Bài giảng Công cụ di truyền mới trong chọn tạo giống cây trồng: Chương 6

07/08/2017

Chương 6. Sử dụng chỉ thị phân tử trong

xây dựng bản đồ di truyền và QTLs

Vũ Thị Thúy Hằng

Nội dung

1. Khái niệm chung

2. Bản đồ di truyền

3. Sử dụng chỉ thị phân tử trong xây dựng bản

đồ QTL

Bản đồ gen

Cho biết vị trí và khoảng cách của các gen hay

các trình tự trên chromosomes

Bản đồ tế bào/Bản đồ vật lý

Vị trí các gen hoặc đoạn DNA với khoảng cách vật lý

Bản đồ di truyền

Vị trí các gen hoặc chỉ thị phân tử dựa trên tần số trao đổi gen

1. KHÁI NIỆM CHUNG Bản đồ NST

Gen

Chromosome bands

Bản đồ di truyền

Chỉ thị phân tử

Bản đồ vật lý

Các đoạn trình

tự gối nhau

Trình tự DNA 3

•Bản đồ vật lý cho biết khoảng cách giữa các đoạn

gen/ chỉ thị phân tử, thường đo bằng số cặp nuleotit

dọc theo DNA

•Bản đồ vật lý được thiết lập nhờ cắt DNA thành

nhiều đoạn nhỏ và các đoạn đó được sắp xếp theo

trật tự dựa trên xác định các đoạn có trình tự gối

nhau (bằng phần mềm)

Bản đồ vật lý

Cắt DNA thành những

đoạn nhỏ có đoạn trình tự gối

nhau để giải trình tự gen

Nhân dòng các đoạn cắt

Đọc trình tự các đoạn cắt

Sắp xếp các trình tự

dựa vào các đoạn gối

nhau bằng phần mềm

Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/home

07/08/2017

Bản đồ di truyền

•Bản đồ di truyền là sơ đồ sắp xếp vị trí tương đối của các gen, đoạn

DNA/ chỉ thị phân tử trên từng NST theo đường thẳng, mỗi

gen/đoạn DNA chiếm một vị trí nhất định và khoảng cách được xác

định dựa vào tần số trao đổi chéo với đơn vị là centiMorgan, cM.

•Tần số trao đổi chéo giữa các gen càng thấp thì khoảng cách giữa

các gen càng gần, tần số trao đổi chéo giữa các gen càng cao thì

khoảng cách giữa các gen càng xa nhau.

•Đơn vị đo khoảng cách gen được tính bằng tần số hoán vị gen

Bản đồ di truyền vs. bản đồ vật lý

•Khoảng cách trên bản đồ di truyền dựa trên tần số hoán vị

gen; trong khi khoảng cách trên bản đồ vật lý tính bằng só cặp

nuletotit;

•Biết được trình tự DNA sẽ biết được trình tự, khoảng cách gen

– bản đồ vật lý.

•Nhìn chung: 1 cM ~ 1 MB of DNA.

•Ở vùng chromosome có tần số hoán vị gen lớn, chiều dài bản

đồ vật lý có thể bị dự đoán quá dài

•Ngược lại, ở vùng ít có sự trao đổi chéo gen, chiều dài bản đồ

vật lý có thể bị dự đoán quá ngắn

Bản đồ di truyền và vật lý có thể khác nhau ở khoảng cách tương

đối, ngay cả về vị trí của gen trên chromosome

Bản đồ vật lý Bản đồ di truyền

1. Bản đồ vật lý

cho biết vị trí

thực của một

gen.

2. Bản đồ di truyền dựa

trên tần số hoán vị và có

độ chính xác thấp hơn

2. BẢN ĐỒ DI TRUYỀN

•Bản đồ di truyền là sơ đồ sắp xếp vị trí tương đối của các gen,

đoạn DNA/ chỉ thị phân tử trên từng NST theo đường thẳng,

mỗi gen/đoạn DNA chiếm một vị trí nhất định và khoảng cách

được xác định dựa vào tần số hoán vị gen với đơn vị là

centiMorgan, cM.

•Thường sử dụng các chỉ thị phân tử để thiết lập bản đồ di

truyền

•Các tên gọi: bản đồ di truyền, bản đồ liên kết gen, bản đồ

locut tính trạng số lượng (bản đồ QTL)

- Một bản đồ di truyền cho biết vị trí của các chỉ thị phân tử (vd SSR, SNPs, RFLPs) trong

một nhóm liên kết gen. Một nhóm liên kết gen = một bản đồ di truyền.

