Nghiên cứu sự sắp xếp của các DNA Oligomer trên nhiễm sắc thể vi khuẩn và nấm men

Nghiên cứu sự sắp xếp của các DNA Oligomer trên nhiễm sắc thể vi khuẩn và nấm men Cùng với sự tiến bộ của tin học trong sinh học cũng như của các kỹ thuật thao tác trong sinh học phân tử, các trình tự hoàn chỉnh của bộ gene đã và đang trở thành nguồn thông tin quí giá hỗ trợ cho việc tìm hiểu cấu trúc bộ gene và các quá trình sinh học xảy ra trong tế bào sinh vật

CHƯƠNG 1.1 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cùng với tiến tin học sinh học kỹ thuật thao tác sinh học phân tử, trình tự hồn chỉnh gene trở thành nguồn thông tin q giá hỗ trợ cho việc tìm hiểu cấu trúc gene trình sinh học xảy tế bào sinh vật Các mối liên hệ cấu trúc gene trình sinh học xảy tế bào xác định thơng qua việc thay đổi xóa bỏ trình tự nucleotide gene Tuy nhiên, kỹ thuật cao sinh học phân tử chưa đủ để việc thay đổi xóa bỏ trình tự nucleotide gene thành công Các nghiên cứu gần số nhà khoa học giới việc tìm hiểu, thay đổi tạo trình tự gene tiết lộ liên quan xếp nucleotide gene đến số trình sinh học xảy tế bào Các kết nghiên cứu cho thấy q trình sinh học tác động lên thành cơng thí nghiệm tìm hiểu, thay đổi tạo trình tự gene Mặc dù sinh vật khác có gene với trình tự nucleotide khác nhau, nghiên cứu vào năm 2001 2002 cho thấy phân tử DNA nhiễm sắc thể gene có chung đặc điểm, tính đối xứng Khơng tính đối xứng sở khoảng cách hai vật thể thường đề cập hình học, tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể sinh vật đặc điểm dựa phân bố nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể Rõ ràng, phân tử DNA nhiễm sắc thể khơng giống trình tự nucleotide lại giống đặc tính đối xứng, có nghĩa nucleotide phải xếp theo qui tắc để phân tử DNA nhiễm sắc thể trở nên đối xứng Tuy nhiên, chưa có qui tắc xếp nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể công bố Mặt khác, nhờ phát triển vượt trội kỹ thuật xác định trình tự DNA, số lượng vi sinh vật với trình tự gene xác định hoàn chỉnh tăng lên đáng kể Sự góp mặt trình tự gene hoàn chỉnh vi sinh vật mở hướng cho việc nhận biết loài, việc phân loại vi sinh vật cách nhanh chóng dựa mức độ đồng dạng trình tự 16S rDNA Tuy nhiên, trình tự 16S rDNA gần phát không đủ đặc trưng để đư vi , cần phân biệt Các trình tự nucleotide tổng thể gene có tính đặc trưng lồi, việc so sánh trình tự để xây dựng mối quan hệ tiến hóa lồi vấn đề khơng đơn giản Việc tìm cơng cụ để phân loại vi khuẩn nhờ trình tự nucleotide hồn chỉnh gene cho đời phương pháp phân loại dựa dấu hiệu gene Tuy vậy, phương pháp phân loại sinh vật dựa dấu hiệu gene nói chung phức tạp phương thức thuật toán sử dụng Chúng chưa sử dụng cách thống phân biệt số vi sinh vật không đủ đặc trưng để phân biệt số vi khuẩn cấp độ giống 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tìm hiểu sâu kiến thức phân bố nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men Đưa phương pháp phân loại vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần cấp độ giống 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu đề tài trình tự gene xác định hoàn chỉnh lưu ngân hàng NCBI Do qui tắc xếp nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể lần khởi xướng nghiên cứu luận án này, phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn cho trình tự gene hồn chỉnh vi khuẩn nấm men 1.4 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Trong công nghiệp công nghệ sinh học, việc tạo chủng, loài vi sinh vật với gene cho sản phẩm mong muốn thực cần thiết Tuy nhiên, thành công việc tạo vi sinh vật phụ thuộc nhiều vào hiểu biết người trình tự gene trình sinh học liên quan đến trật tự xếp nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể Các trình tự nucleotide hồn chỉnh phân tử DNA nhiễm sắc thể cá thể vi sinh vật khác khơng giống có tính đối xứng Tuy vậy, nucleotide xếp để phân tử DNA nhiễm sắc thể trở nên đối xứng chưa biết đến Cho nên, việc xác định qui tắc xếp nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể sở để định hướng thực hiệu công việc tạo vi sinh vật mong muốn Vì thế, nghiên cứu xếp oligomer phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men đề tài quan trọng có ý nghĩa cấp thiết cơng nghệ gene Mặt khác, trình tự 16S rDNA sử dụng cách rộng rãi để nhận biết nhanh vi khuẩn, tính đặc trưng lồi khơng cao trình tự này, số vi khuẩn, loài giống chủng lồi có khả gây bệnh khác cho người, động vật thực vật khơng thể phân biệt Khó khăn chưa giải giải pháp phân biệt vi khuẩn nỗ lực nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới Vì vậy, việc xây dựng phương pháp phân loại có khả phân biệt vi khuẩn thực mang tính cấp thiết 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Đề tài tìm hiểu qui tắc xếp nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men, nhằm cung cấp sâu kiến thức phân bố nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể tế bào vi sinh vật Đồng thời, đề tài xây dựng phương pháp phân loại vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần cấp độ giống mà có số vi khuẩn khơng thể phân loại phương pháp biết Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.6 Việc khám phá qui tắc xếp nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể giúp người can thiệp có định hướng vào việc thay đổi có hiệu trình tự nucleotide nhiễm sắc thể kỹ thuật biến đổi DNA để phục vụ lợi ích người Việc xây dựng phương pháp phân loại vi khuẩn cấp độ giống giải khó khăn việc phân biệt vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần, đặc biệt loài giống chủng loài khác khả gây bệnh cho người, động vật thực vật TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.7 i) Đây cơng trình nghiên cứu xác định qui tắc xếp trimer trimer bổ sung đảo ngược (BSĐN) trình tự mang thơng tin mã hóa protein phân tử DNA nhiễm sắc thể ii) Luận án sử dụng khái niệm bất đối xứng trimer để nghiên cứu phân bố trimer trình tự DNA nhiễm sắc thể iii) Luận án đưa khái niệm mật độ phân bố trimer trình tự DNA, khái niệm Với khái niệm này, luận án chứng minh nucleotide xếp có qui tắc phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn để góp phần tạo nên tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể trình bày khả ứng dụng trình tự gene phân loại vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần cấp độ giống CHƯƠNG 2.