Tiểu luận môn Di Truyền CÁC YẾU TỐ DI TRUYỀN ĐỘNG TRONG GENOME đầy đủ nhất

PHÂN HIỆU TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA: NÔNG HỌC - - TIỂU LUẬN MÔN DI TRUYỀN CÁC YẾU TỐ DI TRUYỀN ĐỘNG TRONG GENOME GVHD: Lớp : SVTH : Đồng Nai 2018 I Hệ gen (Genome) Khái niệm:  Genome (hệ gen): chứa toàn vật chất chứa TTDT thể sinh vật mã hóa AND (ở số virut ARN) Mỗi genome chứa tất thông tin cần thiết để xây dựng trì thể Genome vi khuẩn:  Kích thước nhỏ, dạng vòng khép kín  Chỉ chứa đoạn ADN khơng lặp lại  Các gen genome phân bố sát nhau, bị gián đoạn đoạn ADN khơng chứa mã di truyền (intron) Các gen tồn đơn Trên DNA có chứa gen mã hóa cho protein đặc thù  Một số chứa thêm dạng ADN khác – plasmid: kích thước bé hơn, dạng vòng, có khả tự nhân bản, thường chứa số gen có tính đặc thù cao (gen kháng kháng sinh, gen thị màu…) 3 Genome eukaryote:  99% genome nằm nhân TB Phần lại nằm số quan tử (ty thể, lạp thể)  Genome nhân:  Thường có kích thước lớn (12Mb đến 120.000Mb) Phân bố NST dạng thẳng Gồm thành phần lặp lại thành phần không lặp lại  Các loại ADN genome:  Các TT lặp lại nhiều lần: chiếm 10-15% genome Là TT AND ngắn (10-200kb), ko mã hóa, tập trung vùng chuyên biệt/NST (tâm động, đầu mút NST)  Các TT lặp lại TB: 25-40%, đoạn AND có kt lớn (100-1000kb) Khơng mã hóa mã hóa cho rARN, tARN, 5SARN  Các TT nhất: gen mã hóa cho Protein, có TT đặc trưng cho gen • Phần lớn gen pbố thành phần ADN không lặp lại Các gen chiếm tỷ lệ nhỏ so với toàn genome (1-2% genome) Các gen thường phân bố xa gen chứa nhiều intron • Các gen có nhiều Các gen xếp vào họ gen Mỗi gen họ thường hoạt động thời điểm định q trình phát triển cá thể hay mơ riêng biệt  Kích thước genome (ở trạng thái đơn bội - C): đặc trưng cho lồi, kích thước genome khơng tỷ lệ với mức độ tiến hóa tính phức tạp thể  Genome ty thể: dạng mạch vòng kép, chứa gen mã hóa cho rARN ty thể số enzyme tgia vào chuỗi hơ hấp Ngồi ra, ty thể chứa gen mã hóa tRNA, Rbsvà số Pr liên quan đến trình phiên mã, dịch mã, vận chuyển Pr khác vào ty thể từ TBC  Genome lục lạp: chứa DNA dạng kép, mạch vòng, chứa khoảng 200 gen Các gen mã hoá cho rARNvà tARN Pr cần cho hoạt động quang hợp Kích thước genome Số lượng gen genome Lồi Kích thước Genome (Mb = 10^bp) (TT mã hóa Protein(%) Số lượng gen E Coli 4.6 90 4.288 S cerevisiae 12 70 5.885 C elegans 97 25 19.099 Drosophila 180 13 13.600 Human 3000 100.000 II Gen Khái niệm gen: • Gen đoạn ADN mã cho sản phẩm cần thiết hoạt động sống tế bào Gen -> protein, rARN, tARN loại ARN khác tham gia kiểm soát hoạt động genome Cấu trúc gen: Gồm hai vùng: vùng AND điều khiển, vùng mang mã di truyền  Vùng DNA điều khiển: nằm trước