Tiểu luận tin sinh học ứng dụng: Tìm hiểu ngân hàng GENOME đối tượng cây trồng

L/O/G/O
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
******0o0******
BỘ MÔN: TIN SINH HỌC ỨNG DỤNG
GVHD:TS. Nguyễn Đức Bách
Tìm hiểu ngân hàng genome đối
tượng cây trồng
1
Nhóm 6
2
CÁC NỘI DUNG CHÍNH
Ý nghĩa của ngân hàng genome
Tìm hiểu một số ngân hàng genome
của một số cây trồng
I. Ngân hàng genome là gì ?
3
I. NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?
1. Khái niệm genome
Bộ gen hay hệ gen (hay còn gọi là genome) là
tập hợp chứa đựng toàn bộ thông tin di truyền
của một cơ thể sinh vật được mã hóa trong ADN
( ở một số virus có thể là ARN ) bộ gen bao gồm
những vùng chứa gen lẫn những đoạn không
phiên mã. Thuật ngữ genome được winkler giới
thiệu lần đầu tiên vào năm 1953
4
I. NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?

.Độ lớn của hệ gen:

•
Độ lớn của hệ gen được đánh giá bằng hàm lượng
AND chứa trong tế bào thể hiện ở số lượng cặp
nucleotit và chúng rất khác nhau ở các nhóm phân
loại khác nhau .Qua quá trình tiến hóa ,hệ gen của
vsv ở cấp độ tiến hóa cao hơn càng có hàm lượng
AND nhiều hơn .Tất nhiên cấp độ tiến hóa không thể
hiện ở hàm lượng AND trong hệ gen mà thể hiên chủ
yếu ở tổ chức của hệ gen
5
I. NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?

. Đặc tính của hệ gen :
•
Tính đa dạng và phức tạp của hệ gen (genome)
không chỉ thể hiện ở thành phần cấu trúc mà còn
thể hiện ở sự sắp xếp của các gen trong hệ gen,
thể hiện ở chỗ :
- Họ đa gen
- Sự định khu và sắp xếp của các gen
- các đoạn AND lặp
6
I. NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?
2. Khái niệm ngân hàng genome.
•
Ngân hàng bộ gen của một sinh vật là một tập
hợp các trình tự DNA cấu thành bộ gen được
gắn vào Vector, nó chỉ biểu diễn tổng số của
gen. Ngân hàng này được tạo ra từ một bộ sưu
tập DNA tái tổ hợp cả các chuỗi mã hóa lẫn các

chuỗi không mã hóa. Khác với ngân hàng
cDNA, ngân hàng bộ gen có thể được thiết lập
bất kì loại tế bào nào của sinh vật nghiên cứu
7
I. NGÂN HÀNG GENOME LÀ GÌ?
•
Các ngân hàng genome đặc trưng
/>

8
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
A. LÚA
Lúa (Oryza sativa L.) là cây mô hình có đặc điểm
di truyền giúp người ta dễ dàng hiểu được các
loài khác. Việc sử dụng cây mô hình tiết kiệm
thời gian, tiền bạc khi so sánh các dữ liệu thông
tin di truyền giữa các loài mà chúng ta muốn
nghiên cứu
9
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•
Các tính trạng chống chịu sâu bệnh với gen
kháng bền vững, các tính trạng chống chịu
stress phi sinh học như khô hạn, vốn rất phức
tạp khi đánh giá kiểu hình có thể tìm được giải
pháp tốt, khi người ta biết sử dụng thông thạo
kho ngân hàng dữ liệu trình tự các genome
sinh vật của thế giới.

10
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•
Ngân Hàng Gen thế giới đang lưu giữ 572.029
mẫu giống lúa trồng (Oryza sativa)và O.
glaberrima) và khoảng 23.000 mẫu lúa hoang,
tại 6 ngân hàng gen lớn, tất cả nằm ở Châu Á
().
11
Lịch sử nghiên cứu trình tự bộ gene
cây lúa
Năm Nội dung
1985 Xác định nội dung hợp tác trong ISRG 1985
1989-1999 Rockefeller Foundation tài trợ chương trình CNSH cây lúa
1988 Bản đồ di truyền với 135 RFLPs
1994 Bản đồ di truyền với 1385 RFLPs (ĐH Cornell và RGP Nhật)
2002 Bản đồ có 6591 ESTs trên cơ sở YAC contig
2002 Công bố bản thảo về giải mã trình tự genome cây lúa indica
2003 Tạo ra được thư viện cDNA có chiều dài phân tử đầy đủ với
28.000 cDNAs
2004 Hoàn tất việc giải mã trình tự genome cây lúa thông qua công
trình của Nhật, IRRI, Trung Quốc + hai công ty lớn Monsanto và
Syngenta
2008-2012 Dự án OMAP do Rod Wing dẫn đầu đã tiến hành viết lại chi tiết
trình tự (DNA resequencing) trên các loài lúa hoang, để so với
trình tự gốc
12
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG

-
Trình tự của genome cây lúa
•
Với 37544 gen mã hóa protein ( Sakai và ctv.2001).
•
Trình tự DNA chất lượng cao của genome lúa chiếm
95%, với độ lớn phân tử 389MB, phủ trên tất cả các
vai nhiễm và 2 tâm động của 12 nhiễm sắc thể
•
Có 11 gen tự vệ đã được đọc trình tự trong ngân hàng
gen kháng bệnh đạo ôn. Những gen này biểu thị mức
độ lí tưởng về SNP tại vùng upstream với quy mô
1KB ( Leung 2008, Leung và ctv.2001)
13
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•
Hiện có 69.002 loci đã được dự đoán, và
40557 loci chồng lấp trên FL cDNA ( trong đó
có 3892 vùng chồng lấp EST của cây lúa)
•
Cây lúa là một genome có tính chất tham khảo
về chuỗi trình tự di truyền của genome, sự thể
hiện gen, chức năng của mỗi gen, hoạt động có
hệ thống của các gen tương tác với nhau, phân
tích tính trạng cho các genome cây trồng khác
14
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•

Năm 2001, tập đoàn Syngenta công bố việc
hoàn thành đọc chuỗi kí tự genome cây lúa,
với khoảng 50000 gen, trung bình mỗi gen có
khoảng 3000bp
•
Có khoảng 50000 gen được biết, nhưng chức
năng của mỗi gen thay đổi tùy theo giống lúa
sử dụng, bởi vì nền tảng di truyền của mỗi
giống lúa không giống nhau
15
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•
Ngân hàng gen của IRRI hiện bảo quản
111000 mẫu giống là nguồn tài nguyên vô
cùng quý giá cho loài người
•
Việc ứng dụng ngân hàng genome vào cây lúa
giúp giải quyết vấn đề an ninh lương thực.
16
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
B. KHOAI TÂY
•
Khoai tây có một trong những người giàu nhất nguồn tài
nguyên di truyền của bất kỳ cây trồng. Các loài mang củ
Solanum được phân bố rất rộng rãi ở châu Mỹ, từ Tây
Nam Hoa Kỳ đến miền Nam Chile và Argentina và từ
mực nước biển đến vùng cao nguyên của dãy núi
Andes. Nhiều loài hoang dã có thể được vượt qua trực

tiếp với khoai tây thông thường và hơn thế nữa, có một
loạt kháng sâu bệnh, dung sai sương giá và hạn hán và
những đặc điểm khác có giá trị, làm cho chúng trở thành
một nguồn tài nguyên hữu ích cho việc lai tạo giống mới.
17
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•
Tuy nhiên, khoai tây di truyền phức tạp của bộ gen đa
bội và chất lượng quan trọng nhiều và các tính trạng
nông học định lượng được hiểu rõ. Tuy nhiên, một sự
hiểu biết của các thành phần di truyền của nó là một yêu
cầu cơ bản cho việc phát triển các phương pháp chăn
nuôi hiệu quả hơn. Trình tự bộ gen khoai tây sẽ cung
cấp một tăng lớn để đạt được một sự hiểu biết tốt hơn
của khoai tây đặc điểm sinh học, làm cơ sở cho các nỗ
lực gây giống trong tương lai.
18
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•
Bộ gen của khoai tây bao gồm 12 nhiễm sắc thể và có
chiều dài khoảng 840 triệu cặp cơ sở (đơn bội), làm
cho nó một bộ gen thực vật có kích thước trung bình.
•
Một chất lượng cao, cũng chú thích bộ gen chuỗi
khoai tây, kết hợp với các kỹ thuật lập bản đồ được
thành lập và những tiến bộ liên tục trong phân tích
thông lượng cao của transcriptome, proteome và
metabolome lời hứa tăng cường triệt để khả năng của