- Thiết lập/vẽ bản đồ di truyền có nghĩa là sử dụng các chỉ thị phân tử, xác định khoảng

cách giữa chúng. Khi thiết lập bản đồ di truyền, có thể thu được chỉ một nhóm liên kết gen

hoặc toàn bộ các nhóm liên kết gen cho loài. Thường thì số nhóm liên kết gen = số NST

của loài

- Thông thường:

+ Khi đề cập đến xây dựng bản đồ liên kết gen cũng có nghĩa là xác định một gen chính

của một tính trạng trên bản đồ/hay nhóm liên kết gen

+ Khi đề cập đến xây dựng bản đồ các locut tính trạng số lượng, nghĩa là xác định các

locut cho tính trạng số lượng trên một hoặc một vài nhóm liên kết gen

0.2cM

0.1cM

0.25cM

0.1cM

T1 (flower color)

0.2cM

0.1cM

0.15cM

0.1cM

Nhóm liên kết gen Bản đồ liên kết gen

0.2cM

0.1cM

0.25cM

0.1cM

Bản đồ locut tính trạng số lượng

(Bản đồ QTL)

•Khoảng cách tương đối trên bản đồ di truyền giữa các gen/chỉ

thị phân tử được tính bằng tần số hoán vị gen

•1 đơn vị trên bản đồ gen = 1 cM = 1% hoán vị gen. 2 chỉ thị

phân tử có khoảng cách 1 cM, tức là số lần trung bình xảy ra

trao đổi chéo giữa hai chỉ thị phân tử là 0.01

•Gen/chỉ thị với tần số hoán vị gen < 50% thuộc cùng một

nhóm liên kết gen

•Hai gen/chỉ thị phân ly độc lập có tần số tái tổ hợp 50% sẽ

nằm trên NST không tương đồng hoặc nằm rất xa nhau trên

cùng một NST (không liên kết)

Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/home

07/08/2017

Bản đồ di truyền dùng để làm gì?

•Cho thông tin về liên kết giữa gen/đoạn DNA/chỉ thị phân tử

với tính trạng quan tâm;

•Xác định vị trí gen/đoạn DNA để nhân dòng

•Trong quá trình xây dựng bản đồ di truyền, những chỉ thị phân

tử đồng phân ly với tính trạng đánh giá trong quần thể phân ly

có thể được sử dụng làm chỉ thị trong chọn tạo giống;

•Dùng trong các nghiên cứu so sánh bản đồ di truyền giữa các

loài, giúp cho việc tìm hiểu quá trình tiến hóa và đa dạng hóa

của loài;

•Cung cấp khung sườn để xây dựng bản đồ vật lý

Tính tần số hoán vị gen

•Tần số hoán vị gen là tỷ lệ % số cá thể tái tổ hợp trên

tổng số các thể đời con

Tần số hoán vị gen = Số cá thể tái tổ hợp x 100

Tổng số cá thể đời con

Nguyên lý

Tần số hoán vị gen

Lai F1 (AB ab) với cây thử (ab ab) để kiểm tra

hoán vị gen

Giả sử thu được ……

AB ab 583 <bố mẹ

ab ab 597 <bố mẹ

Ab ab 134 <tái tổ hợp

aB ab 134 <tái tổ hợp

Tổng số = 1448 cây

Thì: 268 tái tổ hợp gen/1448 progeny = 0.185 =

18.5% hoán vị gen

Với dòng thuần,

Lai P1(AA BB) và P2 (aa bb)

Bộ NST ở F1 gồm AB và ab

Khoảng cách giữa 2 gen

Lai F1 (ABD abd) với cây thử (abd abd)

Giả sử thu được:

ABD abd 580 <bố mẹ

ABd abd 5

abD abd 5 <bố mẹ

abd abd 592

AbD abd 45 <tái tổ hợp

Abd abd 89

aBD abd 94

aBd abd 40 <tái tổ hợp

Tổng số = 1448

Xác định vị trí 3 gen

Với dòng thuần, lai P1 (AA BB DD) với P2 (aa bb dd)

Bộ NST ở F1 gồm ABD và abd

Ab + aB = (45+89)+(94+40)

268 /1448 =0.185

A-B =18.5

Bd + bD = (5+40)+(5+45)

93 /1448 = 0.064

B-D =6.4

Ad + aD = (5+89)+(5+94)

191 /1448 = 0.132

A-D =13.2

Trật tự là A-----D---B

-13.2--6.4-

----18.5----

Lai F1 (ABD abd) với cây thử (abd abd)

Giả sử thu được ……

ABD abd 580 <bố mẹ

ABd abd 5

abD abd 5 <bố mẹ

abd abd 592

AbD abd 45 <tái tổ hợp

Abd abd 89

aBD abd 94

aBd abd 40 <tái tổ hợp

Tổng 1448

Ab + aB = (45+89)+(94+40)

/1448 =0.185

A-B =18.5

A-----D---B

-13.2--6.4-

----19.6----

Tuy nhiên, tại sao 13.2 + 6.4 #l 18.5?

