Tiểu luận môn Di Truyền CÁC YẾU TỐ DI TRUYỀN ĐỘNG TRONG GENOME đầy đủ nhất

PHÂN HIỆU TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA: NÔNG HỌC
----- -----

TIỂU LUẬN MÔN DI TRUYỀN
CÁC YẾU TỐ DI TRUYỀN ĐỘNG TRONG GENOME
GVHD:
Lớp

:

SVTH :

Đồng Nai 2018


I. Hệ gen (Genome)
1. Khái niệm:
 Genome (hệ gen): chứa toàn bộ vật chất chứa TTDT trong
cơ thể sinh vật được mã hóa trong AND (ở một số virut là
ARN). Mỗi genome chứa tất cả thông tin cần thiết để xây
dựng và duy trì cơ thể đó.

2. Genome của vi khuẩn:
 Kích thước nhỏ, ở dạng vòng khép kín.
 Chỉ chứa các đoạn ADN không lặp lại.
 Các gen trong genome phân bố sát nhau, ít bị gián
đoạn bởi các đoạn ADN không chứa mã di truyền
(intron). Các gen đều tồn tại đơn bản. Trên DNA có
chứa các gen mã hóa cho một protein đặc thù
 Một số chứa thêm dạng ADN khác – plasmid: kích

thước bé hơn, dạng vòng, có khả năng tự nhân bản,
thường chứa một số gen có tính đặc thù cao (gen kháng
kháng sinh, gen chỉ thị màu…).


3. Genome của eukaryote:
 99% genome nằm trong nhân TB. Phần còn lại nằm trong
một số cơ quan tử (ty thể, lạp thể).
 Genome nhân:
 Thường có kích thước lớn (12Mb đến 120.000Mb). Phân bố
trên các NST dạng thẳng. Gồm các thành phần lặp lại và các
thành phần không lặp lại.
 Các loại ADN trong genome:


 Các TT lặp lại nhiều lần: chiếm 10-15% genome. Là những
TT AND ngắn (10-200kb), ko mã hóa, tập trung ở những
vùng chuyên biệt/NST (tâm động, đầu mút NST)
 Các TT lặp lại TB: 25-40%, là những đoạn AND có kt lớn
hơn (100-1000kb). Không mã hóa hoặc mã hóa cho rARN,
tARN, 5SARN
 Các TT duy nhất: là các gen mã hóa cho các Protein, có TT
đặc trưng cho từng gen

• Phần lớn các gen pbố trong thành phần ADN không lặp lại.
Các gen chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với toàn bộ genome
(1-2% genome). Các gen thường phân bố xa nhau và trong
gen chứa nhiều intron.
• Các gen có nhiều bản sao. Các bản sao của một gen được
xếp vào một họ gen. Mỗi gen trong họ thường hoạt động ở

một thời điểm nhất định trong quá trình phát triển cá thể
hay trong mô riêng biệt.


 Kích thước của genome (ở trạng thái đơn bội - C): đặc
trưng cho loài, kích thước của genome không tỷ lệ với mức
độ tiến hóa và tính phức tạp của cơ thể.
 Genome ty thể: dạng mạch vòng kép, chứa các gen mã hóa
cho rARN của ty thể và một số enzyme tgia vào chuỗi hô
hấp. Ngoài ra, ty thể còn chứa các gen mã hóa tRNA, Rbsvà
một số Pr liên quan đến quá trình phiên mã, dịch mã, và vận
chuyển các Pr khác vào ty thể từ TBC.
 Genome lục lạp: chứa DNA ở dạng kép, mạch vòng, chứa
khoảng 200 gen. Các gen mã hoá cho các rARNvà tARN và
các Pr cần cho hoạt động quang hợp.
Kích thước của genome

Số lượng gen trong genome


Loài

Kích thước
Genome (Mb =
10^bp)

(TT mã hóa
Protein(%)

Số lượng

gen

E. Coli

4.6

90

4.288

S. cerevisiae

12

70

5.885

C. elegans

97

25

19.099

Drosophila

180

13

13.600

Human

3000

3

100.000

II. Gen
1. Khái niệm gen:
• Gen là một đoạn ADN mã cho một sản phẩm cần thiết đối
với hoạt động sống của tế bào. Gen -> protein, rARN, tARN
và các loại ARN khác tham gia kiểm soát hoạt động của
genome

2. Cấu trúc gen:
Gồm hai vùng: vùng AND điều khiển, vùng mang mã di truyền
 Vùng DNA điều khiển: nằm trước các đoạn gen mang mã,
bắt đầu từ -1, gồm các vị trí:
o Promoter: nhận biết và liên kết với enzim RNA
polymerase. Promoter thường nằm ngay trước vị trí +1
của gen (vị trí Nu đầu tiên được phiên mã sang ARN).
Ở procaryota: nằm khoảng từ -35 -> -10, ở eucaryota
từ -25 (-30) -> - 75(-90).

