Luận án tiến sĩ xác định và phân tích hoàn chỉnh trình tự hệ gen ty thê

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Bùi Anh Tuấn XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH HOÀN CHỈNH TRÌNH TỰ HỆ GEN TY THỂ CỦA 6 GIỐNG LỢN BẢN ĐỊA TẠI MỘT SỐ TỈNH MIỀN BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội - Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Bùi Anh Tuấn XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH HOÀN CHỈNH TRÌNH TỰ HỆ GEN TY THỂ CỦA 6 GIỐNG LỢN BẢN ĐỊA TẠI MỘT SỐ TỈNH MIỀN BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã sỗ: 94 20 20 1 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nghiêm Ngọc Minh 2. Võ Thị Bích Thủy Hà Nội - Năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình do chính tôi thực hiện và một số kết quả cùng cộng tác với các đồng nghiệp khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả.

Phần nội dung còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Bùi Anh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. Nghiêm Ngọc Minh - Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu hệ gen - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - Người thầy đã gieo mầm, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi tháo gỡ những khó khăn trong suốt quá trình nghiên cứu và làm luận án. Tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.

Võ Thị Bích Thủy - Viện Nghiên cứu hệ gen - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam - Người thầy đã sát sao dìu dắt, truyền lại cho tôi phương pháp mới về nghiên cứu phân tích trình tự hệ gen ty thể cũng như niềm say mê nghiên cứu về Hệ gen học. Trong suốt quá trình thực hiện Đề tài nghiên cứu, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình về chuyên môn của các nhà khoa học, các cán bộ nghiên cứu công tác tại Viện Nghiên cứu hệ gen - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Bằng những tình cảm chân thành nhất, tôi xin trân trọng cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc, tập thể cán bộ Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Lãnh đạo Khoa Công nghệ sinh học và các phòng ban nghiệp vụ trong Học viện đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và tham gia nghiên cứu đề tài luận án.

Nhân đây, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới lãnh đạo Viện Khoa học hình sự - Bộ Công an; lãnh đạo, đồng nghiệp tại Trung tâm Giám định Sinh học - Viện Khoa học hình sự đã hết sức tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong công việc học tập và tham gia nghiên cứu để hoàn thành luận án này. Tôi xin gửi lời cám ơn thân ái tới gia đình, những người thân và bạn bè đã luôn bên cạnh, yêu thương, khích lệ và ủng hộ tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Bùi Anh Tuấn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIỆT TẮT.

v DANH MỤC CÁC BẢNG. vi DANH MỤC CÁC HÌNH .vii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Nguồn gốc, phân loại và quá trình thuần hóa lợn nhà.

Quá trình thuần hóa. Đặc điểm và một số ứng dụng của hệ gen ty thể. Đặc điểm cấu trúc hệ gen ty thể ở động vật có vú. Một số ứng dụng của hệ gen ty thể.

Phát sinh chủng loại phân tử, xây dựng và phân tích cây phát sinh chủng loại phân tử. Cây phát sinh chủng loại. Phân tích phát sinh chủng loại. Tình hình nghiên cứu sử dụng mtDNA trên các giống lợn.

Nghiên cứu các giống lợn trên thế giới. Nghiên cứu giống lợn Việt Nam. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu.

Hóa chất và thiết bị. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp tách chiết DNA tổng số. Khuếch đại mtDNA.

Xác định trình tự hệ gen ty thể. Nhóm phương pháp lắp ráp, dóng hàng trình tự, dự đoán và chú giải hệ gen. Phân tích trình tự và phương pháp xác định mức độ tương đồng trình tự. Phương pháp xây dựng cây và phân tích chủng loại phát sinh.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Chọn lựa, thu thập mẫu. Trình tự hệ gen ty thể của 6 giống lợn bản địa. Tách chiết DNA tổng số của 6 giống lợn nghiên cứu.

Khuếch đại phân đoạn hệ gen ty thể (mtDNA) của 6 giống lợn bằng PCR. Xác định trình tự các phân đoạn DNA của hệ gen ty thể. Phân tích hệ gen ty thể. Phân tích thành phần hệ gen ty thể.

Chú giải cấu trúc hệ gen ty thể. Cấu trúc thành phần của các gen RNA vận chuyển. Phân tích cấu trúc bậc hai của các tRNA. So sánh đa hình trình tự.

Trình tự vùng D-loop. Trình tự vùng mã hóa hệ gen ty thể. Phân tích về quan hệ phát sinh chủng loại. Phân tích cây phát sinh chủng loại dựa trên dữ liệu trình tự vùng D-loop.

Phân tích cây phát sinh chủng loại dựa trên dữ liệu trình tự hoàn chỉnh. 99 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ. 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 110 Phụ lục 1 - Nguồn gốc, phân bố, đặc điểm ngoại hình, khả năng sinh trưởng 6 giống lợn bản địa Việt Nam.