đoạn gen mang mã, -1, gồm vị trí: o Promoter: nhận biết liên kết với enzim RNA polymerase Promoter thường nằm trước vị trí +1 gen (vị trí Nu phiên mã sang ARN) Ở procaryota: nằm khoảng từ -35 -> -10, eucaryota từ -25 (-30) -> - 75(-90) o Vị trí hoạt hóa (A) vị trí ức chế (O): nhận biết Pr điều khiển, chúng liên kết với AND ARN pol làm tăng cường kìm hãm hoạt động gen mã  Vùng DNA mang mã di truyền: Là đoạn AND phiên mã sang mRNA theo chiều 5’ 3’ sợi tổng hợp (bd từ +1) Gồm:  Vùng 5’ 3’ khơng dịch mã: liên quan tính bền vững mRNA; tham gia kiểm sốt dịch mã +TT khơng dịch mã đầu 5’ (5’UTR): tính từ Nu phiên mã đến Nu khởi đầu dịch mã (AUG GUG) + TT không dịch mã đầu 3’ (3’ UTR): tính từ codon dừng dịch mã đến hết trình tự kết thúc phiên mã  Khung đọc mở: • Phần DNA gen mã hóa tạo chuỗi polypeptide • Bắt đầu codon khởi đầu (AUG GUG) kết thúc mã kết thúc UAA/UAG/UGA • Mỗi Nu khung đọc mở tương ứng với codon mã hóa cho aa • Đọc từ đầu 5’ -> 3’, đọc theo phân tử mRNA, đọc mã một, đọc không chồng chéo đọc tận mã kết thúc dừng lại Chức gen: Chức gen thể trình: • Tái DNA • Phiên mã tạo mRNA, rRNA hay tRNA • Dịch mã sinh tổng hợp protein dựa khuôn mRNA xuyên qua ribosome để lắp ráp amino acid nhờ tRNA vận chuyển đến III DNA CĨ TRÌNH TỰ LẶP LẠI TRONG GENOME DNA có trình tự lặp lại liền kề (ADN vệ tinh)  Là đoạn DNA có chứa trình tự DNA lặp lại liền hình thành nên băng vệ tinh phân tích DNA genome phương pháp ly tâm chênh lệch tỷ trọng  Đơn vị lặp lại DNA vệ tinh thay đổi từ vài (200 bp) DNA vệ tinh thường tìm thấy tâm động vùng dị nhiễm sắc NST Chúng thuộc nhóm DNA có trình tự lặp lại cao DNA tiểu vệ tinh (Minisatellite) vi vệ tinh (microsatellite)  DNA tiểu vệ tinh DNA vi vệ tinh gọi DNA vệ tinh dù chúng không xuất băng vệ tinh phân tích tỉ trọng DNA  DNA tiểu vệ tinh: đoạn DNA có nhiều đơn vị lặp lại 25 bp, có chiều dài khoảng 20 kb  DNA vi vệ tinh (SSR): DNA có đơn vị lặp lại ngắn, thường bp ngắn có chiều dài thường nhỏ 150 bp -> Ứng dụng: dùng làm thị di truyền, phát đa hình ADN cá thể, xây dựng đồ di truyền  Ví dụ:  Motif 5’-TTAGGG-3’ lặp lại hàng trăm lần đầu cuối NST người dạng DNA tiểu vệ tinh điển hình  Ở lúa, dạng SSR (GA)n, (GT)n, (AT)n, (GGT)n Trình tự lặp lại phân bố rải rác genome  Là đoạn ADN có khả di động (yếu tố chuyển vị) vị trí khác hay nhiều genome  Phân loại: nhóm • Nhóm yếu tố di chuyển thơng qua trung gian ARN (RNA transposons – retroelement) • Nhóm yếu tố di chuyển không qua trung gian ARN (ADN transposons) AND có TT lặp lại liền kề AND có TT lặp lại rải rác 3.1 Nhóm yếu tố di chuyển thông qua trung gian RNA (RNA transposons)  Cơ chế: Retroposon -> ARN -> cADN -> ADN -> di chuyển (vào vị trí khác genome - NST NST khác)  Enzyme tham gia: E phiên mã ngược (reverse transcriptase) (được mã hoá gen nằm đoạn retroposon)  Kết quả: có hai nhiều retroposon vị trí khác genome  Gồm: Retrovirus, Retrotransposon, retroeleenzymet (LTRs), LINEs, SINEs Retrovirus  Virus có genome ARN  Khi xâm nhiễm vào TB ký chủ, ARN virus chép thành ADN (nhờ enzyme phiên mã ngược - mã hoá gen virus) -> DNA -> tổ hợp vào genome TB ký chủ -> tái với NST ký chủ  Các retrovirus nội sinh (ERVs): genome retrovirus tổ hợp vào NST tế bào ký chủ (chủ yếu động vật có xương sống), số chúng vần hoạt tính -> tổng hợp nên virus nội sinh Các yếu tố lặp lại tận dài (LTRs)  Là vùng chứa vài trăm bp lặp lại, nằm đầu phân tử DNA retrovirus  LTRs có chức làm sở để nhiều gen sinh vật nhân chuẩn biểu hiện, ví dụ có chức kích hoạt, khởi đầu nhập poly A vào mRNA  Kích thước phân tử LTR từ vài trăm đến 10 kb Các yếu tố khác không chứa LTRs (LINEs SINEs): đặc trưng động vật có vú  Các yếu tố chèn, xen dài (LINEs): • Chứa gen mã hoá cho gag protein enzyme polymerase (cn giống enzyme phiên mã ngược) gen mã hoá cho endonuclease env (thúc đẩy tổ hợp yếu tố chuyển vị ‘retro” vào gen) • Sự xen đoạn LINE lặp lặp lại trình tái trực tiếp gắn DNA mục tiêu  Các yếu tố chèn, xen ngắn (SINEs): • Khơng có gen mã hố tạo enzyme phiên mã ngược có khả chuyển vị • SINE có độ lớn từ 100 đến 300 bp • SINE phổ biến động vật thực vật 3.2 Nhóm yếu tố di chuyển không thông qua RNA (DNA transposons) Là đoạn ADN có khả di chuyển đơc lập vị trí khác genome, khơng phải qua trung gian ARN  Cơ chế di chuyển: chế: – Sự di chuyển có tính tự tái (cơ chế y chính): Phiên yếu tố chuyển vị chép từ vị trí ban đầu tái tổ hợp vào vị trí mục tiêu Sau lần di chuyển số lượng tăng lên – Sự di chuyển có tính bảo thủ (Cơ chế cắt-dán): yếu tố chuyển vị tách khỏi vị trí ban đầu sau tái tổ hợp lại vị trí Trong trường hợp này, số lượng transposon không thay đổi 3.3 Transposon Vi khuẩn a Các trình tự IS (Insertion Sequences)  Là transposon đơn giản vi khuẩn Được phát vi khuẩn E.coli tác động ức chế đến hoạt động gen  Các trình tự IS khơng mã hóa cho protein (không giữ chức tế bào)  Cấu trúc: có kích thước nhỏ (1kb), gồm: – Một trình tự trung tâm: đặc trưng cho loại IS – Hai đầu mút: mang trình tự lặp lại ngược chiều ngắn (15-25bp)  Cơ chế chuyển vị IS: tái + bảo thủ – Chúng chèn vào NST vị trí có tính ngẫu nhiên, gây đột biến thơng qua hoạt động xáo trộn trình tự mã di truyền gen hay làm xáo trộn vùng điều hoà hoạt động gen – Khi đoạn IS ghép vào vị trí genome, đoạn DNA nhân đôi ->tạo thành trình tự lặp lại chiều (9bp) -> Dựa vào đoạn lặp lại chiều ngược chiều biết vị trí mà