Ứng dụng khóa phân loại hình thái và vùng 16S rRNA trên DNA ty thể trong định danh cá bột thuộc họ

Ứng dụng khóa phân loại hình thái và vùng 16S rRNA trên DNA ty thể trong định danh cá bột thuộc họ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ********000******** KHA LUN TT NGHIỆP ỨNG DỤNG KHA PHÂN LOẠI HÌNH THÁI VÀ VÙNG 16S rRNA TRÊN DNA TY THỂ TRONG ĐỊNH DANH CÁ BỘT THUỘC HỌ Pangasiidae Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2003 – 2007 Sinh viên thực hiện: NGUYỄN KIỀU DỢI Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ********000******** ỨNG DỤNG KHA PHÂN LOẠI HÌNH THÁI VÀ VÙNG 16S rRNA TRÊN DNA TY THỂ TRONG ĐỊNH DANH CÁ BỘT THUỘC HỌ Pangasiidae Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS. NGUYỄN VĂN HẢO NGUYỄN KIỀU DỢI ThS. NGUYỄN VIẾT DŨNG KS. NGUYỄN NGUYỄN DU Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 8/2007 iii LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả quý thầy cô đã tạo điều kiện tốt và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học tại trƣờng. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Hảo đã tận tình chỉ bảo và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn Chƣơng Trình Thuỷ Sản Ủy Hội Sông MêKông đã hỗ trợ kinh phí cho tôi thực hiện đề tài này. Tôi đặc biệt cảm ơn anh Nguyễn Nguyễn Du, anh Nguyễn Viết Dũng đã tận tâm, nhiệt tình hƣớng dẫn trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn anh Lâm Ngọc Châu, anh Nguyễn Văn Phụng phòng Nguồn Lợi Thủy Sản cùng chị Trì Thanh Thảo, anh Cao Thành Trung, anh Chu Quang Trọng phòng Thí Nghiệm Sinh Học Phân Tử đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi hòan thành tốt đề tài. Sau cùng tôi xin cảm ơn gia đình cùng bạn bè thân yêu lớp Công Nghệ Sinh Học k29 đã chia sẽ cùng tôi những vui buồn trong thời gian học cũng nhƣ hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập. Sinh viên thực hiện NGUYỄN KIỀU DỢI iv ABSTRACT Morphological study plays important role in post-larvae fish taxonomy of the family Pangasiidae that contributes significantly to economy of the MeKong River Basin. However, this method bring limit true results. therefore we analysised the level of genetic diversity (A partial region of mitochondrial 16S rRNA gene, approximately 568 base pairs) of three catfish species to support morphological method. In this study, 976 specimens, originating from Mekong and Bassac River (from june 2006 to september 2006) were analysed morphologically. The result, the family Pangasiidae rate of 36,56% per in total specimens in 2006; three species (P. hypophthalmus, P. larnaudii, P. macronema) rate of 33,63% per in total Pangasiidae specimens and individual rate of 11,36% per in total number Pangasiidae. All Pangasiidae specimens of 2006 don’t analysised DNA because DNA was broke by formol. 26 individuals (size from 15 mm to 30 mm) from 64 specimens (6/2007) were add from three species: P. hypophthalmus, P. larnaudii, P. macronema. All specimens were sequenced and compared with standard sequence in genbank. This result, Sequences of 8/9 samples P. hypophthalmus similary with P. hypophthalmus (DQ334282, DQ334385, DQ334287). The exception of H1 sample, with one mutation at site nucleotide 26 to GenBank (DQ334282 – DQ334289); Sequences of 9 samples P. macronema similary from 99% to 100% sequences of P. macronema to GenBank (DQ334314); Sequences of 8 samples P. larnaudii similary 100% sequences of three haplotypes P. larnaudii (DQ334303, DQ334312, DQ334313). All in all, findings from this study demonstrated that morphological method correspond with three species P. hypophthalmus, P. larnaudii, P. macronema. v TM TẮT Khóa phân loại hình thái đóng một vai trò quan trọng trong