chúng tôi để xác định các biến thể allen mong muốn
của các gen cơ bản những đặc điểm quan trọng về số
lượng khoai tây.
19
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•
Potato Genome Sequencing Consortium (PGSC) tìm
kiếm để cung cấp một nguồn lực để nghiên cứu khoai
tây và cộng đồng chăn nuôi trong tương lai gần, cho
phép đầy đủ tiềm năng dựa trên công nghệ sinh học cải
thiện cây trồng quan trọng này phải được thực hiện.
•
Khoai tây quốc tế Genome Sequencing Consortium
(PGSC) là một sự hợp tác giữa 16 nhóm nghiên cứu,
Argentina, Brazil, Trung Quốc, Chile, Ấn Độ, Ireland, Hà
Lan, New Zealand, Peru, Ba Lan, Nga, Anh và Hoa
Kỳ. PGSC có cơ sở của nó trong nghiên cứu lâu dài về
di truyền phân tử của khoai tây trong các tổ chức đối tác
khác nhau, từ việc xây dựng các bản đồ liên kết di
truyền trong lưỡng bội và khoai tây tứ bội.
20
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
PGSC được sắp xếp hai loại:
1. RH89-039-16 (RH), dị hợp tử lưỡng bội, khoai tây
nhiều
2. DM1-3 516R44 (DM), một monoploid tăng gấp đôi.
21
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY

TRỒNG
1. RH89-039-16
•.
PGSC ban đầu bắt đầu với trình tự RH. Điều này một
phần của dự án được xây dựng trên một nhiễm sắc
thể lưỡng bội gen khoai tây nhân tạo do vi khuẩn
(BAC) bản sao của thư viện của 78.000 dòng vô tính,
đã được lấy dấu vân tay và sắp thành hàng trong ~
7000 contigs bản đồ vật lý. Ngoài ra, BAC-kết thúc đã
được giải trình tự và công bố công khai. Khoảng
30.000 BACS neo vào bản đồ Ultra High di truyền Mật
độ khoai tây, bao gồm 10.000 độc đáo AFLP TM đánh
dấu.
22
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ CÂY
TRỒNG
•
Từ bản đồ di truyền vật lý tích hợp, giữa 50 150 BACS
hạt giống đã hiện được xác định cho mỗi nhiễm sắc
thể. Huỳnh quang trong các thí nghiệm lai tại chổ trên
lựa chọn nhân bản BAC xác nhận các điểm neo. Các
dòng vô tính hạt giống cung cấp điểm khởi đầu cho một
chiến lược trình tự BAC-by-BAC. Chiến lược này đã
được bổ sung bằng các phương pháp tiếp cận toàn bộ
trình tự hệ gen shotgun bằng cách sử dụng cả 454 GS
FLX và Illumina GA2 cụ. Lắp ráp và chú thích của dữ
liệu trình tự sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng các
công cụ công bố công khai và tailor-made. Sự sẵn có
của các dữ liệu được chú thích sẽ giúp để mô tả bộ sưu
tập giống cây dựa vào sự khác biệt allen và hỗ trợ các

nhà nhân giống khoai tây để khai thác tiềm năng di
truyền của khoai tây.
23
II. NGÂN HÀNG GENOME CỦA MỘT SỐ
CÂY TRỒNG
2. DM1-3 516R44
Trình tự của DM được bắt đầu bởi vì sự tiến bộ tổng
thể trong lĩnh vực SKSS là chậm. Dị hợp tử RH đã
hạn chế sự tiến bộ của bản đồ vật lý và sẽ làm phức
tạp lắp ráp trình tự bộ gen. Toàn bộ shotgun trình tự
của các DM1-3 516R44 (CIP801092), monoploid khoai
tây tăng gấp đôi bản sao, dự kiến sẽ loại bỏ sự phức ​​
tạp trong lắp ráp.
24
III. Ý nghĩa của ngân hàng genome.
•
Lưu trữ các trình tự genome của các sinh vật,
mô tả, giải thích, phân tích và cho truy cập
miễn phí.
•
Lưu trữ genome của một hoặc nhiều loài
25