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU DNA, DNA OLIGOMER VÀ PHÂN TỬ DNA NHIỄM SẮC THỂ DNA (deoxyribonucleic acid) phân tử chứa nucleotide Mỗi nucleotide gồm có nitrogen base đường deoxyribose nối với thơng qua nhóm phosphate Các nucleotide adenine (A), thymine (T), cytosine (C) guanine (G) Trong phân tử DNA nhiễm sắc thể với trình tự nucleotide xác định hoàn chỉnh lưu ngân hàng NCBI, nucleotide A, C, G T xếp theo qui tắc chưa biết đến Nếu cho A, C, G T chữ từ tạo thành từ chữ gọi oligonucleotide, hay gọi oligomer Monomer từ tạo thành từ A, C, G T Dimer, trimer, tetramer, pentamer, hexamer… từ tạo từ 2, 3, 4, 5, 6… chữ bảng chữ gồm bốn chữ A, C, G T Cũng monomer, oligomer phân tử DNA nhiễm sắc thể kết hợp với bí ẩn Trong tế bào sinh vật prokaryote eukaryote, kích thước phân tử DNA nhiễm sắc thể từ khoảng vài trăm ngàn hàng triệu cặp nucleotide bổ sung (base pair, viết tắt bp) Phân tử DNA nhiễm sắc thể sinh vật prokaryote (như vi khuẩn) thường có dạng vịng, cịn sinh vật eukaryote (như nấm men) có dạng thẳng Ở dạng thẳng, hai chuỗi polynucleotide bổ sung phân tử DNA nhiễm sắc thể có nucleotide vị trí nucleotide vị trí cuối tách rời không nối với phân tử DNA nhiễm sắc thể dạng vòng 2.2 2.2.1 TÍNH BẤT ĐỐI XỨNG VÀ ĐỐI XỨNG CỦA DNA Các định luật Ewin Chargaff Từ thí nghiệm phân tích định lượng thành phần DNA sắc ký giấy, Erwin Chargaff kết luận sợi đôi DNA, số lượng A luôn xấp xỉ số lượng T, cịn số lượng C ln ln xấp xỉ số lượng G Đây định luật Chargaff thứ Mơ hình DNA xoắn kép Wason-Crick thực tế chứng minh sợi đôi DNA, số lượng A luôn với số lượng T, cịn số lượng C ln ln với số lượng G Sự áp dụng định luật Chargaff thứ vào sợi đơn DNA gọi định luật Chargaff thứ hai Định luật Chargaff thứ hai sợi đơn DNA, số lượng A xấp xỉ số lượng T số lượng C xấp xỉ số lượng G, sợi DNA cho đối xứng Nếu định luật Chargaff thứ hai không đúng, sợi DNA xét cho bất đối xứng (hay gọi bất đối xứng monomer) Đối với oligomer, định luật Chargaff thứ hai số lượng oligomer sợi đơn DNA xấp xỉ số lượng oligomer bổ sung đảo ngược (BSĐN) tương ứng chúng sợi đó, tức sợi DNA đối xứng Trái lại, sợi mà số lượng oligomer khác so với số lượng oligomer BSĐN tương ứng chúng sợi DNA bất đối xứng oligomer 2.2.2 Sự tuân thủ DNA nhiễm sắc thể theo định luật Erwin Chargaff Thành phần nucleotide gene sinh vật khác nghiên cứu mạnh kể từ xuất trình tự gene hồn chỉnh Tính bất đối xứng monomer đoạn cục phân tử DNA nhiễm sắc thể tế bào vi khuẩn tìm thấy nhiều nghiên cứu trước Ở tế bào nấm men, nghiên cứu sử dụng phương pháp DNA-walk cho thấy có trình tự hai đầu mút phân tử DNA nhiễm sắc thể bất đối xứng monomer, trình tự cách xa hai đầu mút phân tử khơng Tính bất đối xứng monomer nghiên cứu rộng rãi đối tượng eukaryote khác Các nghiên cứu cho thấy tính bất đối xứng monomer đoạn DNA cục phân tử DNA nhiễm sắc thể có liên quan đến q trình chép phiên mã Mặt khác, trình tự nucleotide sợi đơn hoàn chỉnh phân tử DNA nhiễm sắc thể tế bào sinh vật prokaryote eukaryote biết đến tuân thủ định luật Chargaff thứ hai Mặc dù vậy, phân tử DNA nhiễm sắc thể đối xứng chưa rõ 2.3 TRẬT TỰ SẮP XẾP CỦA CÁC NUCLEOTIDE TRONG PHÂN TỬ DNA NHIỄM SẮC THỂ VI KHUẨN VÀ CÁC MỐI LIÊN QUAN Ở hầu hết vi khuẩn, phân tử DNA nhiễm sắc thể có dạng vịng có điểm khởi đầu điểm kết thúc chép DNA Rất nhiều nghiên cứu trước sử dụng nucleotide skew để nhận biết vị trí điểm khởi đầu chép số nhiễm sắc thể vi khuẩn, phân bố oligomer phân tử DNA nhiễm sắc thể khơng cơng bố nhiều Khi kích thước oligomer lớn, nghiên cứu trở nên phức tạp số lượng oligomer tăng lên Có