Thu thập nguồn gene và tổ chức dữ liệu gene 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
  


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP



THU THẬP VÀ TỔ CHỨC DỮ LIỆU GENE
PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU CÂY TRỒNG
BIẾN ĐỔI DI TRUYỀN






NGÀNH HỌC: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
NIÊN KHÓA: 2001-2005
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
NGUYỄN KỲ TRUNG 01125137
LÊ THÀNH TRUNG 01126165



Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 9/2005

ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
  





THU THẬP VÀ TỔ CHỨC DỮ LIỆU GENE
PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU CÂY TRỒNG
BIẾN ĐỔI DI TRUYỀN






Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện:
PGS.TS. BÙI THỌ THANH NGUYỄN KỲ TRUNG
TS. BÙI MINH TRÍ LÊ THÀNH TRUNG
TS. NGUYỄN CÔNG VŨ






Thành phố Hồ Chí Minh

Tháng 9/2005


iii

LỜI CẢM ƠN

Chúng em chân thành cảm ơn:
- Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh.
- Ban Giám đốc Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Trƣờng Đại học Nông Lâm thành
phố Hồ Chí Minh.
- Ban chủ nhiệm Bộ Môn Công nghệ Sinh học cùng toàn thể Quý Thầy Cô đã truyền
đạt kiến thức cho chúng em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng.
Chúng em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến:
- TS. Bùi Minh Trí
- PGS.TS. Bùi Thọ Thanh
- TS. Nguyễn Công Vũ
Đã tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Chúng em đồng chân thành cảm ơn đến:
- Thầy Lƣu Phúc Lợi
- TS. Đinh Duy Kháng
- Các bạn sinh viên Khoa Công nghệ Thông tin đang làm việc trong nhóm
Bioinformatics Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh
- Các anh chị đang làm việc tại Trung tâm Phân tích Hóa sinh
- Các bạn trong lớp CNSH27
Đã hết giúp đỡ, hỗ trợ, động viên, chia sẽ những buồn vui trong suốt thời gian
chúng tôi thực tập và thực hiện đề tài này.
Tp. Hồ Chí Minh tháng 09 năm 2005
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Kỳ Trung
Lê Thành Trung


iv

TÓM TẮT

Tên đề tài: THU THẬP VÀ TỔ CHỨC DỮ LIỆU GENE PHỤC VỤ
NGHIÊN CỨU CÂY TRỒNG BIẾN ĐỔI DI TRUYỀN, do hai sinh viên:
NGUYỄN KỲ TRUNG và LÊ THÀNH TRUNG thực hiện tháng 9/2005.
Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS. BÙI THỌ THANH
TS. BÙI MINH TRÍ
TS. NGUYỄN CÔNG VŨ
Đề tài thực hiện nhằm mục đích tập hợp, tổ chức dữ liệu gene phục vụ cho nghiên
cứu cây trồng biến đổi di truyền. Công việc đƣợc tiến hành tại Trung Tâm Phân Tích
Hóa Sinh (Đại học Nông Lâm TP.HCM), Phòng thực hành mạng (Khoa Công Nghệ
Thông Tin, Đại học Nông Lâm TP.HCM).
Công việc đƣợc tiến hành chia ra nhiều giai đoạn:
 Khai thác thông tin ấn phẩm bài báo về cây trồng biến đổi di truyền trên
kho dữ liệu khổng lồ trên internet bằng hai công cụ tìm kiếm trang web Google
và Scirus.
 Khai thác thông tin trình tự trên GenBank tại NCBI bằng hai công cụ
Entrez và BLAST.
 Tổ chức thông tin dữ liệu với ngôn ngữ Perl.
 Xử lý dữ liệu, tạo giao diện sử dụng khai thác dữ liệu cho ngƣời dùng
với Biojava, công nghệ Java servlet và công cụ thiết kế web Frontpage,
Dreamweaver.
Kết quả tạo ra qui trình tìm trình tự gene mong muốn trên cơ sở dữ liệu trình tự
chung GenBank và tạo đƣợc cơ sở dữ liệu riêng về các gene liên quan đến cây trồng

biến đổi di truyền phục vụ khai thác dễ dàng thuận lợi cho các nhà nghiên cứu trong
lĩnh vực này.



v

SUMMARY
“COLECTING AND ORGANIZING GENE DATA SERVES GENETIC
MODIFIED PLANT RESEARCHES” by TRUNG NGUYEN KY and TRUNG
LE THANH in 9/2005.
Supervisors: Assoc. prof. PhD. THANH BUI THO
PhD. TRI BUI MINH
PhD. VU NGUYEN CONG
The purpose of this research is to collect, orgarnize gene data to surve research in
genetic modified plant. The research was carried out at the Chemical and Biological
Analysis and Experiment Center and the practical network department (in the
Information Facuty at Nong Lam University).
The process was devided in various phases as following:
Accessing articles about GM plants on the internet with two web search
engines Google and Scirus.
Accessing comparing and selecting sequences of interest from the
GenBank at NCBI with Entrez and BLAST tools.
Organizing data with Perl language.
Processing data, designing user interfaces with Biojava, Java Servlet
technology in combination with Frontpage and Dreamweaver.
The establishing database allows researchers in the related fields easily to access
and satisfied with basic requirement in genetic research.

vi

MỤC LỤC

Nội dung Trang
Trang tựa ............................................................................................................................ ii
Lời cảm ơn ......................................................................................................................... iii
Tóm tắt ............................................................................................................................... iv
Sumary ................................................................................................................................ v
Mục lục .............................................................................................................................. vi
Danh sách các chữ viết tắt .................................................................................................. x
Danh sách các sơ đồ và bảng .............................................................................................. xi
Danh sách các hình ........................................................................................................... xii
PHẦN A: GIỚI THIỆU ................................................................................................... 1
I. Đặt vấn đề ................................................................................................................. 1
II. Mục đích của đề tài .................................................................................................. 2
III. Yêu cầu của đề tài .................................................................................................... 2
IV. Các giai đoạn tiến hành .............................................................................................. 3
V. Giới hạn .................................................................................................................... 3
PHẦN B: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................... 4
I. GIỚI THIỆU VỀ SINH HỌC .................................................................................... 4
I.1. Cơ sở sinh học về gene ........................................................................................ 4
I.1.1. Thuật ngữ và quan niệm về gene ................................................................ 4
I.1.2. DNA ở các sinh vật khác nhau .................................................................... 5
I.1.2.1. Sự khác nhau giữa các phân tử DNA ................................................. 5
I.1.2.2. Cấu trúc acid nucleic .......................................................................... 6
I.1.3 Mã di truyền ................................................................................................. 8
I.1.3.1. Thuật ngữ ............................................................................................ 8
I.1.3.2. Từ điển mã di truyền ........................................................................... 8

I.1.3.3. Ba đặc tính quan trọng của mã di truyền ............................................ 10
I.1.4 Cấu trúc căn bản của một gene eukaryote .................................................... 12
I.2. Cơ sở sinh học về chuyển gene ............................................................................ 13


vii
I.2.1. Các vấn đề chủ yếu trong việc cải biến di truyền ...................................... 14
I.2.2. Các phƣơng pháp chuyển gene ................................................................... 14
I.2.3. Những khó khăn trong chuyển gene ........................................................... 17
I.2.4. Sản phẩm của kỹ thuật di truyền ................................................................. 18
I.2.5. Tiềm năng của chuyển gene ........................................................................ 19
I.2.5.1. Các chức năng mới trong cải biến di truyền thực vật ......................... 19
I.2.5.2. Các tính trạng mới (News traits)......................................................... 20
I.2.5.3. Sự biểu hiện gene ................................................................................ 21
I.2.6. Locus chuyển gene ...................................................................................... 22
I.3. Hiện trạng sản xuất cây trồng chuyển gene trên thế giới .................................... 24
II. GIỚI THIỆU VỀ BIOINFORMATICS ..................................................................... 28
II.1. Khái niệm về Bioinformatics .............................................................................. 28
II.2. Vài nét về các cơ sở dữ liệu Sinh học ................................................................ 29
II.2.1. NCBI ......................................................................................................... 29
II.2.2. EMBL......................................................................................................... 29
II.2.3. DDBJ .......................................................................................................... 30
II.3. Vài công cụ Bioinformatics hiện nay ................................................................. 31
II.3.1. Readseq ...................................................................................................... 31
II.3.2. BLAST ....................................................................................................... 31
II.3.3. BLAT ......................................................................................................... 32
II.3.4. ClustalW..................................................................................................... 32
II.3.5. HMMER..................................................................................................... 32
II.3.6. MEME/MAST ........................................................................................... 33
II.3.7. EMBOSS .................................................................................................... 33

II.4. Ngôn ngữ dùng trong Bioinformatics................................................................. 34
III. CƠ SỞ TIN HỌC CHO VIỆC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TRÌNH TỰ ........... 35
III.1. Khái niệm về lập trình ....................................................................................... 35
III.2. Ngôn ngữ Perl dùnh trong Bioinformatics ........................................................ 39
III.2.1. Giới thiệu Perl ........................................................................................... 39
III.2.2. Thành phần cơ bản trong Perl ................................................................... 39
III.3. Công nghệ Java ứng dụng trong công việc xử lý dữ liệu Bioinformatics ........ 50
III.3.1. Biojava ...................................................................................................... 50


viii
III.3.2. Biojava và CSDL ...................................................................................... 50
III.3.3. Tổng quan về công nghệ servlet cho các ứng dụng trên Web .................. 51
III.3.4. Chức năng cơ bản của servlet ................................................................... 52
III.3.5. Thuận lợi của servlet so với các công nghệ thiết kế web khác ................ 53
III.3.6. Sự xây dựng ứng dụng servlet .................................................................. 55
PHẦN C: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH ................................ 57
I. PHƢƠNG TIỆN ........................................................................................................ 57
I.1. Thiết bị ................................................................................................................. 57
I.2. Thời gian và địa điểm xây dựng CSDL ............................................................... 57
II. TÌM KIẾM DỮ LIỆU BÀI BÁO .............................................................................. 58
II.1. Tìm kiếm tổng hợp tính trạng ............................................................................. 58
II.2. Tổng hợp dữ liệu Primer dùng trong phát hiện GMO ........................................ 64
III. TÌM KIẾM DỮ LIỆU TRÌNH TỰ ............................................................................ 66
III.1. Tìm kiếm trình tự bằng Keyword ...................................................................... 66
III.2. Tìm kiếm trình tự bằng Primer .......................................................................... 70
PHẦN D: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................................... 82
I. Kết quả thu đƣợc từ quá trình tìm kiếm ấn phẩm khoa học ...................................... 82
II. Kết quả thu đƣợc từ quá trình tìm kiếm trình tự trên NCBI ...................................... 82
II.1. Kết quả tìm kiếm trình tự bằng keyword ............................................................ 83

II.2. Kết quả tìm kiếm trình tự bằng Primer ............................................................... 84
II.3. Dùng Perl xử lý kết quả thu đƣợc ....................................................................... 85
II.3.1. Loại bỏ trùng lắp dữ liệu, tổng hợp danh sách tổng hợp ........................... 85
II.3.2. Tải trình tự ................................................................................................. 90
III. Các kết quả thu đƣợc từ quá trình tải trình tự từ Genbank ........................................ 92
IV. Tổ chức dữ liệu .......................................................................................................... 93
IV.1. Cách thức tổ chức dữ liệu ................................................................................. 93
IV.2. Tiến hành tổ chức, phân loại dữ liệu ................................................................. 94
V. Java xử lý dữ liệu ....................................................................................................... 98
V.1. Các yêu cầu đặt ra .............................................................................................. 98
V.2. Xử lý yêu cầu bằng Java và Biojava .................................................................. 99
V.3. Thiết kế giao diện ............................................................................................... 101
V.4. Lập trình hiển thị giao diện sử dụng .................................................................. 104