Nguyên tắc điện di
Điện di là kỹ thuật được sử dụng trong thí nghiệm để phân tích các đại phân tử tích điện. Trong phòng thí nghiệm sinh học phân tử người ta thường sử dụng phương pháp điện di để tách ly, phát hiện phân tử DNA tổng số, DNA bị cắt hạn chế và DNA của sản phẩm PCR.
Acid nucleotide là phân tử tích điện âm, vì vậy, chúng có thể dịch chuyển qua bản gel từ cực âm sang cực dương dưới tác động của điện trường. Trên cùng một bản gel, có cùng một dòng điện những phân tử DNA khác nhau về trọng lượng nên khác nhau về điện tích và chạy được những quãng đường khác nhau sau một thời gian như nhau. Sau khi phân tách bằng điện di, để phát hiện phân tử DNA người ta dùng phương pháp làm hiện hình bằng nhuộm. Đối với gel agarose, nhuộm bằng ethidium bromide, sẽ gắn xen các bazơ của phân tử DNA và phát quang dưới tia tử ngoại. Khi điện di kiểm tra DNA, thường sử dụng thang DNA chuẩn cùng với mẫu nghiên cứu, từ đó có thể biết trọng lượng phân tử của các DNA khác nhau.
Các bước điện di được tiến hành như sau
Đổ gel: Với DNA tổng số chuẩn bị gel 0,8% , sản phẩm PCR chuẩn bị gel 1,2% trong đệm TAE.
Nguyễn Thị Lan 47
đều cùng 1µl loading dye. Với sản phẩm PCR, 6µl trộn với 1µl loading dye. Mix đều, rồi tra mẫu vào giếng điện di. Marker được sử dụng để xác định kích thước của
DNA là marker lambda DNA/EcoRI + HindIII hoặc marker 1kb và 100bp cho sản
phẩm PCR.
Tiến hành điện di: Đặt các thông số cho điện di (hiệu điện thế U = 100V; thời gian khoảng 30 - 45 phút).
Nhuộm ethidium bromide, đem soi dưới tia UV xem băng vạch, DNA bắt màu thuốc nhuộm sẽ hiện lên dưới dạng các băng vạch màu da cam, quan sát và chụp ảnh sản phẩm điện di.
2.2.4. Phƣơng pháp PCR – ISSR
Các thành phần của phản ứng PCR – ISSR được trình bày trong bảng 6:
Bảng 6. Thành phần của phản ứng PCR – ISSR
Thành phần Thể tích (µl)
Nước khử ion vô trùng 10,15
Buffer (10X) 2 MgCl2 (25µM) 1,6 dNTP (2mM) 2 Mồi (2,5µM) 1,9 Taq polymerase 0,35 DNA (20ng/µl) 2 Tổng thể tích 20
Các thành phần của phản ứng được trộn nhẹ nhàng trong ống eppendorf 0,5ml, tránh hiện tượng tạo bọt. Sau đó ống eppendorf chứa hỗn hợp các thành phần của phản ứng được xếp vào máy PCR và chạy theo chu kỳ nhiệt.
Nguyễn Thị Lan 48
Bảng 7. Chu trình PCR-ISSR
Bƣớc Chu trình Giai đoạn Nhiệt độ (0
C) Thời gian
1 Biến tính ban đầu 94 2 phút
2 Lặp lại 35
chu kỳ
Biến tính 94 30 giây
Gắn mồi 50 30 giây
Kéo dài mạch 72 2 phút
Hoàn tất kéo dài mạch 72 10 phút
3 Kết thúc phản ứng 4 10phút ∞
2.2.5. Xử lý số liệu
Sử dụng phần mềm NTSYS
Bước 1: Đọc kết quả qua ảnh điện di sản phẩm PCR
Các số liệu được thống kê thông qua ảnh điện di sản phẩm PCR. Những phân đoạn (PĐ) được nhân bản và quan sát thấy trong bản gel điện di được kí hiệu là 1, không quan sát thấy kí hiệu là 0. PĐ đơn hình là PĐ xuất hiện ở tất cả các giống. PĐ đa hình là PĐ chỉ xuất hiện ở một hoặc một số giống này mà không xuất hiện ở các giống khác. PĐ đặc trưng là những PĐ chỉ xuất hiện ở một giống. Qua đó tính được số PĐ được nhân trên mồi, tổng số PĐ và số PĐ đa hình được nhân.