lẽ mà có phân bố vài oligomer phân tử DNA nhiễm sắc thể nghiên cứu mà thơi Như biết, phía điểm khởi đầu chép, hai sợi DNA bổ sung tương ứng sử dụng làm khuôn để chép mạch trước (leading strand) mạch sau (lagging trand) hai cấu trúc khác máy chép Các nucleotide số oligomer tìm thấy phân bố khơng cân đối hai phía điểm khởi đầu chép phân tử DNA nhiễm sắc thể Một số nghiên cứu thực nghiệm nhằm mục đích thay đổi trình tự nucleotide nhiễm sắc thể sử dụng phương pháp tái tổ hợp trình tự oligonucleotide sợi đơn vào trình tự DNA nhiễm sắc thể nhờ protein -Red Beta Trong nghiên cứu này, trình tự oligonucleotide sợi đơn phải thiết kế để tái tổ hợp vào hai trình tự sợi đơn nhiễm sắc thể, sợi làm khn cho q trình phiên mã, sợi bổ sung với sợi làm khuôn cho trình phiên mã Kết nghiên cứu cho thấy hiệu suất tái tổ hợp trình tự oligonucleotide sợi đơn vào hai sợi không giống nhau, chí sản phẩm q trình tái tổ hợp khơng tạo thành Các nghiên cứu cho thấy hướng chép, tức trình tự xếp nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể có liên quan, trình tự nucleotide oligonucleotide sợi đơn yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tái tổ hợp Do đó, xếp nucleotide trình tự DNA nhiễm sắc thể chưa tường tận việc chọn lựa hai sợi đơn DNA nhiễm sắc thể cho việc thiết kế trình tự oligonucleotide cịn khó khăn thí nghiệm thay đổi trình tự DNA nhiễm sắc thể phương pháp tái tổ hợp sử dụng trình tự oligonucleotide sợi đơn Ở khía cạnh khác, số nghiên cứu thực nghiệm khác trước cho thấy việc thay đổi trình tự xếp tự nhiên phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn làm phá vỡ phân bố nucleoid tế bào, ảnh hưởng nghiêm trọng đến trình tiến đến phân bào, làm giảm tốc độ chép DNA làm tính ổn định phân tử DNA nhiễm sắc thể 2.4 PHÂN LOẠI CÁC VI KHUẨN CÓ MỐI QUAN HỆ TIẾN HÓA GẦN Hiện nay, có số vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần lồi giống số chủng loài không giống khả gây bệnh cho người, động vật thực vật, cần phân biệt Tuy nhiên, việc phân biệt vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần sở hình thái tế bào, xét nghiệm sinh hóa serotyping đơi khơng thể Các vi khuẩn nhận biết cách nhanh chóng cách tính khoảng cách di truyền trình tự 16S rDNA chúng Tuy nhiên, thực tế, việc ứng dụng trình tự đơi khơng thể thực số vi khuẩn Kể từ trình tự gene hồn chỉnh vi khuẩn xác định, phương pháp dựa trình tự hồn chỉnh trình tự mã hóa protein vi khuẩn thiết lập để phân biệt chúng Tuy nhiên, phương pháp tiêu tốn nhiều công sức thời gian mà lúc phân biệt Các trình tự gene hồn chỉnh vi khuẩn mang dấu hiệu đặc trưng cho gene Các dấu hiệu gọi dấu hiệu gene Các dấu hiệu gene đề cập đến tần suất xuất DNA oligomer trình tự nucleotide thể cách khác nghiên cứu khác Việc sử dụng dấu hiệu gene phân loại vi khuẩn đạt thành công định, dù phức tạp phương thức thuật tốn sử dụng Tuy thế, chưa có báo cáo dấu hiệu đặc trưng gene chuẩn hóa để nhằm phân biệt vi khuẩn cấp độ giống CHƯƠNG 3.1 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU MỤC TIÊU LÝ THUYẾT Đề tài nghiên cứu tìm hiểu xác định qui tắc xếp DNA oligomer nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men, nhằm cung cấp kiến thức sâu phân bố nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể vi sinh vật bậc thấp (vi khuẩn) bậc cao (nấm