Luận văn thạc sĩ Sinh học Hoàng Đăng Hiếu
Một số phương pháp sử dụng trong việc định danh loài và xác định quan hệ di truyền
tải về 477.37 Kb.
|
- Điều hướng trang này:
- 1.3. DNA barcode - quan điểm mới trong phân loại
- 1.3.2. Các đặc điểm cơ bản của trình tự barcode
1.2. Một số phương pháp sử dụng trong việc định danh loài và xác định quan hệ di truyềnCó nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau trong phân loại và xác định loài ở động, thực vật và hầu hết các phương pháp này đều dựa trên nguyên tắc như những loài có chung nguồn gốc, có những tính chất giống nhau, càng gần nhau thì tính chất giống nhau càng nhiều. Sự giống nhau có thể về đặc điểm hình thái, giải phẫu, sinh lý sinh hoá, phôi sinh học. Đối với thực vật, đặc điểm hình thái học của các loài thực vật qua nhận biết hình thái lá, hoa, quả, cách thức phân cành…có ưu điểm dễ quan sát trực tiếp bằng trực quan nhưng chỉ dựa vào thống kê phân tích một hoặc nhiều tính trạng được thể hiện ra bên ngoài nên hiệu quả thấp. Điều này thật sự gặp nhiều khó khăn khi các mẫu vật cần giám định không còn nguyên vẹn, mất hình thái bên ngoài. Do vậy, việc định danh dựa trên quan sát hình thái và kinh nghiệm dân gian sẽ được hỗ trợ chính xác hơn nếu sử dụng các kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại. Các phương pháp phân loại học phân tử và xác định loài là hướng nghiên cứu được phát triển mạnh trên thế giới hiện nay, được xây dựng dựa trên việc nhận biết thành phần và cấu trúc của các gen đặc hữu của các taxon sinh vật. Hiện nay, các kỹ thuật dựa trên phân tích DNA là phương pháp có hiệu quả cao trong việc định loại và giám định loài. Phân loại học phân tử có thể dựa trên sự nghiên cứu các gen trong hệ gen nhân, hệ gen của các bào quan như ti thể, lục lạp hoặc các sản phẩm của gen như protein, enzyme. Mỗi loại gen, sản phẩm của gen lại phù hợp với từng đối tượng và mục đích nghiên cứu khác nhau. Do đó, việc lựa chọn gen nào, loại protein nào có ý nghĩa lớn đối với sự thành công của mỗi hướng nghiên cứu. Các kỹ thuật thường được sử dụng bao gồm: kỹ thuật isozym (đồng enzyme), các kỹ thuật phân tích so sánh trình tự nucleotide các đoạn DNA như phương pháp đa hình chiều dài các đoạn cắt giới hạn (Restriction Fragment Length Polymorphism - RFLP), các kỹ thuật trên cơ sở phản ứng PCR như SSR (Simple Sequence Repeats), đa hình các đoạn DNA nhân bản ngẫu nhiên - RAPD ( Random Amplified Polymorphic DNA) [17], [24], đa hình chiều dài các đoạn DNA nhân bản - AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism), phân tích trình tự DNA … [7], [8] đã giúp giải quyết các mối nghi ngờ về vị trí phân loại, đánh giá đầy đủ về tính đa dạng di truyền, quan hệ chủng loại và tiến hoá của nhiều loài động, thực vật và vi sinh vật. Thêm vào đó các kỹ thuật này cũng được sử dụng như những chỉ thị phân tử để xác định những gen kiểm soát hoặc có liên quan đến tính trạng nào đó của các cá thể, loài hay các nhóm loài. Gần đây, việc sử dụng các DNA mã vạch (DNA barcode) để định danh loài đang được các nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cứu và có những đóng góp đáng kể trong việc phân loại loài. Để nhận dạng gen hay đánh giá mức độ tiến hoá loài thì các nhóm gen chính thường được sử dụng là gen ribosome rRNA, gen ty thể, và gen lục lạp (thực vật) trong đó gen rRNA 18S, 5S và 16S hay được dùng để đánh giá mối quan hệ tiến hoá giữa các sinh vật. So