TLĐH đối với mồi được xác định thông qua công thức :
TLĐH = PĐĐH / TSPĐ
TLĐH: Tỷ lệ đa hình đối với một mồi
PĐĐH : Số lượng PĐ đa hình được nhân lên khi sử dụng mồi đó. TSPĐ: Tổng số PĐ được nhân lên với mồi đó.
Nguyễn Thị Lan 49
Sử dụng phần mềm NTSYS 2.0. xác định hệ số tương đồng di truyền và xây dựng sơ đồ quan hệ chủng loại.
Xác định hệ số PIC
Hệ số PIC là hàm lượng thông tin tính đa hình (Polymorphism Information Content) thể hiện sự đa dạng di truyền của các alen ở từng locus. Hệ số PIC (Polymorphic Information Content) được tính theo công thức sau:
PIC=1- Pi2 trong đó Pi là tần số xuất hiện của alen thứ i
Phương pháp DNASTAR
Sau khi xác định trình tự, kết quả được xử lý trong phần mềm DNAStar, phần mềm này cho các dữ liệu mong muốn về trình tự nucleotid, amino acid, cây di truyền phân loài giúp phân tích, so sánh.
2.2.6. Phƣơng pháp thôi gel
Bằng phương pháp này ta có thể loại bỏ các băng phụ, các tạp chất và nhận được đúng phân đoạn mong muốn, nó sẽ làm tăng hiệu suất gắn sản phẩm PCR vào vector.
Các bƣơc tiến hành :
Điện di sản phẩm PCR-ISSR, nhuộm bằng ethidium bromide. Cắt đúng phân đoạn mình mong muốn, cho vào eppendorf 1,5ml.
Cho 900μl Binding buffer và ủ 550C trong 5’ cho tan hết gel.
Cho 230μl isopropanol, đảo đều để tủa DNA, bổ sung 500μl Binding buffer Ly tâm 13000v/phút, đổ dịch.
Rửa 500μl wash buffer.
Ly tâm 13000v/phút, đổ dịch.
Ly tâm lại 13000v/phút để dịch xuống hết, đổ dịch.
Nguyễn Thị Lan 50
Ly tâm 13000v/phút, thu đoạn DNA mong muốn.
Điện di kiểm tra trên gel Agarose và bảo quản mẫu ở -200C.
2.2.7. Tạo plasmid tách dòng
Sau khi thu được sản phẩm PCR, tiến hành gắn sản phẩm vào vector pJET 1.2. Thành phần của phản ứng gắn sản phẩm PCR vào vector pJET 1.2. được trình bày trong bảng 8:
Bảng 8: Phản ứng gắn sản phẩm PCR vào vector pJET 1.2
Thành phần Thể tích (µl) Buffer 10x 1,5 Biến tính ở 700 C trong 15 phút Blunting E 0,5
Nước khử ion vô trùng 3,75
Sản phẩm PCR 3,0
PjET 1.2. 0,75 Ủ ở 220C trong 2 giờ
T4 ligase 0,5
Tổng thể tích 10,0
2.2.8. Biến nạp sản phẩm vào E.coli DH5α
Để tạo được nhiều bản sao, plasmid tách dòng được biến nạp vào tế bào
E.coli DH5α theo phương pháp sốc nhiệt
Các bƣớc tiến hành:
Lấy tế bào khả biến từ tủ -850C, đặt trên đá 30 phút.
Bổ sung 7,5µl sản phẩm ligation vào ống Eppendporf có chứa 100 µl tế bào khả biến.
Nguyễn Thị Lan 51
Bổ sung 250 µl môi trường LB lỏng, nuôi lắc 200 vòng/phút ở 370
C trong 1 giờ.
Cấy trải trên đĩa petri chứa môi trường LB đặc có bổ sung thêm Ampixilin (tỷ lệ Ampixilin (100mg/ml): LB đặc là 1:1000).
Nuôi khoảng 14 – 16 giờ ở tủ ấm 370C.
2.2.9. Chọn lọc và nuôi dòng tế bào có khả năng mang đoạn gen biến nạp nạp
Sau khi ủ ở 370C khoảng 14 – 16 giờ, các khuẩn lạc màu trắng đục xuất hiện
trên đĩa thạch. Tiến hành chọn lọc những khuẩn lạc to, tròn, màu trắng đục là những dòng có khả năng mang gen mục tiêu.
Mỗi khuẩn lạc sau khi chọn được nuôi trong 1 lọ penicillin có chứa 1,5ml môi trường LB lỏng và 1,5µl Ampixilin (tỉ lệ Ampicillin: LB là 1:1000).
Bọc lọ penicillin bằng giấy bạc, sản phẩm được nuôi lắc trong môi trường
LB lỏng với tốc độ 200 vòng/phút ở 370C trong vòng 16 giờ.
2.2.10. Phƣơng pháp tách chiết DNA plasmid
Vi khuẩn được nuôi và nhân lên đến giai đoạn cuối cùng của pha log. Tế bào được phá vỡ bằng kiềm và chất tẩy mạnh. DNA plasmid được thu lại bằng cách kết tủa với ethanol.
Các bƣớc tiến hành:
Chuyển dịch chứa plasmid trong lọ penicillin vào ống eppendorf 1,5ml. Ly tâm 6500 vòng/phút trong 5 phút để thu tế bào, loại bỏ LB.
Bổ sung 150µl dung dịch Sol I, voltex kỹ để làm tan tế bào. Bổ sung tiếp 150µl dung dịch Sol II, đảo kỹ để phá vỡ tế bào. Thêm 150µl dung dịch Sol III, đảo đều để tủa protein.
Nguyễn Thị Lan 52
Ly tâm 13000 vòng/phút trong 15 phút, loại bỏ protein và genomic DNA bằng cách hút dịch chứa plasmid sang ống eppendorf khác.
Bổ sung 900µl cồn 100%, tủa ở -200C trong vòng 2 giờ.
Ly tâm 13000 vòng/phút trong 20 phút, thu tủa.
Rửa tủa bằng 450µl cồn 70% nhằm loại bỏ muối và tạp chất. Ly tâm 13000 vòng/phút trong vòng 10 phút, thu tủa.
Làm khô DNA bằng máy Speed vac trong khoảng 10 phút.
Bổ sung 40µl H2O–RNAase vô trùng để hòa tan DNA plasmid.
2.2.11. Cắt plasmid bằng enzym giới hạn
Để chắc chắn rằng đoạn gen liên quan đến tính chống chịu đã được gắn vào vector Pjet1.2 hay chưa, tiến hành kiểm tra kết quả gắn bằng enzyme cắt giới hạn. Plasmid tái tổ hợp chứa gene đích, khi cắt bằng enzym hạn chế thích hợp, sẽ biểu thị đoạn gene quan tâm và vector mở vòng với kích thước tương ứng theo lý thuyết. Các enzym này thường được thiết kế ở hai đầu mút của đoạn gen ngoại lai. Thành phần của phản ứng được cụ thể trong bảng 8:
Bảng 8. Phản ứng cắt hạn chế plasmid tái tổ hợp
Thành phần Thể tích (µl)
Nước khử ion vô trùng 4,5
Buffer tango II 2,0
XbaI 0,25
XhoI 0,25
Plasmid 3,0
Tổng thể tích 10,0
Sản phẩm cắt được ủ ở 370C qua đêm, sau đó điện di kiểm tra trên gel
Nguyễn Thị Lan 53
2.2.12. Tinh sạch plasmid
Trước khi tiến hành đọc trình tự, plasmid phải được tinh sạch. Các bước tiến hành tinh sạch gồm:
Hút 40 µl sản phẩm plasmid và 460 µl nước khử ion rồi cho vào ống
eppendorf 1,5ml.
Bổ sung thêm 500 µl cloroform, đảo đều
Ly tâm sản phẩm ở 12000 vòng/phút trong 15 phút.
Sản phẩm sau khi ly tâm phân thành 3 lớp: lớp trên cùng là DNA, lớp giữa là protein và lớp dưới cùng là cloroform. Tiến hành hút dịch DNA và bổ sung vào ống
eppendorf 1,5ml mới có chứa 40 µl CH3COONa và 1ml ethanol 100%.