men) MỤC TIÊU ỨNG DỤNG 3.2 Đề tài nghiên cứu khám phá xếp DNA oligomer nhiễm sắc thể vi khuẩn nhằm tìm dấu hiệu gene đặc trưng dấu hiệu gene tìm thấy để thiết lập phương pháp phân loại vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần cấp độ giống CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Do phân tử DNA nhiễm sắc thể có tính đối xứng, có sợi Watson phân tử đoạn DNA cục sợi Watson sử dụng cho nghiên cứu - Tần suất xuất (hay số lần có mặt) monomer oligomer có kích thước N (N = 2, 3, 4,…) sợi Watson nhiễm sắc thể xác định theo phương pháp trình bày cơng bố trước Baisnée cộng (2002) - Nucleotide skew đoạn cục phân tử DNA nhiễm sắc thể xác định nhờ chương trình phân tích DNA trực tuyến Jie Zheng phát triển năm 2004 - Sự phân bố oligomer dọc theo sợi Watson nhiễm sắc thể theo chiều 5’ 3’ quan sát cách vẽ đồ thị biểu diễn tần suất xuất tích lũy theo chiều dài trình tự nucleotide sợi Watson - Sự sử dụng codon xác định nhờ chương trình revseq cusp từ gói EMBOSS, sở trình tự sense antisense tách từ trình tự nhiễm sắc thể - Mối quan hệ tiến hóa vi khuẩn sở trình tự 16S rDNA xác định nhờ phần mềm MEGA hệ thứ Cây phát sinh loài xây dựng phương pháp neighbor – joining, áp dụng mơ hình thay nucleotide khoảng cách trình tự (pdistance) tính theo transitions transversions, với vị trí trống loại bỏ - Mật độ phân bố trimer trình tự DNA sợi đơn xác định sở tần suất xuất trimer chiều dài trình tự DNA Có tất 64 trimer, thế, mật độ phân bố trimer trình tự DNA sợi đơn dãy gồm 64 giá trị cho 64 trimer tương ứng - Mối quan hệ tiến hóa vi khuẩn sở mật độ phân bố trimer gene xác định nhờ chương trình Cluster hệ 3.0, phát sinh loài tạo phần mềm quan sát chương trình Java TreeView CHƯƠNG 5.1 5.1.1 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN NGHIÊN CỨU SỰ SẮP XẾP CỦA CÁC OLIGOMER TRONG PHÂN TỬ DNA NHIỄM SẮC THỂ Bước đầu tìm hiểu phân bố nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể Việc khảo sát mối quan hệ kích thước oligomer tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể cho thấy kích thước oligomer tăng mức độ đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể giảm (Hình 1) 10 Hình Tần suất xuất monomer oligomer hai sợi bổ sung phân tử DNA nhiễm sắc thể (A) Nhiễm sắc thể vi khuẩn B cereus ATCC 10987 (B) Nhiễm sắc thể số nấm men S cerevisiae N kích thước monomer oligomer Các giá trị Hp hệ số tương quan Pearson, làm tròn đến hai chữ số thập phân, biểu mức độ đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể Việc khảo sát nucleotide skew đoạn DNA cục phân tử DNA nhiễm sắc thể cho thấy đoạn DNA cục phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men thể tính bất đối xứng monomer, tức đoạn này, tần suất xuất của G khác với C, A khác với T (Hình 2, Hình 3, Hình Hình 5) 11 Hình GC skew phân tử DNA nhiễm sắc thể B cereus ATCC 10987 GC skew tính cho đoạn kbp nối tiếp trình tự nhiễm sắc thể Vị trí điểm khởi đầu kết thúc chép tương ứng kbp 2590 kbp Hình AT skew phân tử DNA nhiễm sắc thể B cereus ATCC 10987 AT skew tính cho đoạn kbp nối tiếp trình tự nhiễm sắc thể Vị trí điểm khởi đầu kết thúc chép tương ứng kbp 2590 kbp 12 Hình GC skew phân tử DNA nhiễm sắc thể số S cerevisiae GC skew tính cho đoạn kbp nối tiếp trình tự nhiễm sắc thể Hình AT skew phân tử DNA nhiễm sắc thể số