việc định danh cá bột và cá con thuộc họ Pangasiidae vốn có ý nghĩa về kinh tế đối với vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long. Tuy nhiên, phƣơng pháp này cho độ chính xác nhất định. Vì vậy chúng tôi phân tích sự khác nhau ở mức độ di truyền cụ thể là vùng 16S rRNA (xấp xỉ 568 bp) trên DNA ty thể (mt DNA) ở 3 loài (đã có sẵn dữ liệu trên ngân hàng gene) để hỗ trợ phƣơng pháp định danh hình thái. Trong nghiên cứu này, chúng tôi thực hiện phân loại bằng hình thái 976 mẫu cá thu từ tháng 6/2006 đến tháng 9/2006 trên hai nhánh sông Tiền và sông Hậu. Kết quả họ Pangasiidae chiếm 36,56% so với tổng mẫu thu đƣợc năm 2006; 3 loài phân tích (P. hypophthalmus, P. larnaudii, P. macronema) chiếm 33,63% so với tổng mẫu Pangasiidae thu đƣợc nhƣng số lƣợng chỉ chiếm 11,36% so với tổng lƣợng cá thể họ Pangasidae. Các mẫu cá năm 2006 sau khi khi phân tích hình thái không phân tích đƣợc DNA (do DNA bị hủy trong formal), 26 cá thể từ 64 mẫu cá bột thu từ 22/6/2007 đến tháng 30/6/2007 đƣợc bổ sung của 3 loài nêu trên với kích thƣớc khác nhau (từ 15 mm – 30 mm), giải trình tự và đối chiếu với các trình tự chuẩn trên ngân hàng genbank để kiểm tra lại độ tin cậy của phƣơng pháp phân tích hình thái. Kết quả đạt đƣợc nhƣ sau:  Trình tự 8/9 mẫu loài P. hypophthalmus tƣơng đồng 100% với trình tự 3 kiểu gen P. hypophthalmus trên ngân hàng gene (DQ334282, DQ334285, DQ334287). Riêng mẫu H1 có một đột biến thay thế nucleotide ở vị trí thứ 26 so với tám kiểu gene tham khảo trên ngân hàng gene.  Trình tự 9 mẫu phân tích loài P. macronema giống từ 99% - 100% trình tự P. macronema trên ngân hàng gene (DQ334314).  Trình tự 8 mẫu loài P. larnaudii tƣơng đồng 100% với trình tự 3 kiểu gen P. larnaudii trên ngân hàng gene (DQ334303, DQ334312; DQ334313). Tóm lại, qua kết quả so sánh trình tự của 26 mẫu thuộc 3 loài phân tích với trình tự dữ liệu chuẩn trên ngân hàng gene đã khẳng định đƣợc khoá phân loại hình thái đối với các loài mà chúng tôi đƣa ra là phù hợp. vi MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Lời cảm tạ III Abstract IV Tóm tắt . V Mục lục . VI Danh sách các chữ viết tắt IX Danh sách các hình . X Danh sách các bảng và biểu đồ XI Chƣơng 1. MỞ ĐẦU . 1 1.1. Đặt vấn đề . 1 1.2. Mục tiêu đề tài 2 1.3. Nội dung đề tài . 2 Chƣơng 2. TỔNG QUAN . 3 2.1. Tình hình nghiên cứu định danh các loài cá . 3 2.1.1. Nghiên cứu thế giới . 3 2.1.2. Nghiên cứu trong nƣớc 4 2.2. Phƣơng pháp định danh hình thái định loại một số loài cá bột và cá con thuộc họ Pangasiidae 5 2.3. Phƣơng pháp sinh học phân tử ứng dụng định loại một số loài cá 8 2.3.1. Phƣơng pháp RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) . 8 2.3.2. Phƣơng pháp RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) 8 2.3.3. Phƣơng pháp AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) 8 2.3.4. Phân tích DNA ty thể (mtDNA) 9 vii 2.3.5. Phƣơng pháp PCR 11 2.3.6. Phƣơng pháp giải trình tự bằng hệ thống sắc ký tự động 12 Chƣơng 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP . 13 3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện . 13 3.2. Vật liệu . 13 3.2.1. Mẫu cá 13 3.2.2. Hóa chất . 13 3.2.4. Thiết bị và dụng cụ 14 3.3. Phƣơng pháp . 15 3.3.1. Phƣơng pháp thu và định danh hình thái mẫu cá bột 15 3.3.2. Phƣơng pháp tách chiết mtDNA bằng phenol-chloroform 16 3.3.3. Phƣơng pháp PCR khuếch đại vùng 16S trên mtDNA 16 3.3.4. Phƣơng pháp điện di acid nucleotide trên gel agarose 17 3.3.5. Phƣơng pháp giải trình tự 18 3.3.6. Phƣơng pháp so sánh các trình tự 18 3.4. Bố trí thí nghiệm . 18 3.4.1. Định danh phân loại bằng hình thái các loài cá bột thuộc họ Pangasiidae . 18 3.4.1.1. Giai đoạn định tính 18 3.4.1.2. Giai đoạn định lƣợng 20 3.4.2. Ghi nhận các điểm đặc trƣng của cá bột trƣớc khi phân tích DNA . 21 3.4.3. Xác định và phân tích vùng 16S rRNA trên mtDNA 22 Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 4.1. Kết quả định danh phân loại bằng hình thái các loài cá bột thuộc họ Pangasiidae . 23 4.1.1. Kết quả hình thái phân loại 23 4.1.2. Kết quả giai đoạn định tính 25 viii 4.1.2.1. Phân tích mẫu xuất hiện họ Pangasiidae so với tổng mẫu thu đƣợc năm 2006 25 4.1.2.2. Phân tích mẫu xuất hiện loài nghiên cứu so với tổng mẫu Pangasiidae 27 4.1.3. Kết quả giai đoạn định lƣợng 29 4.1.3.1. Tỉ lệ số lƣợng cá thể của 3 loài cá phân tích và các loài khác 29 4.1.2.4. Tỉ lệ số lƣợng cá thể của mỗi loài cá phân tích so với tổng lƣợng cá thể họ Pangasiidae . 31 4.2. Ghi nhận các điểm đặc trƣng của cá bột trƣớc khi phân tích DNA . 33 4.3. Xác định và phân tích vùng 16S rRNA trên mtDNA . 34 4.3.1. Nhân dòng vùng gen mã hóa 16S rRNA . 34 4.3.2. Phân tích trình tự vùng 16S rRNA trên mtDNA của các mẫu cá 38 4.3.2.1. Định danh 9 mẫu thuộc loài P. macronema 38 4.3.2.2. Định danh 9 mẫu thuộc loài P. hypophthalmus 40 4.3.2.3. Định danh 8 mẫu thuộc loài P. larnaudii. . 42 Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ . 44 5.1. Kết luận 44 5.2. Tồn tại . 45 5.3. Đề xuất 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 46 PHỤ LỤC 50 ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT bp Cặp bazơ DNA Deoxyribonucleic acid mtDNA Mitochondrial DNA rRNA Ribosomal Ribonucleotide acid S Svedberg – đơn vị đo lƣờng vận tốc lắng PCR Polymerase chain reaction RFLP Restriction Fragment Length Lolymorphism RAPD Random Amplified Polymorphic DNA AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism Taq Thermus aquaticus UI Unit UV Ultra violet P. hypophthalmus Pangasianodon hypophthalmus P. larnaudii Pangasius larnaudii P. macronema Pangasius macronema ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long Ctv Cộng tác viên x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1. Pangasianodon hypophthalmus Sauvage (1878), 15 mm . 6 Hình 2.2. Pangasius larnaudii Bocourt, 1866. 16 mm. 6 Hình 2.3. Pangasius macronema Bleeker, 1851. 15 mm. 7 Hình 2.4: H.2.5a. Cấu tạo tổng quát của ty thể. 9 Hình 2.5. Các picks màu quan sát trên máy Scan . 12 Hình 4.1. Pangasianodon hypophthalmus (Sauvage, 1878), 17 mm 33 Hình 4.2. Pangasius larnaudii Bocourt, 1866. 20 mm . 34 Hình 4.3. Pangasius macronema Bleeker, 1851. 15 mm . 34 Hình 4.4. Sản phẩm PCR khuếch đại vùng 16S rRNA trên mtDNA từ một số mẫu năm 2006 và năm 2005 . 35 Hình 4.5: Sản phẩm PCR khuếch đại vùng 16S rRNA trên mtDNA từ vài mẫu cá đại diện 38 Hình 4.6: Các điểm khác nhau về trình tự vùng 16S rRNA trên mtDNA của 9 mẫu cá P. macronema . 39 Hình 4.7: Sự tƣơng đồng trình tự vùng 16S rRNA trên mtDNA của 9 mẫu cá P. hypophthalmus 41 Hình 4.8: Sự tƣơng đồng trình tự vùng 16S rRNA trên mtDNA của 8 mẫu cá P. larnaudii . 43 [...]... dụng khóa 1 phân loại hình thái và vùng 16S rRNA trên DNA ty thể trong định danh cá bột thuộc họ Pangasiidae” Nhằm hỗ trợ định danh một số loài cá có giá trị kinh tế quan trọng thuộc họ Pangasiidae trong khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long 1.2 Mục tiêu đề tài Ứng dụng một số chỉ tiêu trong hệ thống phân loại hình thái vào phân loại cá bột thuộc họ Pangasidae để xác định số lƣợng và tỷ lệ các loài Pangasianodon... truyền phân tử (DNA marker) có ý nghĩa rất lớn trong việc hỗ trợ định danh các loài cá bột 3 và cá con Các kỹ thuật hiện nay đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong thuỷ sản để tạo ra các DNA marker nhƣ: RFLP, RAPD, AFLP (xem mục 2.3.1; 2.3.2 và mục 2.3.3) Ngày nay, các nhà khoa học trên thế giới rất quan tâm việc định danh hình thái cá bột và cá con dựa vào vùng 12S rRNA và vùng 16S rRNA trên DNA ty thể (mtDNA)... xuất bản bộ hình cá bột và cá con thuộc lƣu vực sông Mekong, với 62 loài khác nhau thuộc 21 họ và 14 bộ Việc phân loại dựa vào hình thái để phân biệt các loài cá thuộc họ Pangasiidae đem lại nhiều dữ liệu có giá trị Tuy nhiên, công tác định danh cá bột và cá con dựa vào các chỉ tiêu bên ngoài cho độ chính xác nhất định do cá có kích thƣớc quá nhỏ và chƣa trƣởng thành Vì vậy, việc phát triển các chỉ thị... chuẩn này đƣợc sử dụng để làm trình tự đối chứng định danh ba loài phân tích 22 Chƣơng 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Kết quả định danh phân loại bằng hình thái các loài cá bột thuộc họ Pangasiidae 4.1.1 Kết quả hình thái phân loại Phân tích 976 mẫu thu đƣợc ở hai nhánh sông Tiền và sông Hậu năm 2006 trong đó có 357 mẫu có xuất hiện cá họ Pangasiidae, chúng tôi đã xác định đƣợc 3 loài của họ cá Pangasiidae... nhận và vẽ lại các điểm đặc trƣng của mỗi loài nghiên cứu Mục đích của giai đoạn này nhằm đối chiếu lại độ chính xác của phƣơng pháp định danh hình thái sau khi phân tích DNA 21 3.4.3 Xác định và phân tích vùng 16S rRNA trên mtDNA Dựa vào kết quả định danh theo phƣơng pháp hình thái, sau khi chọn và ghi nhận lại các điểm đặc trƣng của 10 cá thể ở mỗi loài (mục 3.4.2) chúng tôi tiến hành phân lập và giải... tế bào Do ty thể nằm trong tế bào chất của giao tử cái (trứng) vì thế các gene trên DNA ty thể (mtDNA) tuân theo quy luật di truyền theo tế bào chất (Birky và cộng sự, 1989) MtDNA ít bị tác động của môi trƣờng nên ít bị biến dị di truyền (Spinger và Douzery, 1996) Dựa vào những đặc điểm nêu trên, mtDNA đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các kỹ thuật sinh học phân tử Đặc biệt là vùng mã hóa các phân tử ribosomal... % các loài phân tích = (tổng số lƣợng cá thể các loài nghiên cứu/tổng số lƣợng cá thể họ Pangasiidae)*100%  Tỉ lệ % các loài khác = (tổng số lƣợng cá thể họ Pangasiidae không phải loài nghiên cứu/tổng số lƣợng cá thể họ Pangasiidae)*100% Tần số xuất hiện loài nghiên cứu ở các thời điểm khác nhau trong ngày và ở các tháng khác nhau trong mùa: Cộng tất cả các cá thể của các loài phân tích xuất hiện trong. .. 26 cá thể (vùng 16S rRNA mã hóa bởi mtDNA) các loài: P hypophthalmus, P larnaudii, P macronema thu vào tháng 6/2007 So sánh trình tự gen trên mtDNA mã hóa vùng 16S rRNA của một số mẫu phân tích với trình tự có sẵn trên ngân hàng genbank (dữ liệu di truyền) để kiểm tra và đánh giá phƣơng pháp định danh hình thái truyền thống sử dụng trên cá bột 2 Chƣơng 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tình hình nghiên cứu định. .. nguồn tài nguyên cá vốn có của vùng 4 2.2 Phƣơng pháp định danh hình thái định loại một số loài cá bột và cá con thuộc họ Pangasiidae Ngày nay, việc định danh một số loài cá thuộc họ Pangasiidae dựa vào nhiều nguồn dữ liệu khác nhau Tuy nhiên, nguyên tắc thực hiện của phƣơng pháp này là dựa vào các điểm đặc trƣng bên ngoài nhƣ: chiều dài thân, màu sắc (màu sắc trên đầu, trên thân, trên các tia vi), số... Các chỉ thị phân tử dùng trong định danh và nghiên cứu di truyền thƣờng là những trình tự có tính bảo tồn cao trong cùng một loài và biến dị khác biệt giữa các loài, vì thế các gen mã hóa ribosomal RNA (rRNA) là một ứng viên tốt dùng định danh các loài sinh vật Việt Nam hiện nay chƣa có nghiên cứu công bố về phân loại cá dựa vào bộ gen Trong nghiên cứu này chúng tôi bƣớc đầu Ứng dụng khóa 1 phân loại . giới rất quan tâm việc định danh hình thái cá bột và cá con dựa vào vùng 12S rRNA và vùng 16S rRNA trên DNA ty thể (mtDNA) (xem mục 2.3.4).. về phân loại cá dựa vào bộ gen. Trong nghiên cứu này chúng tôi bƣớc đầu Ứng dụng khóa 2 phân loại hình thái và vùng 16S rRNA trên DNA