Xây dựng cơ sở dữ liệu STR 22 locus ở quần thể người Mông Hà Giang

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Trần Huyền Linh XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VỀ TẦN SỐ ALLELE 22 LOCUS ĐA HÌNH STR TRÊN NHIỄM SẮC THỂ THƯỜNG Ở QUẦN THỂ NGƯỜI MÔNG TẠI HÀ GIANG, VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội - 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Trần Huyền Linh XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VỀ TẦN SỐ ALLELE 22 LOCUS ĐA HÌNH STR TRÊN NHIỄM SẮC THỂ THƯỜNG Ở QUẦN THỂ NGƯỜI MÔNG TẠI HÀ GIANG, VIỆT NAM Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: BIO2018 LUẬN VĂN THẠC SĨ Công nghệ sinh học NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. Chu Hoàng Hà Hà Nội - 2020 luan an Lời cam đoan Tôi xin cam đoan những nội dung viết trong luận văn là do sự tìm tòi, học hỏi và nghiên cứu của bản thân với sự hướng dẫn tận tình của PGS. Chu Hoàng Hà và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác giả khác (nếu có) đều được trích dẫn cụ thể.

Đề tài luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ nào và cũng chưa được công bố trên bất kỳ phương tiện nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về những lời cam đoan trên. Hà Nội, ngày 28 tháng 5 năm 2020 Người cam đoan Trần Huyền Linh luan an Lời cảm ơn Để hoàn thành được Luận văn cao học này, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến PGS. Chu Hoàng Hà đã trực tiếp định hướng, hướng dẫn tôi một cách tận tình và giúp đỡ tôi xây dựng ý tưởng để hoàn thiện luận văn.

Tôi xin cảm ơn tập thể lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học, lãnh đạo và cán bộ Phòng thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Gen – Viện Công nghệ sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện nghiên cứu đề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo cùng các thầy cô giáo Khoa Sinh học, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp, những người đã luôn động viên, tạo điều kiện cho thôi hoàn thành luận văn này. Học viên Trần Huyền Linh luan an Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Chữ viết tắt Nội dung ADN Deoxyribonucleic acid nt nucleotide FTA Tên riêng của một loại giấy thu mẫu máu NST nhiễm sắc thể STR Short tandem repeat PCR Polymerase chain reaction MP Match probability DC Discrimination capacity PE Power of Exclusion PIC Polymorphic information content PI Paternity Index RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism ESS European Standard Set FBI Federal Bureau of Investigation VNTR Variable number of tandem repeat EH Expected Heterozygosity OH Observed Heterozygosity NJ Neighbor Joining SWGDAM Scientific Working Group on DNA Analysis Methods LD Linkage - Disequilibrium luan an Danh mục các bảng Bảng 1.

Thông tin về vị trí và tốc độ đột biến của một số locus thường dùng theo cơ sở dữ liệu STRbase. Thông tin về vị trí và trình tự của một đơn vị lặp của các locus có trong bộ kit PowerPlex Fusion System theo thông tin của nhà sản xuất. Bảng thành phần phản ứng khuếch đại. Số lượng allele mỗi locus.

Bảng tần số allele 22 locus STR trên NST thường của Mông, tại Hà Giang - Việt Nam. Các allele có tần số thấp phát hiện được trong quần thể. Kết quả kiểm định cân bằng HWE bằng phần mềm Arlequin v3. Kết quả tính các chỉ số EH và OH của từng locus.

Bảng ma trận đánh giá linkage disequilibrium của các locus. Các chỉ số MP, PE, DC và PIC của các locus .51 luan an Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Các locus thuộc bộ CODIS của FBI và vị trí trên NST người. Kết quả các băng thu được sau phân giải bằng enzyme giới hạn và lai Southern của một đại gia đình. Kết quả thu được so sánh giữa hai phương pháp sử dụng nhiều locus và các đơn locus dựa trên phương pháp RFLP.

Hình ảnh kết quả điện di mao quản của một số locus sử dựng phương pháp PCR và gắn huỳnh quang trên mỗi locus. Cơ chế sinh đột biến STR do gấp đoạn trong quá trình nhân bản 16 Hình 1. Quá trình xác định kích thước của một allele dựa trên ô thang chuẩn. Sự phân bố các nhánh ngôn ngữ thuộc hệ Mông - Dao tại Việt Nam.

Cây phát sinh chủng loại miêu tả mối quan hệ di truyền gần gũi giữa quần thể người Kinh và một số quần thể khác. Bản đồ hành chính tỉnh Hà Giang. Độ dài và loại dye được sử dụng cho mỗi locus trong bộ kit. Chu trình nhiệt của phản ứng khuếch đại với 28 chu kỳ.

Biểu đồ màu theo giá trị chỉ số MP của từng locus. Biều đồ màu theo giá trị chỉ só PE của từng locus. Biều đồ màu theo giá trị DC của từng locus. Biểu đồ màu theo giá trị của chỉ số PI của các locus.