S cerevisiae AT skew tính cho đoạn kbp nối tiếp trình tự nhiễm sắc thể 13 Hình Các đồ thị biểu diễn phân bố cặp AAAA/TTTT, AAAC/GTTT, AAAG/CTTT AAAT/ATTT dọc theo chiều dài sợi Watson phân tử DNA nhiễm sắc thể B cereus ATCC 10987 Các giá trị tần suất xuất tetramer cộng tích lũy sau 1000 lần xuất dọc theo chiều dài sợi Watson Hình Các đồ thị biểu diễn phân bố cặp AAAA/TTTT, AAAC/GTTT, AAAG/CTTT AAAT/ATTT dọc theo chiều dài sợi Watson phân tử DNA nhiễm sắc thể số S cerevisiae Các đồ thị xây dựng Hình 14 Việc khảo sát phân bố oligomer oligomer BSĐN tương ứng chúng dọc theo chiều dài sợi Watson phân tử DNA nhiễm sắc thể cho thấy vi khuẩn, phân bố oligomer có đối nghịch so với phân bố oligomer BSĐN hai phía vị trí khởi đầu chép (Hình 6) Trong đó, phân bố đối nghịch khơng thể nấm men (Hình 7) Tuy nhiên, vi khuẩn nấm men, đoạn DNA cục phân tử DNA nhiễm sắc thể thể tính bất đối xứng oligomer, tức đoạn này, tần suất xuất oligomer oligomer BSĐN tương ứng chúng không giống Phần nghiên cứu đoạn cục trình tự sense antisense trình tự khơng mã hóa protein mối quan hệ với tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể Để đánh giá mức độ đóng góp phân bố oligomer trình tự sense antisense trình tự khơng mã hóa protein vào tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể, tần suất xuất oligomer trình tự sense antisense khảo sát riêng, đồng thời tần suất xuất chúng trình tự khơng mã hóa protein khảo sát riêng Các kết cho thấy oligomer oligomer BSĐN tương ứng chúng có tần suất xuất gần trình tự sense antisense trình tự khơng mã hóa protein nhiễm sắc thể Sự phân bố oligomer oligomer BSĐN tương ứng chúng trình tự sense antisense đóng góp tương đương với phân bố chúng trình tự khơng mã hóa protein vào tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể 5.1.2 Nghiên cứu xếp nucleotide trình tự sense antisense phân tử DNA nhiễm sắc thể Theo kết nghiên cứu bước đầu, đóng góp phân bố oligomer trình tự mang thơng tin mã hóa protein trình tự 15 sense antisense vào tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể tương đương Nghiên cứu khảo sát phân bố nucleotide trình tự sense antisense phân tử DNA nhiễm sắc thể, manh mối để thực nghiên cứu codon, codon ba nucleotide trình tự mRNA mã hóa cho amino acid dọc theo chiều dài phân tử protein tương ứng Những trình tự mRNA lại mã hóa trình tự sense antisense Cũng theo nghiên kết nghiên cứu bước đầu, mức độ đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể giảm tăng kích thước oligomer Cho nên, trình tự sense antisense, diện trimer mã hóa codon mối liên kết với trimer khác, tức hexamer, khảo sát Kết nghiên cứu cho thấy trimer mã hóa codon kết cặp với hầu hết trimer mã hóa codon khác khơng theo qui tắc kết cặp Vì vậy, đề tài nghiên cứu định hướng tập trung vào xếp trimer trình tự sense antisense phân tử DNA nhiễm sắc thể Hình Tần suất xuất trimer theo vị trí nucleotide codon tất trình tự mang thơng tin mã hóa protein phân tử DNA nhiễm sắc thể Kết trình bày cho cặp trimer/trimer BSĐN (A) Nhiễm sắc thể vi khuẩn B cereus ATCC 10987 (B) Nhiễm sắc thể số nấm men S cerevisiae 16 Việc xác định tần suất xuất trimer tất trình tự sense antisense mức độ nhiễm sắc thể theo vị trí nucleotide codon cho thấy giống tần suất xuất trimer vị trí thứ trimer BSĐN tương ứng chúng