CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.3. Nghiên cứu về đặc điểm di truyền
1.3.3. Tổng quan hệ gen sử dụng trong nghiên cứu phân loại ở thực vật
Là bào quan nằm trong tế bào chất của thực vật bậc cao và tảo (algae) lục lạp chứa ADN riêng. Trong mỗi tế bào có từ 102 đến 104 bản sao ADN lục lạp. Trong lục lạp có chất diệp lục (chlorophyl) và diễn ra quá trình quang hợp của cây. Do di truyền theo dòng mẹ nên Genome lục lạp không bị tái tổ hợp di truyền cho thế hệ sau và thường được sử dụng cho phân loại ở thực vật, tốc độ đột biến của nó cũng khá cao. Các nhà phân loại học phân tử đánh giá hệ gen lục lạp là sự tích lũy của các đột biến theo thời gian, do vậy nó sẽ phản ánh đúng mức độ tiến hóa giữa các loài.
Genome lục lạp (cpDNA) có cấu trúc là một phân tử ADN vòng, sợi đơn, mỗi gen thường không lặp lại. Vùng ADN không mã hóa trên cpDNA là rất ít. Các gen lục lạp chỉ mã hóa cho các protein cần thiết cho chức năng quang hợp và bộ máy biểu hiện những protein này.
Genome lục lạp có kích thước từ 120 kb – 220kb, kích thước này thay đổi do có sự tồn tại của 2 vùng lặp lại ngược chiều nhau, tách genome lục lạp thành 2 vùng (vùng lớn LSC và vùng nhỏ SSC). Mặc dù phần lớn ADN lục lạp đều mang số lượng gen như nhau, tuy nhiên đôi khi một số gen di trú vào ADN nhân và biến mất khỏi hệ gen lục lạp. Có tốc độ đột biến thấp hơn từ 4 – 5 lần so với gen trong nhân, tuy nhiên các gen lục lạp đột biến nhanh hơn khoảng 3 lần so với ADN ty thể thực vật và thường xuyên được sử dụng trong nghiên cứu phân loại [59].
Hiện nay các gen lục lạp thường được sử dụng trong nghiên cứu hệ thống học phân tử thực vật bao gồm: gen matK, gen rbcL, gen psbA – trnH, tất cả các gen thuộc hệ gen lục lạp thường có mức độ biến đổi không lớn hơn 2% giữa các loài lân cận. Nguyễn Hoàng Nghĩa, dựa trên phân tích một số chuỗi ADN lục lạp và chỉ thị RAPD đánh giá đa dạng di truyền loài Hopea reticulate Tardicu [79].
- Vùng đệm psbA - trnH
Vùng gen lục lạp psbA-trnH gần đây đã trở thành một công cụ phổ biến trong các nghiên cứu phát sinh loài phân tử thực vật ở cấp độ phân loại thấp và phù hợp cho nghiên cứu ADN. Vùng đệm psbA-trnH nằm trong hệ gen lục lạp với xác suất nhân bản thành công rất cao (100% các loài đã được nghiên cứu). Mức độ khác biệt trình tự nucleotide giữa các loài là 1,24% và sự khác biệt bên trong loài rất thấp từ 0,00% - 0,08%. Trình tự psbA-trnH cũng đã được công bố trên ngân hàng gen
(Genbank) với nhiều loài khác nhau thuộc thực vật hạt trần, dương xỉ, rêu và rêu tản (liverwort). Ở Việt Nam. Nguyễn Thị Thúy Hằng, nghiên cứu về đặc điểm di truyền do biến đổi hình thái dựa trên việc sử dụng gen psbA-trnH và gen matK do mang tính bảo thủ cao của gen lục lạp [80].
Hình 1.2 Cấu trúc của hệ gen lục lạp - Về gen rbcL (Ribulose – 1,5 – Bisphosphate Carboxylase)
rbcL là protein đệm thuộc chuỗi gen lục lạp, gồm 8 tiểu phần nhỏ với kích thước khoảng 12 kDa (được gen nhân mã hóa) và 8 tiểu phần lớn với kích thước 55 kDa (vùng gen lục lạp mã hóa). Tuy nhiên cũng bắt gặp một số trường hợp như tảo nâu, hay tảo đỏ các tiểu phần nhỏ được vùng gen lục lạp mã hóa. Các gen rbcL ở thực vật bậc cao không có intron. Tuy nhiên trình tự nucleotide của vùng gen rbcL phần lớn có tính bảo thủ cao và khả năng dễ khuếch đại nên thường được xuất hiện
trong các nghiên cứu phân loại. Nhiều công trình nghiên cứu trên nền tảng rbcL [81], [82].
Tương tự vùng gen trnLF (tRNA-Leu (trnL) gene, partial sequence; trnL- trnF intergenic spacer, complete sequence; and tRNA-Phe (trnF) gene) thuộc vùng gen dễ thay đổi của hệ gen lục lạp. Nó được xem là vùng gen khảm và phân mảnh (bao gồm 3 vùng gen) và cũng được đánh giá là vùng gen cho tỷ lệ khuếch đại thấp và khó sắp xếp gióng hàng. Tuy nhiên, nó thường được các nhà khoa học sử dụng để xây dụng cây quan hệ gần gũi. nhiên đây cũng là một gen khó khuếch đại và đặc biệt là rất khó gióng hàng và sắp xếp “alignment.
Trong nghiên cứu này, đã sử dụng 5 vùng gen gồm rps18-rpl20, trnL-trnF, Nad5; rbcL và trnH-psbA;; để so sánh sự khác nhau giữa các mẫu Vân sam fansipan phân bố ở độ cao khác nhau, đồng thời phân tích mối quan hệ di truyền của phân loài Abies delavayi subsp. fansipanensis (Q.P.Xiang, L.K.Fu & Nan Li) Rushforth với một số loài trong chi Abies của họ Thông (Pinaceae) nhằm đóng góp dữ liệu khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo trong vấn đề xác định sự đa dạng nguồn gen của cá thể, quần thể cũng như từng bước cho làm rõ vị trí phân loại của loài này trong họ Thông.
Chìa khóa thành công trong công tác bảo tồn đa dạng sinh học chính là nghiên cứu tính đa dạng di truyền và tiến tới tái tạo nguồn gen các loài động thực vật. Chính vì vậy, để có chiến lược bảo tồn và phát triển bền vững các loài một cách hữu hiệu thì không có cách nào tốt hơn là phải nghiên cứu bản chất của tính đa dạng sinh học chính là sự đa dạng di truyền từ cấp độ quần thể cho đến cấp độ loài, cá thể. Như vậy, lợi thế rõ ràng của các kỹ thuật sinh học phân tử là có khả năng xác định được sự đa dạng di truyền từ cấp độ gen, tạo cơ sở để đánh giá về giá trị bảo tồn của loài cũng như quần thể. Về mặt sinh học, nguy cơ tuyệt chủng của loài liên quan đến các biến đổi di truyền bất lợi cho chúng [83].