110 Phụ lục 2 - Điện di đồ sản phẩm PCR sau tinh sạch của 6 giống lợn bản địa Việt Nam. 113 Phụ lục 3 - Trình tự hoàn chỉnh hệ gen ty thể của 6 giống lợn bản địa Việt Nam. 118 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BLAST Basic local alignment search tool DNA Deoxyribonucleic acid HV1, HV2 Hypervariable Segment 1, hypervariable Segment 2 Indel Insertion or deletion ITS Internal transcribed spacer. MCMC Monte Carlo Markov Chain mtDNA Mitochondrial DNA NCBI National Center for Biotechnology Information Nu Nucleotide OTU Operational taxonomic unit PCR Polymerase chain reaction rDNA Ribosomal DNA RNA Ribonucleic acid rRNA Ribosome RNA SD Standard deviation SNPs Single nucleotide polymorphism tRNA Transfer RNA UPGMA Unweighted-pair group method with arithmetic mean vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.

Phân loại lợn nhà. Các loại thay thế đơn phân trong phân tử DNA. Phân bố các giống lợn bản địa Việt Nam. Mã số truy cập dữ liệu trình tự hệ gen ty thể của các giống lợn Âu Á và phân bố địa lý được sử dụng trong nghiên cứu.

Các cặp mồi được sử dụng cho PCR và vị trí các phân đoạn. 29 được khuếch đại. Thành phần phản ứng PCR. Thành phần phản ứng giải trình tự.

Kết quả khảo sát lông da của 6 giống lợn bản địa. Kết quả khảo sát đặc khối lượng và kích thước của 6 giống lợn bản địa413 Bảng 3. Khảo sát đặc điểm hình dáng cơ thể của 6 giốn bản địa. Kết quả định lượng và kiểm tra độ tinh sạch của DNA tổng số.

Kết quả sau chỉnh sửa chuẩn bị cho lắp ráp. Kết quả lắp ráp hệ gen hoàn chỉnh 6 giống lợn bản địa Việt Nam. Tỷ lệ thành phần các loại base trong trình tự hệ gen ty thể của 6 giống lợn bản địa Việt Nam. Thành phần trình tự của các nhóm lợn phân bố theo khu vực địa lý.

Cấu trúc của hệ gen ty thể lợn Móng Cái. Cấu trúc của hệ gen ty thể lợn Mường Lay. Cấu trúc của hệ gen ty thể lợn Mường Khương. Cấu trúc của hệ gen ty thể lợn Hạ Lang .13 Cấu trúc của lợn Hương.

Cấu trúc của hệ gen ty thể lợn Ỉ. Thành phần nucleotide của 22 gen tRNA của hệ gen 6 giống lợn bản địa Việt Nam. So sánh độ tương đồng giữa các trình tự vùng D-loop của 6 giống lợn bản địa Việt Nam với các giống lợn trên thế giới. Các vị trí SNP trình tự vùng D-loop của 6 giống lợn bản địa Việt Nam 77 Bảng 3.

So sánh tương đồng các trình tự vùng mã hóa hệ gen ty thể của 6 giống lợn Việt Nam với các giống lợn trên thế giới. 81 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Nguồn gốc thuần hóa lợn nhà. Cấu trúc hệ gen ty thể ở động vật có vú.

Mô tả phương pháp neighbor-joining. Bản đồ địa điểm thu mẫu. Sáu giống lợn bản địa Việt Nam được sử dụng trong nghiên cứu. Sơ đồ tổng quát các bước nghiên cứu.

Các bước lắp ráp hệ gen ty thể. Điện di đồ DNA tổng số của giống lợn Ỉ và Hạ Lang. Điện di đồ DNA tổng số của giống lợn Mường Lay và Hương. Điện di đồ DNA tổng số tách chiết từ giống lợn Móng Cái và Mường Khương.

Sản phẩm PCR sau tinh sạch đối với giống lợn Hương. Cấu trúc dạng vòng của hệ gen ty thể lợn Móng Cái, lợn Mường Lay được xây dựng bởi phần mềm GenomeVx. Cấu trúc dạng vòng của hệ gen ty thể lợn Mường Khương, Hạ Lang được xây dựng bởi phần mềm GenomeVx. Cấu trúc dạng vòng của hệ gen ty thể lợn Hương và Ỉ được xây dựng bởi phần mềm GenomeVx.

Cấu trúc bậc hai của 22 loại tRNA được mã hóa trên hệ gen ty thể lợn Móng Cái (A), Mường Lay (B), Mường Khương (C), Hạ Lang (D), Hương (E) và Ỉ (F). Vị trí khác biệt trên trình tự vùng D-loop của các giống lợn bản địa Việt Nam và các giống lợn đã được công bố sau khi dóng hàng đa trình tự. Một phần trình tự D-loop của lợn Ỉ và các giống lợn đã được công bố sau khi tiến hành sắp xếp. Biến thể trình tự tại vị trí nucleotide 2250 vùng mã hóa hệ gen ty thể các giống lợn.

Biến thể trình tự tại vị trí nucleotide 11318 trình tự vùng mã hóa hệ gen ty thể các giống lợn. Một phần trình tự hoàn chỉnh của lợn Ỉ và các giống lợn đã được công bố sau khi tiến hành sắp xếp. Cây phát sinh chủng loại vùng D-loop. Cây phát sinh chủng loại của trình tự hoàn chỉnh .