vị trí thứ nhất, trimer vị trí thứ hai trimer BSĐN tương ứng chúng vị trí thứ ba, trimer vị trí thứ ba trimer BSĐN tương ứng chúng vị trí thứ hai Nói cách khác, trimer xếp để chúng xuất trình tự sense antisense phân tử DNA nhiễm sắc thể theo qui tắc tương đương tần suất xuất chúng sở vị trí nucleotide codon (Hình 8) Nghiên cứu qui tắc tương đương tất trình tự sense tất trình tự antisense phân tử DNA nhiễm sắc thể mối quan hệ với cho thấy xếp trimer trình tự sense antisense mức độ nhiễm sắc thể định dạng sử dụng codon vi khuẩn nấm men, góp phần tạo nên tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể Vi khuẩn nấm men sử dụng codon không đồng đều, tức số codon ưu tiên sử dụng nhiều codon đồng nghĩa khác để mã hóa cho amino acid Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng codon vi khuẩn nấm men định dạng xếp trimer trình tự sense antisense mức độ nhiễm sắc thể Các kết nghiên cứu sâu cho thấy mật độ phân bố trimer mã hóa codon trình tự sense antisense hai replichore phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn góp phần tạo nên tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể 5.1.3 Nghiên cứu phân bố trimer trình tự khơng mã hóa protein phân tử DNA nhiễm sắc thể Theo kết nghiên cứu bước đầu, trình tự khơng mã hóa protein, phân bố oligomer oligomer BSĐN tương ứng chúng góp phần làm cho phân tử DNA nhiễm sắc thể trở nên đối xứng Kết nghiên cứu cho thấy mật độ phân bố trimer trình tự khơng 17 mã hóa protein khác so với trình tự mang thơng tin mã hóa protein (Hình 9) Hình Mật độ phân bố trimer trình tự mang thơng tin mã hóa protein khơng mã hóa protein phân tử DNA nhiễm sắc thể (A) Nhiễm sắc thể B cereus ATCC 10987 (B) Nhiễm sắc thể số nấm men S cerevisiae Kết trình bày cho cặp trimer/trimer BSĐN 5.2 ỨNG DỤNG SỰ PHÂN BỐ CỦA CÁC TRIMER TRONG BỘ GENE ĐỂ PHÂN LOẠI CÁC VI KHUẨN CÓ MỐI QUAN HỆ TIẾN HÓA GẦN Sự sử dụng codon sinh vật biết đến mang tính đặc trưng lồi Mặt khác, phân bố trimer trình tự khơng mã hóa protein trình tự mang thơng tin mã hóa protein mức độ nhiễm sắc thể đóng góp vào tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể Cho nên, tần suất xuất trung bình trimer đơn vị chiều dài phân tử DNA nhiễm sắc thể giả định mang tính đặc trưng lồi, qui tắc xếp nucleotide trình tự khơng mã hóa protein chưa rõ 18 5.2.1 Tính đặc trưng lồi mật độ phân bố trimer phân tử DNA nhiễm sắc thể Trong sợi Watson phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men, tần suất xuất trimer khác Dù thế, mật độ phân bố trimer sợi Watson phân tử DNA nhiễm sắc thể vi sinh vật khác khác nhau, vi sinh vật lại giống Nói cách khác, mật độ phân bố trimer phân tử DNA nhiễm sắc thể mang tính đặc trưng lồi (Hình 10) Hình 10 Mật độ phân bố trimer phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn Đồ thị nằm biểu diễn mật độ phân bố trimer phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn có nhiễm sắc thể Đồ thị nằm biểu diễn mật độ phân bố trimer phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn có từ hai nhiễm sắc thể trở lên 19 5.2.2 Ứng dụng mật độ phân bố trimer gene để phân loại vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần Mật độ phân bố trimer gene vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriaceae, Burkholderiaceae Pseudomonadaceae sử dụng để