Hình ảnh giao diện phần mềm STR-VN version 1. Cây phát sinh chủng loại về mối tương quan di truyền giữa người Mông và các quần thể khác .54 luan an 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Tổng quan về đoạn lặp ngắn ngẫu nhiên – STR.

Short tandem repeat – STR. Bộ kit Powerplex Fusion system được sử dụng trong giám định. Cơ sở dữ liệu tần số STR. Di truyền quần thể và dân tộc.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Nguyên vật liệu. Địa điểm thu mẫu.

Thu thập và bảo quản. Phương pháp nghiên cứu. Khuếch đại đoạn gen. Tính toán tần số và các chỉ số pháp y.

Xác định mối liên hệ giữa quần thể người Mông tại Hà Giang và các quần thể khác. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả thu mẫu và khuếch đại ADN. Kết quả tính tần số các locus và xác định các allele có tần số thấp.

Kết quả phân tích thống kê. Kiểm định cân bằng Hardy-Weinberg. Gía trị dị hợp tử mong đợi và quan sát được. Kiểm tra tính di truyền liên kết của các locus STR.

Kết quả phân tích các chỉ số pháp y. Chỉ số khả năng trùng hợp ngẫu nhiên - Match probability (MP). Chỉ số khả năng loại trừ - Power of Exclusion. Chỉ số khả năng phân biệt – Discrimination capacity.

Chỉ số đa hình - Polymorphic information content. Chỉ số Parternity index – PI. Các chỉ số pháp y đánh giá tần số các allele của một quần thể 50 3. Kết quả phân tích mối tương quan di truyền với các quần thể khác.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .62 Phụ lục 1: Kết quả khuếch đại các locus STR của mẫu đối chứng dương .62 Phụ lục 2: Kết quả khuếch đại các locus STR của mẫu đối chứng âm63 Phụ lục 3: Kết quả kiểm định Chi-square các cặp locus về lingkage disequilirium .64 Phụ lục 4: Thông tin các mẫu tham gia đề tài .85 luan an 3 MỞ ĐẦU Short tandem repeat - STR là các đoạn trình tự ngắn, được cấu thành bằng sự lặp lại của khoảng 2 – 7 nucleotide. Trong hệ gen của người, các STR nằm rải rác khắp nơi, chúng nằm trong vùng không mã hóa, giữa các gen và chiếm khoảng 3% hệ gen người. Do vị trí đặc thù của STR, chúng có độ đa dạng cao về độ dài và trình tự lặp lại mà không ảnh hưởng đến hoạt động sống của con người. STR có tính bảo thủ cao, được truyền từ bố mẹ sang con cái, vì vậy mà các STR khác nhau giữa các cá thể khác nhau không có quan hệ huyết thống trực hệ.

STR là các chỉ thị phân tử được ứng dụng rộng rãi trong các phân tích khoa học hình sự, cụ thể là công tác xác định danh tính, là công cụ đắc lực trong các vụ án hình sự phức tạp như cưỡng hiếp tập thể hoặc khi các dấu vết còn sót tại hiện trường không đủ cung cấp thông tin cho công tác điều tra [1], [2]. STR cũng được sử dụng trong nghiên cứu di truyền quần thể hay cho mục đích khảo cổ học. Mỗi một quần thể người đều có những đặc trưng sinh học riêng biệt hình thành trong quá trình sống qua nhiều thế hệ, trong đó ở cấp độ ADN, được thể hiện bằng sự phân bố khác nhau về tần suất allele trong mỗi nhóm dân tộc [3]. Việc thu thập dữ liệu STR các dân tộc sinh sống tại Việt Nam đã và đang được triển khai rộng khắp kể từ những năm 2000.

Ngoài ứng dụng trong phân tích gen hình sự, các kết quả khảo sát còn được sử dụng trong nghiên cứu độ đa dạng về mặt nhân chủng học và xây dựng cơ sở dữ liệu về tần số phân bố allele trong quần thể người Việt Nam [4]–[6]. Tuy nhiên, việc thu thập dữ liệu nhiều dân tộc thiểu số vùng cao còn gặp nhiều khó khăn do địa bàn cư trú cách biệt và dân số thấp. Không chỉ vậy, Việt Nam cũng nằm trong vùng địa lý có lịch sử nhân chủng học rất phức tạp, đang còn nhiều tranh cãi về nguồn gốc, con đường hình thành các chủng người hiện đại đang sinh sống đó là khu vực Đông Nam Á [7]–[10]. Do đó nghiên cứu về các quần thể người sinh sống tại Việt Nam nói chung, về người Mông nói riêng còn rất hạn chế và chưa có một nghiên cứu chính thức nào được tiến hành.

Thực trạng đặt ra yêu cầu cấp thiết là phải xây dựng bộ cơ sở dữ liệu STR cho nhóm dân tộc Mông sinh sống tại Việt Nam nhằm lưu trữ và phục vụ cho truy xuất nguồn gốc, xác định danh tính trong công tác giám định pháp y, luan an 4 cũng như cho công tác nghiên cứu di truyền học, nhân chủng học và bảo tồn tại Việt Nam.