với chỉ thị hình thái và chỉ thị hoá học, chỉ thị DNA cho độ chính xác cao hơn mà không lệ thuộc vào bất cứ yếu tố khách quan nào. 1.3. DNA barcode - quan điểm mới trong phân loại1.3.1. Giới thiệu DNA barcodeKỹ thuật DNA barcode (DNA mã vạch) là một tên mới cho một khái niệm cũ. Thuật ngữ “ DNA mã vạch ” lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1993 (Arnon, 1993), trong một bài báo mà không nhận được sự chú ý nhiều từ cộng đồng khoa học, và gần đây thuật ngữ này được sử dụng lại trong nhiều nghiên cứu. Về cơ bản, kỹ thuật này dựa vào việc sử dụng một khu vực DNA (400-800 bp) như là một tiêu chuẩn để nhận dạng các loài một cách nhanh chóng và chính xác. Kỹ thuật DNA mã vạch giúp các nhà phân loại học trong công tác phân loại và xác định loài, Nâng cao năng lực kiểm soát, hiểu biết và tận dụng sự đa dạng sinh học. Ngoài ra, kỹ thuật này có triển vọng nghiên cứu và ứng dụng trong khoa học cuộc sống, trong khoa học pháp y, y tế, nghiên cứu y dược, sản xuất và kiểm soát chất lượng thực phẩm. Phương pháp này vô cùng có ý nghĩa trong các trường hợp các mẫu vật sinh học cần giám định loài đã được qua xử lý, chế biến như các dạng chế phẩm thuốc hay thực phẩm đã qua chế biến… Trên thực tế, DNA barcode bắt đầu có tầm ảnh hưởng từ nghiên cứu của Hebert và cs (2002), kết quả của nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng các cá thể từ bộ sưu tập của 200 loài có quan hệ gần gũi với nhau thuộc bộ cánh vảy có thể xác định với độ chính xác 100% bằng cách sử dụng gen ty thể cytochrome c oxidase tiểu đơn vị I (COI) [36]. Sau đó nhiều nghiên cứu về định danh loài bằng chỉ thị DNA đã thành công trên động vật như chim, cá, ốc tiền, nhện và một số loài côn trùng thuộc bộ Cánh cứng. Gần đây, hệ thống chỉ thị DNA đang được thiết lập cho các nhóm sinh vật khác như thực vật, tảo, nấm, sinh vật nguyên sinh và vi khuẩn đã thu được hiệu quả đáng kể. Để thúc đẩy việc sử dụng DNA barcode cho tất cả sinh vật nhân chuẩn sống trên hành tinh này, CBOL (Consortium for the Barcode of Life ) đã được thành lập vào tháng 5 năm 2004, gồm hơn 120 tổ chức từ 45 quốc gia. Với mục tiêu ban đầu là xây dựng một thư viện trực tuyến trình tự barcode cho tất cả các loài chưa được biết đến, có thể làm tiêu chuẩn phân loại cho bất kỳ mẫu DNA nào. Với sự hỗ trợ của CBOL, DNA barcode ngày càng phát triển và trở thành một phương pháp phân loại và định danh loài mới. Trong bối cảnh của nền kinh tế phát triển nhanh và hậu quả tác động đến động vật, thực vật của các quốc gia khác nhau, sự xác định loài sử dụng phương pháp nhanh là cần thiết để đánh giá đa dạng sinh học của các khu vực này nhằm bảo vệ các loài đặc hữu quý hiếm và nguy cấp. Tuy nhiên cần lưu ý rằng DNA barcode không thể thay thế phân loại nhưng nó là công cụ hữu ích để tạo ra thông tin về đơn vị phân loại chưa biết. Hiện nay, trên thế giới, kỹ thuật này đang được sử dụng chủ yếu bởi các nhà phân loại học và nhiều nhà khoa học ở các lĩnh vực khác như khảo cổ học, công nghiệp sinh học và chế biến thực phẩm…. 1.3.2. Các đặc điểm cơ bản của trình tự barcodeĐặc điểm quan trọng nhất của DNA barcode là phải phổ biến và đặc hiệu trong các biến dị và dễ dàng sử dụng. Điều này có nghĩa là các đoạn gen được sử dụng như một barcode nên thích hợp cho nhiều đơn vị phân loại, có sự biến đổi giữa các loài nhưng ổn định và bảo thủ cao bên trong loài hoặc biến đổi không đáng kể. Do đó, DNA barcode lý tưởng là một đoạn DNA có trình tự nucleotide ngắn, bắt cặp được với cặp mồi được thiết kế đặc hiệu để dễ dàng khuếch đại bằng PCR. Với động vật, hệ gen ty thể với các đặc tính di truyền theo dòng mẹ, tốc độ đột biến cao chủ yếu là các đột biến thay thế trong vùng mã hoá, vùng điều khiển và không tái tổ hợp được coi là một công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu tìm ra nguồn gốc các loài. Thêm vào đó, DNA ty thể có số lượng bản sao lớn trong tế bào và bền vững trong thời gian rất dài, hàng nghìn năm trong khi đó DNA nhân chỉ có một bản sao và nhanh chóng bị phân huỷ ra ngoài môi trường. Do vậy phần lớn các nghiên cứu sử dụng một vùng DNA ngắn của gen ty thể mã hóa cytochrome c oxidase subunit I (COI) làm chỉ thị DNA. Mặc dù có vài trường hợp ngoại lệ, COI được coi là một chỉ thị DNA điển hình và chung cho các loài động vật [35], [36], [45]. Quá trình tìm kiếm một chỉ thị DNA chung cho các loài thực vật gặp nhiều khó khăn. Ở thực vật hệ gen lục lạp mang nhiều đặc điểm thích hợp đối với chỉ thị DNA và hệ gen nhân, vùng DNA nằm giữa các gen hay còn gọi ITS (Internal Transcribed Spacer) thường được sử dụng làm DNA chỉ thị trong một số nghiên cứu [12], [26], [32]. Trong vòng 5 năm qua, nhiều vùng gen đã được nghiên cứu và đề xuất là chỉ thị DNA cho thực vật [14], [19], [29]. Tuy nhiên chưa có chỉ thị DNA nào được đa phần các nhà phân loại học thực vật hoàn toàn chấp nhận [14], [22], [25]. Mặc dù vậy, các nhà nghiên cứu cũng đã đi tới một quan điểm thống nhất là sẽ cần không chỉ một mà nhiều vùng DNA chỉ thị để định danh loài đối với thực vật [14], [29], [19]. Theo Taberlet P. và cs (2007), hệ thống mã vạch DNA lý tưởng phải đáp ứng các yêu cầu sau đây: - Thứ nhất, đoạn DNA chỉ thị phải đủ độ biến thiên để phân biệt giữa các loài nhưng cũng phải không khác nhau quá mức giữa các cá thể trong cùng loài. - Thứ hai, hệ thống định danh bằng DNA phải được chuẩn hóa, với cùng một vùng DNA có thể được sử dụng cho các nhóm phân loại khác nhau. - Thứ ba, đoạn DNA chỉ thị cần chứa đủ thông tin phát sinh loài để có thể dễ dàng định danh loài vào các nhóm phân loại (chi, họ,…). - Thứ tư, có khả năng áp dụng với các mẫu vật thô, với vị trí cặp mồi nhân gen có độ bảo thủ cao, dễ dàng thực hiện phản ứng khuếch đại và đọc trình tự DNA - Đoạn DNA nghiên cứu nên có kích thước ngắn để quá trình nhân bản DNA không bị sai lệch. Thông thường, đoạn DNA nghiên cứu có kích thước 150 bp trở lại, nếu dài hơn sẽ dễ bị sai lầm trong quá trình nhân bản DNA.
Каталог: files -> ChuaChuyenDoi ChuaChuyenDoi -> ĐẠi học quốc gia hà NỘi trưỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Thị Hương XÂy dựng quy trình quản lý CÁc công trìNH ChuaChuyenDoi -> TS. NguyÔn Lai Thµnh ChuaChuyenDoi -> Luận văn Cao học Người hướng dẫn: ts. Nguyễn Thị Hồng Vân ChuaChuyenDoi -> 1 Một số vấn đề cơ bản về đất đai và sử dụng đất 05 1 Đất đai 05 ChuaChuyenDoi -> Lê Thị Phương XÂy dựng cơ SỞ DỮ liệu sinh học phân tử trong nhận dạng các loàI ĐỘng vật hoang dã phục vụ thực thi pháp luật và nghiên cứU ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Hà Linh ChuaChuyenDoi -> ĐÁnh giá Đa dạng di truyền một số MẪu giống lúa thu thập tại làO ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN ChuaChuyenDoi -> TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên nguyễn Văn Cường tải về 477.37 Kb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
|