phân loại vi khuẩn Trừ họ Enterobacteriaceae có đến ba giống, Escherichia, Shigella Salmonella, hai họ cịn lại tương ứng có giống Burkholderia giống Pseudomonas Các phát sinh loài vi khuẩn Enterobacteria, Burkholderia Pseudomonas sở trình tự 16S rDNA sở mật độ phân bố trimer gene vi khuẩn cho thấy mật độ phân bố trimer gene sử dụng để phân loại vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần cấp độ giống (Hình 11 Hình 12) So với phương pháp dựa trình tự 16S rDNA, phương pháp sở mật độ phân bố trimer gene vi khuẩn có khả phân loại vi khuẩn tốt 20 Hình 11 Phân loại Enterobacteria sở trình tự 16S rDNA Các số ký hiệu NCBI 62 trình tự nhiễm sắc thể (gồm 48 chủng Escherichia, chủng Shigella chủng Salmonella) đặt trước tên vi khuẩn tương ứng 21 Hình 12 Phân loại Enterobacteria sở mật độ phân bố trimer gene Hệ số tương quan Pearson hai dãy mật độ trimer hai gene gần kề đặt sát vị trí phân nhánh nơi đặt hình 22 CHƯƠNG 6.1 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Các kết nghiên cứu xếp DNA oligomer nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men cho thấy: Sự phân bố oligomer oligomer BSĐN tương ứng chúng trình tự mang thơng tin mã hóa protein đóng góp tương đương với phân bố chúng trình tự khơng mã hóa protein vào tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men Các trimer trình tự sense antisense xếp theo qui tắc tương đương tần suất xuất sở vị trí nucleotide codon, định dạng sử dụng codon góp phần tạo nên tính đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể Ở vi khuẩn, điều trimer mã hóa codon diện thừa trimer mã hóa codon diện thiếu phân bố cân đối trình tự sense antisense hai replichore Sự xếp trimer trình tự khơng mã hóa protein trình tự mang thơng tin mã hóa protein không giống Mật độ phân bố trimer gene mang tính đặc trưng lồi sử dụng để phân loại vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần cấp độ giống 6.2 KIẾN NGHỊ Xác định qui tắc xếp trimer mã hóa codon trình tự sense antisense mức độ thấp mức độ replichore phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn, đồng thời tìm hiểu qui tắc 23 xếp nucleotide trình tự khơng mã hóa protein phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn, tiến đến thay đổi tạo trình tự DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn nhằm tạo hợp chất có hoạt tính sinh học theo ý muốn sở qui tắc Nghiên cứu sâu phân bố nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể tế bào nấm men tế bào sinh vật eukaryote khác, bao gồm tế bào người Ứng dụng mật độ phân bố trimer gene để tìm hiểu mối quan hệ tiến hóa gần sinh vật bậc cao 24 ... độ đối xứng phân tử DNA nhiễm sắc thể Vi? ??c khảo sát nucleotide skew đoạn DNA cục phân tử DNA nhiễm sắc thể cho thấy đoạn DNA cục phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn nấm men thể tính bất đối xứng... Java TreeView CHƯƠNG 5.1 5.1.1 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN NGHIÊN CỨU SỰ SẮP XẾP CỦA CÁC OLIGOMER TRONG PHÂN TỬ DNA NHIỄM SẮC THỂ Bước đầu tìm hiểu phân bố nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể Vi? ??c khảo... bố nucleotide phân tử DNA nhiễm sắc thể vi sinh vật bậc thấp (vi khuẩn) bậc cao (nấm men) MỤC TIÊU ỨNG DỤNG 3.2 Đề tài nghiên cứu khám phá xếp DNA oligomer nhiễm sắc thể vi khuẩn nhằm tìm dấu hiệu