựng các bản đồ liên kết di

truyền trong lưỡng bội và khoai tây tứ bội

20

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

PGSC được sắp xếp hai loại:

1 RH89-039-16 (RH), dị hợp tử lưỡng bội, khoai tây

nhiều

2 DM1-3 516R44 (DM), một monoploid tăng gấp đôi.

21

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

1 RH89-039-16

• PGSC ban đầu bắt đầu với trình tự RH. Điều này một

phần của dự án được xây dựng trên một nhiễm sắc

thể lưỡng bội gen khoai tây nhân tạo do vi khuẩn

(BAC) bản sao của thư viện của 78.000 dòng vô tính,

đã được lấy dấu vân tay và sắp thành hàng trong ~

7000 contigs bản đồ vật lý. Ngoài ra, BAC-kết thúc đã

được giải trình tự và công bố công khai. Khoảng

30.000 BACS neo vào bản đồ Ultra High di truyền Mật

độ khoai tây, bao gồm 10.000 độc đáo AFLP TM đánh dấu

22

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG

• Từ bản đồ di truyền vật lý tích hợp, giữa 50 150 BACS

hạt giống đã hiện được xác định cho mỗi nhiễm sắc

thể. Huỳnh quang trong các thí nghiệm lai tại chổ trên

lựa chọn nhân bản BAC xác nhận các điểm neo. Các

dòng vô tính hạt giống cung cấp điểm khởi đầu cho một

chiến lược trình tự BAC-by-BAC. Chiến lược này đã

được bổ sung bằng các phương pháp tiếp cận toàn bộ

trình tự hệ gen shotgun bằng cách sử dụng cả 454 GS

FLX và Illumina GA2 cụ. Lắp ráp và chú thích của dữ

liệu trình tự sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng các

công cụ công bố công khai và tailor-made. Sự sẵn có

của các dữ liệu được chú thích sẽ giúp để mô tả bộ sưu tập giống cây dựa vào sự khác biệt allen và hỗ trợ các

nhà nhân giống khoai tây để khai thác tiềm năng di

truyền của khoai tây

23

II NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ

CÂY TRỒNG

2 DM1-3 516R44

Trình tự của DM được bắt đầu bởi vì sự tiến bộ tổng

thể trong lĩnh vực SKSS là chậm. Dị hợp tử RH đã hạn chế sự tiến bộ của bản đồ vật lý và sẽ làm phức tạp

lắp ráp trình tự bộ gen. Toàn bộ shotgun trình tự của

các DM1-3 516R44 (CIP801092), monoploid khoai tây tăng gấp đôi bản sao, dự kiến sẽ loại bỏ sự phức tạp

trong lắp ráp

24

III Ý nghĩa của ngân hàng genome.

• Lưu trữ các trình tự genome của các sinh vật,

mô tả, giải thích, phân tích và cho truy cập

miễn phí.

• Lưu trữ genome của một hoặc nhiều loài

25

www.themegallery.com

Thank You!