3. Nội dung nghiên cứu
1.4.4. MtDNA của động vật có xƣơng sống và mtDNA gà
MtDNA là sợi xoắn kép có cấu trúc vòng, có chiều dài chừng 5µm. Trong tế bào mtDNA chiếm từ 1 - 5% DNA của tế bào. MtDNA tự tái bản theo kiểu bán bảo thủ nhờ hệ DNA polimerase có trong chất nền ty thể và xảy ra ở gian kỳ của chu kì tế bào. MtDNA có dạng vòng và không liên kết với histon, điều này làm cho mtDNA khác với DNA của nhân tế bào và mtDNA tƣơng tự với DNA của vi khuẩn. MtDNA là một trong các nhân tố qui định tính di truyền tế bào chất.
Sự di truyền của các gen ty thể phụ thuộc vào hai yếu tố: Kiểu di truyền của bản thân bào quan và số bản sao nhiễm sắc thể trong tế bào. Ở phần lớn các loài, mỗi cá thể nhận đƣợc các bào quan từ mẹ cùng với tế bào chất của trứng. Kiểu di truyền này đƣợc gọi là di truyền theo dòng mẹ. Kiểu di truyền
này có đặc điểm: Thứ nhất, kiểu gen của con hoàn toàn do mẹ quyết định. Nếu mẹ mang đột biến ở gen bào quan thì con sẽ có kiểu hình đột biến cho dù bố bình thƣờng. Thứ hai, ảnh hƣởng đến kiểu di truyền này là số lƣợng bản sao nhiễm sắc thể trong bào quan.
Phân tử mtADN có các đặc điểm chú ý sau: - Tốc độ đột biến lớn gấp 5 lần so với gen nhân. - Số lƣợng bản sao lớn.
- Đơn bội, không có sự tái tổ hợp. - Chỉ di truyền theo dòng mẹ.
Mt DNA của động vật có xƣơng sống nói chung có dạng vòng kép, gồm một chuỗi nặng (chuỗi H) giàu Guamin, và một chuỗi nhẹ (chuỗi L) giàu cytozin, có chiều dài khoảng 5µm. Phân tử mtDNA không liên kết với protein histone, có khả năng tái bản theo cơ chế bán bảo toàn nhờ sử dụng các enzyme DNA polymerase trong chất nền ty thể. Ở đa số các động vật, phân tử mtDNA chứa khoảng 16-17kb, mã hóa cho các loại protein/enzyme tham gia vào các quá trình tổng hợp năng lƣợng, trao đổi chất...của tế bào, trong đó gồm 22 loại tRNA, 2 loại rRNA 16S và 12S, 13 chuỗi polypeptide [15, 25].
Tất cả các động vật có xƣơng sống đã đƣợc phân tích đều có 37 gen trên phân tử DNA ty thể và thƣờng không có khoảng trống giữa các gen (không có intron). Tuy nhiên, trật tự sắp xếp các gen trong phân tử DNA dạng vòng có thể không giống nhau giữa các loài, điều này đƣợc thể hiện rõ khi so sánh trình tự genome ty thể các bậc taxon bậc bộ trở lên. Vì thế, các đặc điểm về trật tự các gen trên ty thể có triển vọng đƣợc sử dụng nhƣ một dấu hiệu phân loại với các taxon bậc cao [30].
Phân tử mtDNA có tốc độ tiến hóa nhanh hơn 5 lần so với các gen nhân do thiếu cơ chế sửa chữa DNA do đó dẫn đến nhiều biến dị trong ty thể, không chỉ giữa các loài mà còn cả trong cùng một loài. Bên cạnh đó, các biến
dị này không giống nhau giữa các ty thể trong cùng một tế bào và giữa các tế bào khác nhau. MtDNA còn có đặc điểm đơn bội, không tái tổ hợp, di truyền theo dòng mẹ, có nhiều bản sao trong tế bào và bền vững hơn DNA nhân trong khi tách chiết do có cấu trúc dạng vòng [18], vì vậy có thể đƣợc sử dụng nhƣ một dấu hiệu để nhận biết các sai khác di truyền.
Năm 1990, trình tự genome mtDNA lần đầu tiên đƣợc công bố trên đối tƣợng gà Leghorn trắng bởi các tác giả Desjardins và Moais [16]. MtDNA có chiều dài khoảng 16,8 kb và ngoài các gen cấu trúc còn có một vùng điều khiển không mang mã di truyền gọi là vùng D-Loop. Tuy có nhiều đặc điểm tƣơng đồng với hệ genome mtDNA của các động vật có xƣơng sống, hệ genome mtDNA của gà vẫn mang những điểm khác biệt:
- Trên chuỗi nhẹ, trật tự gen theo chiều 5'-3' là NADH dehydrogenase
(ND5), Cytochrome b (Cyt b), tRNAthr , tRNApro, ND6, tRNAGlu và vùng điều
khiển trong khi ở các động vật khác, gen Cyt b lại nằm gần vùng điều khiển hơn [16].
- Ở gà thiếu 1 điểm khởi đầu sao chép nằm giữa 2 gen tRNACys và
tRNAAsn nhƣ ở các động vật có xƣơng sống khác [16].
- Gen Cytochrome oxydase I (COI) có bộ 3 mở đầu là GTG thay vì ATG. Toàn bộ genome ty thể gà (Galuss galuss) đƣợc tổ chức nhƣ sơ đồ trong hình 1.1.
Hình 1.1. Sơ đồ tổ chức của DNA ty thể Gà ND: NADH dehydrogenase; CO: Cytochrome oxydase
Đoạn D-loop trên mtDNA là một vùng không mang mã di truyền, có chiều dài 1227bp ở gà nhà [16], chứa điểm khởi đầu sao chép và các promoter cho quá trình phiên mã của cả chuỗi nặng và chuỗi nhẹ. Về cấu trúc vùng trình tự D-Loop có thể chia thành ba domain I, II và III [14]. Trong đó domain II bảo thủ nhất, chứa một số đơn vị cấu trúc không thay đổi ngay cả ở bậc phân loại họ. Ngƣợc lại domain III đƣợc coi là biến đổi nhiều nhất [25].
Đoạn trình tự D-Loop là vùng tiến hóa nhanh nhất trong phân tử mtDNA. Trung bình, nó tích lũy các đột biến nhanh hơn 5-10 lần so với bất kì gen nào trong hệ gen ty thể vì vậy có thể xem trình tự nucleotide của vùng D- Loop là một công cụ quan trọng để đánh giá đa dạng di truyền, sự phân hóa bên trong loài và giữa các quần thể cùng loài.