Tủa ở nhiệt độ -200C trong 2 giờ.
Lấy sản phẩm sau khi tủa đem ly tâm với tốc độ 12000 vòng/phút trong 20 phút.
Đổ dịch và thu sản phẩm plasmid.
Bổ sung 400µl cồn 70%, ly tâm 12000 vòng/phút trong 10 phút.
Bổ sung tiếp 300 µl cồn 70%, ly tâm 12000 vòng/phút trong vòng 10 phút Làm khô.
Hòa tan plasmid sau khi đã tinh sạch bằng 25 µl nước khử ion. Điện di 3 µl sản phẩm plasmid + 1,5 µl loading dye.
2.2.13. Phƣơng pháp xác định trình tự gen
Sản phẩm plasmid mang gen mong muốn sau khi tinh sạch đem đọc trình tự trên máy tự động ABI PRISM 3100- Avant Data Collection v1.0 của Mỹ với cặp mồi M13F và M13R được thiết kế cho vector tách dòng, sau đó được phân tích bằng phần mềm CLUSTALX (1.81) và so sánh với trình tự gen trong ngân hàng gen bằng chương trình BLAST.
Nguyễn Thị Lan 54
2.2.14. Phƣơng pháp thiết kế mồi
Dựa vào trình tự DNA của phân đoạn đặc hiệu có khả năng liên quan khả năng chống chịu nhiệt độ và độ ẩm cao. Dùng phần mềm primer 3 để thiết kế cặp mồi đặc hiệu.
Nguyễn Thị Lan 55
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Phân tích đa hình phân tử
3.1.1. Tách chiết và tinh sạch DNA tổng số
Sau khi tách chiết và tinh sạch DNA tổng số của các giống tằm như đã trình bày trong phương pháp nghiên cứu, chúng tôi tiến hành kiểm tra độ tinh sạch bằng phương pháp điện di và đo quang phổ kế. Kết quả được trình bày trong hình 6 và bảng 9.
Hình 6 cho thấy, DNA tổng số sau khi tách chiết cho các băng gọn đẹp, không bị đứt gãy, tập trung thành một phân đoạn có kích thước khoảng 21,6kb. Mẫu thu được đã sạch RNA và tiếp tục được kiểm tra độ sạch bằng đo quang phổ, kết quả được trình bày trong bảng 10.
Hình 6. Kết quả điện di DNA tổng số của các giống tằm
M: Marker Lambda DNA /EcoRI + HindIII 1-10: Các mẫu giống tằm
21,6kb
Nguyễn Thị Lan 56
Bảng 10. Nồng độ và độ sạch DNA của các mẫu nghiên cứu
STT Tên mẫu Độ sạch DNA (OD260 /OD280) Nồng độ DNA (µg/µl) STT Tên mẫu Độ sạch DNA (OD260 /OD280) Nồng độ DNA (µg/µl) 1 S1 1,91 2,80 21 G3 1,96 2,50 2 S2 1,85 2,75 22 G4 1,87 2,40 3 S3 1,86 2,80 23 M1 1,92 2,20 4 S4 1,89 2,58 24 M2 1,98 2,70 5 S5 1,95 2,68 25 M4 1,86 2,40 6 S6 1,98 2,80 26 M5 1,96 2,35 7 S7 1,89 2,19 27 V5 1,82 2,40 8 S8 1,85 2,52 28 V7 1,98 2,20 9 S9 1,88 2,48 29 V9 1,86 2,50 10 S10 1,86 2,30 30 V11 1,84 2,70 11 I 2,00 2,90 31 THT 1,80 2,8 12 II 1,92 2,50 32 ĐSK 1,83 2,58 13 III 1,86 2,80 33 TM 1,82 2,48 14 IV 1,97 2,54 34 HLS 2,02 2,39 15 C1 1,85 2,56 35 DMS 1,82 2,90 16 C3 1,94 2,50 36 O1 1,81 2,80 17 C5 1,86 2,90 37 O2 1,96 2,7 18 C7 1,84 2,50 38 A1 1,82 2,43 19 G1 1,88 2,20 39 A2 1,94 2,27 20 G2 1,85 2, 39 40 BV12 1,96 2,56
Bảng 9 cho thấy các mẫu DNA có giá trị OD260nm/OD280nm dao động trong
khoảng 1,80 (với mẫu THT) đến 2,02 (với mẫu HLS ). Khoảng dao động này nằm trong giới hạn cho phép về yêu cầu của độ tinh sạch (1,8 – 2,0). Bên cạnh đó, nồng độ DNA nằm trong khoảng 2,19 (µg/µl) tới 2,9 (µg/µl) nên có thể pha loãng trong dung dịch theo nồng độ mong muốn.
Nguyễn Thị Lan 57
3.1.2. Phân tích đa hình phân tử của các giống tằm
Dùng 15 mồi ISSR để phân tích DNA của 30 giống tằm, số liệu được trình bày ở bảng 11, trong đó hai mồi P6 và L11 không khuếch đại được phân đoạn nào, các mồi còn lại đều cho sản phẩm PCR. Chúng tôi đã thu được tổng số 2216 phân đoạn, trung bình 170,46 phân đoạn cho mỗi mồi, trong đó có 1766 phân đoạn đa hình, trung bình 135,85 phân đoạn trên mồi, tỷ lệ đa hình chiếm 79,69%. Hệ số PIC cao nhất đạt 0,8823 ở mồi P1, thấp nhất 0,3132 ở mồi P11, trung bình đạt 0,727. Tỷ lệ đa hình và hệ số PIC cho thấy nguồn gen phân tích có đa dạng cao.
Bảng 11. Số phân đoạn, tỷ lệ đa hình và hệ số PIC
TT Mồi Số PĐ đƣợc khuếch đại Số PĐ đa hình TLĐH (%) PIC
1 P1 156 156 100 0,8823 2 P2 47 47 100 0,7122 3 P3 120 90 75 0,7711 4 P4 150 120 80 0,8096 5 P5 10 0 0 0 6 P6 0 0 0 0 7 P7 254 254 100 0,8445 8 P8 214 184 85,98 0,7068 9 P9 246 246 100 0,7744 10 P10 201 171 85,07 0,5794 11 P11 269 59 21,93 0,3132 12 P12 216 156 72,22 0,6490 13 T1 123 93 75,61 0,8421 14 L11 0 0 0 0 15 L13 210 180 85,71 0,7277 Tổng số 2216 1766 79,69 0,7177
Nguyễn Thị Lan 58
Số lượng các phân đoạn DNA được nhân bản với các mồi đa hình dao động từ 47 ở mồi P2 đến 269 ở mồi P11, số phân đoạn đa hình khuếch đại nhiều nhất là 269 ở mồi P11 và ít nhất là 47 ở mồi P2, mồi P5 chỉ cho 1 phân đoạn và chỉ khuếch đại ở 10 giống tằm đa hệ (hình 7). Mồi P1, P2, P7, P9 tỷ lệ đa hình cao nhất đạt 100% (hình 9). Mồi P11 có tỷ lệ đa hình thấp nhất là 21,93% (hình 10) Tỷ lệ đa hình không tỷ lệ thuận với số phân đoạn được nhân.
Hình 7. Ảnh điện di sản phẩm PCR
1-10: Các giống đa hệ S1-S10 với mồi P5 M: Marker 1kb của Fermentas M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1500bp
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 M 11121314 15 16 17 18 19 20
Hình 8. Ảnh điện di sản phẩm PCR
1-10: Các giống đa hệ S1-S10 với mồi P4 11-20: Giống đa hệ S1-S10 với mồi P3
M: Marker 1kb của Fermentas
Hình 9. Ảnh điện di sản phẩm PCR
1- 20: Các giống lưỡng hệ với mồi P1 M: Marker 1kb của Fermentas
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10M11121314 1516 17181920
Hình 10. Ảnh điện di sản phẩm PCR
1- 20: Các giống lưỡng hệ với mồi P11 M: Marker 1kb của Fermentas
Nguyễn Thị Lan 59
3.1.3. Phân tích quan hệ di truyền giữa các giống tằm
Từ các kết quả thu được, hệ số tương đồng di truyền (HSTĐDT) giữa các giống tằm nghiên cứu được xác định bằng sử dụng phần mềm NTSYS_PC version 2.02 và được trình bày ở bảng 12. Hệ số này có giá trị càng cao, mối tương quan di