transposon đến * Transposon “hỗn hợp”- Tn  Đoạn DNA có kích thước dài IS  Phân bố plasmid  Có khả chèn vào vị trí genome  Mang TTDT mã hóa cho Pr kháng kháng sinh  Cấu trúc Tn hai đầu thường giới hạn loại IS  Ví dụ: transposon Tn – 9: • gen: gen kháng cloramphenicol + gen mã cho Pr cần thiết cho di chuyển • Hai đầu Tn – giới hạn IS1 (TT nu sx theo chiều 3.4 Transposon sinh vật Eukaryote (Cấu trúc Ac Ds ngơ)  Ac: • Là yếu tố di động • Độ dài 4563 bp, giới hạn hai đầu hai IR có chiều dài 11 bp, trình tự ngược chiều • Mã hố cho mRNA có độ dài 3.5 kb, có đầu 5’ UTR 650 bazơ, khung đọc mở dịch mã tạo protein có 807 amino acid, enzyme transposase, enzyme xúc tác cho q trình gắn xen transposon • Đoạn Ac có chứa intron (a,b,c,d) chia trình tự thành exon  Ds: • Là yếu tố nhảy có nguồn gốc từ Ac bị đột biến đoạn, có trình tự hai đầu IR giống hệt Ac • Ds thường tương đồng với Ac ngắn hơn, đột biến đoạn • Ds khơng có đoạn ORF đầy đủ -> không tạo enzyme transposase -> khơng tự di chuyển, nhờ Ac có mặt genome * Vai trò Transposon  Khi di chuyển, transposon gây việc xếp, tổ chức lại genome cá thể tạo đoạn ADN thay đổi chức hoạt động đoạn ADN vị trí chúng ghép vào tách Khi tách chúng mang theo đoạn ADN phụ cận, gây đoạn vị trí cũ Ngược lại ghép vào vị trí mới, chúng lại gây tượng thêm đoạn chuyển đoạn vị trí  Sự trao đổi chéo transposon tương đồng hai vị trí khác hai nhiễm sắc thể tạo biến đổi tương tự  Đặc biệt thay đổi vị trí transposon gây ảnh hưởng đến hoạt động gen phân bố xung quanh chúng không làm thay đổi trật tự nucleotit gen TỔ CHỨC HỆ GENOME CỦA NGƯỜI  Kích thước: dài khoảng 3200Mb, 1/3 DNA có liên quan đến gen  Trong gen gồm vùng mã hóa khơng mã hóa  Vùng khơng mã hóa gồm: Pseudogene, đoạn gen, intron vùng leader  Pseudogene (gen giả): giống với gen biết locus khác khơng có chức đột biến thêm cấu trúc làm khả phiên dịch mã gen  Phần lớn DNA lại (chiếm 2/3) trình tự DNA gen gồm trình tự lặp lại (420 Mb): liền kề phân bố rải rác Trong trình tự lặp lại liền kề lại bao gồm trình tự DNA satellite, microsatellite minisatellite Còn trình tự phân bố rải rác bao gồm LTRs, SINE, LINE DNA transposon  Trình tự linh tinh khác (miscellaneous) chiếm 25% gồm: SD (Shine-Dalgano Sequence) phần tất trình tự vùng leader nằm trước codon khởi đầu AUG, trình tự bổ sung với đầu 16S rRNA vị trí bọc ribosome Vùng 16S rRNA theo Shine Dalgano (1974) đóng vai trò ghép cặp bazơ việc kết thúc khởi đầu trình tổng hợp protein mRNA  SSR (Simple sequence repeats) trình tự lặp lại đơn giản nằm rải rắc genome  Số lại 17% DNA genome đến chưa rõ thuộc loại cấu trúc Mơ hình sau minh họa tỷ lệ % DNA thành phần hệ genome nhân người phát