o Vị trí hoạt hóa (A) hoặc vị trí ức chế (O): được nhận
biết bởi các Pr điều khiển, chúng có thể liên kết với
AND hoặc ARN pol làm tăng cường hoặc kìm hãm hoạt
động của gen trong sao mã

 Vùng DNA mang mã di truyền: Là đoạn AND được phiên
mã sang mRNA theo chiều 5’ à 3’ trên sợi đang tổng hợp (bd
từ +1). Gồm:
 Vùng 5’ và 3’ không dịch mã: liên quan tính bền vững
của mRNA; tham gia kiểm soát dịch mã..
+TT không dịch mã đầu 5’ (5’UTR): tính từ Nu phiên
mã đầu tiên đến bộ 3 Nu khởi đầu dịch mã (AUG hoặc GUG).
+ TT không dịch mã đầu 3’ (3’ UTR): tính từ một trong
3 codon dừng dịch mã đến hết trình tự kết thúc phiên mã
 Khung đọc mở:
• Phần DNA của gen mã hóa tạo chuỗi polypeptide
• Bắt đầu bằng một codon khởi đầu (AUG hoặc
GUG) và kết thúc bằng một trong 3 mã kết thúc là
UAA/UAG/UGA.
• Mỗi bộ 3 Nu của khung đọc mở tương ứng với
một codon mã hóa cho một aa.


• Đọc từ đầu 5’ -> 3’, đọc theo phân tử mRNA, đọc
từng mã một, đọc không chồng chéo và đọc cho
đến tận mã kết thúc thì dừng lại.

3. Chức năng của gen:
Chức năng của gen thể hiện ở 3 quá trình:
• Tái bản DNA.

• Phiên mã tạo ra mRNA, hoặc rRNA hay tRNA.
• Dịch mã hoặc sinh tổng hợp protein dựa trên khuôn mRNA
xuyên qua ribosome để lắp ráp các amino acid nhờ các tRNA
vận chuyển đến.

III. DNA CÓ TRÌNH TỰ LẶP LẠI TRONG GENOME
1. DNA có trình tự lặp lại liền kề (ADN vệ tinh)
 Là các đoạn DNA có chứa những trình tự DNA được lặp lại
liền nhau hình thành nên các băng vệ tinh khi phân tích DNA
của genome bằng phương pháp ly tâm chênh lệch tỷ trọng.
 Đơn vị lặp lại của các DNA vệ tinh thay đổi từ vài (<5 bp)
đến hàng trăm cặp bazơ (>200 bp). DNA vệ tinh thường tìm
thấy ở tâm động hoặc vùng dị nhiễm sắc trên NST. Chúng
thuộc nhóm các DNA có trình tự lặp lại cao.

2. DNA tiểu vệ tinh (Minisatellite) và vi vệ tinh
(microsatellite)
 DNA tiểu vệ tinh và DNA vi vệ tinh cũng được gọi là các DNA
vệ tinh dù chúng không xuất hiện các băng vệ tinh khi phân
tích tỉ trọng DNA.
 DNA tiểu vệ tinh: là các đoạn DNA có nhiều đơn vị lặp lại
dưới 25 bp, có chiều dài khoảng 20 kb.


 DNA vi vệ tinh (SSR): DNA có đơn vị lặp lại ngắn, thường là
4 bp hoặc ngắn hơn và có chiều dài thường nhỏ hơn 150 bp
-> Ứng dụng: dùng làm chỉ thị di truyền, phát hiện sự đa hình
trong ADN giữa 2 cá thể, xây dựng bản đồ di truyền
 Ví dụ:
 Motif 5’-TTAGGG-3’ được lặp lại hàng trăm lần ở đầu

cuối của NST người là một dạng DNA tiểu vệ tinh điển
hình
 Ở lúa, các dạng SSR là (GA)n, (GT)n, (AT)n, (GGT)n.

3. Trình tự lặp lại phân bố rải rác trong genome
 Là những đoạn ADN có khả năng di động (yếu tố chuyển
vị) giữa các vị trí khác nhau trong một hay nhiều genome.
 Phân loại: 2 nhóm
• Nhóm các yếu tố di chuyển thông qua trung gian ARN
(RNA transposons – retroelement).
• Nhóm các yếu tố di chuyển không qua trung gian ARN
(ADN transposons).

AND có TT lặp lại liền kề

AND có TT lặp lại rải rác


3.1. Nhóm các yếu tố di chuyển thông qua trung gian RNA (RNA
transposons).
 Cơ chế: Retroposon -> ARN -> cADN -> bản sao ADN -> di
chuyển (vào các vị trí khác nhau của genome - trên cùng 1
NST hoặc NST khác)
 Enzyme tham gia: E phiên mã ngược (reverse
transcriptase) (được mã hoá bởi gen nằm ngay trong đoạn
retroposon).
 Kết quả: có hai hoặc nhiều bản sao của retroposon ở các vị
trí khác nhau trong genome
 Gồm: Retrovirus, Retrotransposon, retroeleenzymet (LTRs),
LINEs, SINEs

Retrovirus
 Virus có genome là ARN.
 Khi xâm nhiễm vào TB ký chủ, ARN của virus được sao chép
thành ADN (nhờ enzyme phiên mã ngược - được mã hoá bởi
gen của virus) -> bản sao DNA -> được tổ hợp vào genome
của TB ký chủ -> cùng tái bản với NST ký chủ.
 Các retrovirus nội sinh (ERVs): genome của retrovirus khi
được tổ hợp vào NST của tế bào ký chủ (chủ yếu là động
vật có xương sống), một số trong chúng vần còn hoạt tính
-> có thể tổng hợp nên các virus nội sinh
Các yếu tố lặp lại tận cùng dài (LTRs)
 Là những vùng chứa vài trăm bp lặp lại, nằm ở đầu các
phân tử DNA của retrovirus.


 LTRs có thể có chức năng làm cơ sở để nhiều gen của sinh
vật nhân chuẩn biểu hiện, ví dụ có chức năng kích hoạt,
khởi đầu và nhập poly A vào các mRNA.
 Kích thước phân tử của các LTR từ dưới vài trăm đến 10 kb.
Các yếu tố khác không chứa LTRs (LINEs và SINEs): đặc trưng
ở động vật có vú.
 Các yếu tố chèn, xen dài (LINEs):
• Chứa gen mã hoá cho gag protein và enzyme
polymerase (cn giống enzyme phiên mã ngược) và gen
mã hoá cho endonuclease env (thúc đẩy sự tổ hợp của
các yếu tố chuyển vị ‘retro” vào gen).
• Sự xen đoạn của LINE được lặp đi lặp lại bởi quá trình
tái bản trực tiếp và gắn của DNA mục tiêu.
 Các yếu tố chèn, xen ngắn (SINEs):
• Không có gen mã hoá tạo enzyme phiên mã ngược

nhưng vẫn có khả năng chuyển vị.
• SINE có độ lớn từ 100 đến 300 bp.
• SINE rất phổ biến ở động vật và thực vật
3.2. Nhóm các yếu tố di chuyển không thông qua RNA (DNA
transposons)
Là những đoạn ADN có khả năng di chuyển đôc lập giữa các vị trí
khác nhau trong genome, không phải qua trung gian là ARN
 Cơ chế di chuyển: 2 cơ chế:
– Sự di chuyển có tính tự tái bản (cơ chế sao y bản
chính): Phiên bản của các yếu tố chuyển vị được sao
chép từ vị trí ban đầu và tái tổ hợp vào vị trí mới mục


tiêu. Sau mỗi lần di chuyển thì số lượng bản sao được
tăng lên.
– Sự di chuyển có tính bảo thủ (Cơ chế cắt-dán): các
yếu tố chuyển vị có thể tách ra khỏi vị trí ban đầu và
sau đó là tái tổ hợp lại ở một vị trí mới. Trong trường
hợp này, số lượng của các transposon là không thay
đổi.
3.3. Transposon của Vi khuẩn
a. Các trình tự IS (Insertion Sequences)
 Là các transposon đơn giản nhất của vi khuẩn. Được phát
hiện đầu tiên ở vi khuẩn E.coli do tác động ức chế của nó
đến hoạt động của gen
 Các trình tự IS không mã hóa cho protein (không giữ chức
năng nào trong tế bào)
 Cấu trúc: có kích thước nhỏ (1kb), gồm:
– Một trình tự trung tâm: đặc trưng cho từng loại IS
– Hai đầu mút: mang các trình tự lặp lại ngược chiều

ngắn (15-25bp).

 Cơ chế chuyển vị của IS: tái bản + bảo thủ
– Chúng chèn vào NST ở những vị trí có tính ngẫu nhiên,
gây ra đột biến thông qua hoạt động xáo trộn trình tự


mã di truyền của một gen hay làm xáo trộn vùng điều
hoà hoạt động của gen.
– Khi đoạn IS được ghép vào vị trí bất kỳ trên genome,
đoạn DNA tại đây được nhân đôi ->tạo thành các trình
tự lặp lại cùng chiều (9bp)
-> Dựa vào đoạn lặp lại cùng chiều và ngược chiều à biết vị trí
mà transposon đến hoặc đi.
* Transposon “hỗn hợp”- Tn
 Đoạn DNA có kích thước dài hơn IS.
 Phân bố trên plasmid.
 Có khả năng chèn vào bất kỳ vị trí nào trong genome
 Mang TTDT mã hóa cho Pr kháng kháng sinh.
 Cấu trúc Tn ở hai đầu thường được giới hạn bởi loại IS nào
đó.
 Ví dụ: transposon Tn – 9:
• 2 gen: gen kháng cloramphenicol + gen mã cho Pr cần
thiết cho sự di chuyển.
• Hai đầu của Tn – 9 được giới hạn bởi IS1 (TT nu sx
theo cùng một chiều.
3.4. Transposon ở sinh vật Eukaryote (Cấu trúc Ac và Ds ở ngô)
 Ac:
• Là yếu tố di động.
• Độ dài 4563 bp, được giới hạn hai đầu bởi hai IR có

chiều dài 11 bp, trình tự ngược chiều nhau.


• Mã hoá cho một mRNA có độ dài 3.5 kb, có một đầu 5’
UTR 650 bazơ, và một khung đọc mở dịch mã tạo một
protein có 807 amino acid, enzyme transposase, là
enzyme xúc tác cho quá trình gắn xen của các
transposon.
• Đoạn Ac có chứa 4 intron (a,b,c,d) và chia trình tự đó
thành 5 exon.
 Ds:
• Là yếu tố nhảy có nguồn gốc từ Ac bị đột biến mất
đoạn, có trình tự hai đầu là IR giống hệt Ac.
• Ds thường tương đồng với Ac nhưng ngắn hơn, do đột
biến mất đoạn.
• Ds không có đoạn ORF đầy đủ -> không tạo enzyme
transposase -> không tự di chuyển, nhờ Ac cùng có mặt
trong genome

* Vai trò của Transposon
 Khi di chuyển, các transposon gây ra việc sắp xếp, tổ chức
lại genome của từng cá thể như tạo các đoạn ADN mới hoặc
thay đổi chức năng hoạt động của các đoạn ADN ở vị trí
chúng ghép vào hoặc tách ra. Khi tách ra chúng có thể mang
theo các đoạn ADN phụ cận, gây sự mất đoạn tại vị trí cũ.


Ngược lại khi ghép vào vị trí mới, chúng lại gây ra hiện
tượng thêm đoạn hoặc chuyển đoạn ở vị trí mới.
 Sự trao đổi chéo giữa các transposon tương đồng ở hai vị trí

khác nhau trên một hoặc hai nhiễm sắc thể cũng tạo ra
những biến đổi tương tự.
 Đặc biệt sự thay đổi vị trí của các transposon còn có thể gây
ảnh hưởng đến hoạt động của các gen phân bố xung quanh
ngay khi chúng không làm thay đổi trật tự các nucleotit ở
những gen này

4. TỔ CHỨC HỆ GENOME CỦA NGƯỜI
 Kích thước: dài khoảng 3200Mb, 1/3 DNA trong đó có liên
quan đến gen.
 Trong gen gồm vùng mã hóa và không mã hóa.
 Vùng không mã hóa gồm: Pseudogene, các đoạn trong gen,
các intron và vùng leader.
 Pseudogene (gen giả): giống với một gen đã biết ở locus
khác nhưng không có chức năng do đột biến thêm hoặc mất
một cấu trúc làm mất khả năng phiên hoặc dịch mã gen.
 Phần lớn các DNA còn lại (chiếm 2/3) là trình tự DNA giữa
các gen gồm trình tự lặp lại (420 Mb): liền kề và phân bố
rải rác. Trong trình tự lặp lại liền kề lại bao gồm trình tự
DNA satellite, microsatellite và minisatellite. Còn trình tự
phân bố rải rác bao gồm các LTRs, SINE, LINE và DNA
transposon.
 Trình tự linh tinh khác (miscellaneous) chiếm 25% gồm: SD
(Shine-Dalgano Sequence) là một phần hoặc tất cả trình tự
vùng leader nằm trước codon khởi đầu AUG, trình tự này bổ


sung với đầu 3 của 16S rRNA vì thế là vị trí bọc của
ribosome. Vùng 16S rRNA này theo Shine và Dalgano (1974)
có thể đóng vai trò ghép cặp bazơ trong việc kết thúc và

khởi đầu quá trình tổng hợp protein của mRNA.
 SSR (Simple sequence repeats) trình tự lặp lại đơn giản
nằm rải rắc trong genome.
 Số còn lại 17% DNA genome đến nay vẫn chưa rõ thuộc loại
cấu trúc nào. Mô hình sau đây minh họa tỷ lệ % DNA giữa
các thành phần trong hệ genome nhân của người đã được
phát hiện.