Chưa tính trao đổi chéo 2 lần …

(45+89)+(94+40)+2(5+5) =

284/1448 = 0.196

A-B =19.6

Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/home

07/08/2017

Các bước xây dựng bản đồ gen sử dụng chỉ thị phân tử

•Tạo quần thể phân ly

•Sử dụng các chỉ thị phân tử để đánh giá kiểu gen của quần

thể phân ly

•Phân tích liên kết gen giữa các chỉ thị phân tử để xác định

khoảng cách giữa các chỉ thị - sử dụng phần mềm

•Vẽ bản đồ gen – sử dụng phần mềm

Số tái tổ hợp:

AC = 6/20 (1, 3, 10, 13, 18, 19)

AD = 4/20 (1, 3, 10, 13)

CD = 2/20

C = 1/20 (18)

D = 1/20 (19)

A D C

4/20

2/20

6/20

Bố mẹ lại lại

Bố mẹ cho

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Con cái của quần thể lai lại (F1x bố mẹ lai lại): dùng 3

chỉ thị 3 SSR + và 1 tính trạng đánh giá

Xây dựng bản đồ gen

3. Sử dụng chỉ thị phân tử trong phân

tích locut tính trạng số lượng (QTL)

- Khái niệm

- Nguyên lý

- Phương pháp phân tích: phân tích từng chỉ thị

và phân tích khoảng

Một gen/đoạn DNA hoặc một vùng chromosome ảnh

hưởng đến tính trạng số lượng

Gen/vùng đó phải đa hình: tức là có sự biến động

dẫn đến những ảnh hưởng tới cá thể trong quần thể

Phải liên kết với một chỉ thị đa hình (chỉ thị đa hình là

chỉ thị cho thấy mức độ biện động của quần thể)

Locut tính trạng số lượng là gì?

Thiết kế /xác định một chỉ thị phân tử cho tính trạng

•Một chỉ thị tốt nhất là trình tự DNA tác động đến kiểu hình

(hay gen)

•Nếu một gen đã biết có liên quan đến tính trạng và được

phân lập, có thể so sánh trình tự gen đó với các dạng dại hoặc

dạng đột biến DNA

•Thiết kết mồi đặc hiệu cho đoạn gen đó

•Trường hợp không biết gen, sàng lọc trong các quần thể đối

lập nhau

Thiết kế/xác định chỉ thị phân tử (tiếp)

•Lai các cá thể khác nhau/đối lập nhau về tính trạng cần xác

định chỉ thị phân tử

•Nhân thế hệ, tự thụ hoặc giao phấn thu thế hệ con

•Thu thập số liệu cho tính trạng đó ở thế hệ F2

•Chọn 5 - 10 cá thể ở F2 có biểu hiện các dạng tính trạng đó

Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/home

07/08/2017

•Tách DNA từ cá thể chọn F2

•Hỗn hợp lượng bằng nhau DNA từ các cá thể đó thành 2 phần:

mỗi phần cho một dạng tính trạng

•Sàng lọc hỗn hợp DNA bằng loại chỉ thị cần sử dụng

•Phân tích liên kết gen để xác định chỉ thị liên kết với tính

trạng/chỉ thị liên quan đến locut liên xác định tính trạng đó –

chỉ thị QTL

Ngoài ra, còn có thể sử dụng các quần thể khác để xác định chỉ thị

QTLs nhưng chi phí đắt và lâu hơn như các dòng NILs (Near

Isogenic Lines), RILs (Recombinant Inbreeds), các thế hệ nhân

theo phương pháp một hạt

Xây dựng bản đồ QTL

•Là xác định vị trí của một locut gây những biến động trong

genome dẫn đến biến động với tính trạng số lượng

•Ước tính ảnh hưởng của alen đó lên sự biến động của tính

trạng và kiểu di truyền.

•Cho biết ảnh hưởng và tương tác của từng gen riêng rẽ

•Xác định vị trí của gen để nhân dòng

•Dự đoán giá trị chọn giống và phương pháp chọn lọc phù hợp

nhờ chỉ thị phân tử

Bản đồ QTL để làm gì ?

Nguyên lý của xây dựng bản đồ QTLs

• Dựa trên đồng phân ly của locut QTL với chỉ thị phân tử

trong quần thể phân ly

QTL alen không

quan sát được

q m

Q M

Alen có chỉ thị phân tử

quan sát được

Cặp NST

Nguyên lý (tiếp)

•Dựa trên đồng phân ly của kiểu hình và kiểu gen trong quần

thể phân ly

–Chỉ thị di truyền cung cấp thông tin về kiểu gen

–Mối quan hệ giữa kiểu hình và kiểu gen sẽ cho biết vị trí và

ảnh hưởng của QTL

•Cần thiết lập quần thể để xây dựng bản đồ QTL

Đồng phân ly (liên kết gen)

A2A4

A3A4

A1A3

A1A2

A2A3

A1A2A1A4A3A4A3A2

Chỉ thị phân tử alen

A1 đồng phân ly

kháng bệnh (trội)

Tái tổ hợp

A2Q1

Giao tử

(Không trao đổi chéo)

Giao tử ít khi xảy ra

(Trao đổi chéo)

Kiểu gen bố mẹ

“Phân tích liên kết gen = đếm các tái tổ hợp

Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/home

Bài giảng Công cụ di truyền mới trong chọn tạo giống cây trồng: Chương 6 - TS. Vũ Thị Thúy Hằng

Chủ đề:

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi