Cn gen thuc vat

Bài giảng

Công nghệ gen thực vât PLANT GENE TECHNOLOGYPLANT GENE TECHNOLOGY

PGS. TS. Nông Văn Hải PGS. TS. Nông Văn Hải NCVCC, Phó Viện trưởng,

Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ genViện Công nghệ sinh học

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà NộiTel/Fax (04).3836322 Email: vhnong@ibt.ac.vn

Bài 2. Hệ gen học thực vật và lĩnh Hệ gen học thực vật và lĩnh

vực/ vực/ bộ môn khoa học có liên quanbộ môn khoa học có liên quan

1. Các khái niệm cơ bản Gen Hệ/ Bộ gen (nhân, lục lạp, ty thể) Hệ gen học 1. Các lĩnh vực/ bộ môn khoa học có liên quan Hệ protein học Hệ phiên mã học Hệ trao đổi chất học Sinh tin học …

§Þnh nghÜa, kh¸i niÖm§Þnh nghÜa, kh¸i niÖm

Gen Gen lµ g×?/ lµ g×?/ What is a gene?What is a gene?

Lodish et al. (2003) Molecular Cell Biology (5th edition). Lodish et al. (2003) Molecular Cell Biology (5th edition). WH Freeman & Co. WH Freeman & Co.

The entire nucleic sequence that is necessary for the synthesis of a functional polypeptide or RNA…

Tr×nh tù nucleic (acid) trän vÑn cÇn thiÕt cho sù tæng hîp mét polypeptide chøc n¨ng hoÆc RNA…

DNA/RNADNA/RNA

CÊu tróc ph©n tö cña ® êng Ribose vµ DeoxyriboseCÊu tróc ph©n tö cña ® êng Ribose vµ Deoxyribose

Tr¹ng th¸i tù nhiªnTr¹ng th¸i biÕn tÝnh sîi ®¬n Tr¹ng th¸i l¹i tÝnh

CÊu tróc gen tÕ bµo nh©n s¬ CÊu tróc gen tÕ bµo nh©n s¬ (Prokaryotes)(Prokaryotes)

Promoter CDS Terminator

transcription

Genomic DNA

mRNA

protein

UTR UTR

translation

CÊu tróc gen tÕ bµo nh©n chuÈn CÊu tróc gen tÕ bµo nh©n chuÈn (Eukaryotes)(Eukaryotes)

5’ - Promoter Exon1 Exon2 Terminator – 3’

UTR Intron1 UTR

transcription

translation

Poly A

protein

Gen th êng bÞ ng¾t qu·ng bëi 1 hay nhiÒu ®o¹n chÌn (introns):

Definitions of DNA Sequencing (on the Web)Definitions of DNA Sequencing (on the Web) §inh nghÜa: x¸c ®Þnh/ ph©n tÝch/ gi¶i tr×nh tù gen

(trªn m¹ng)• The experimental process of determining the nucleotide sequence of a region of DNA… www.sequenceanalysis.com/glossary.html • Determining the exact order of the base pairs in a segment of DNA. www.accessexcellence.org/AE/AEPC/NIH/gene27.html • Procedures for determining the nucleotide sequence of a DNA fragment. www.biotechwithitaly.com/nw_glossary_cd.html • Analysis of the sequence of building blocks of hereditary information. www.mwgbiotech.com/html/glossary/glossary_overview.shtml • The process of determining the order of nucleotide bases in a DNA molecule. www.biotech.ca/EN/what_glossary.html

LuËn thuyÕt (lý thuyÕt) trung t©m cña Sinh häc ph©n töLuËn thuyÕt (lý thuyÕt) trung t©m cña Sinh häc ph©n töThe Central Dogma of Molecular Biology

RNA

Protein

DNADNA

• Do Francis CrickFrancis Crick ®Ò xuÊt n¨m 1958 ®Ó m« t¶ dßng th«ng tin di truyÒn trong tÕ bµo

• Th«ng tin di truyÒn chøa ®ùng trong DNA ® îc chuyÓn t¶i ®Õn RNA vµ tõ RNA ®Õn protein

• Qua h¬n 4 thËp kû ph¸t triÓn cña Sinh häc ph©n tö, luËn thuyÕt (lý thuyÕt) trung t©m nµy ® îc söa ®æi nhiÒu lÇn

DNADNA

?

RNA

Protein

Prionbß ®iªn(BSE)

Virus RNA

Genome là gi/ What is a genome? Genome là gi/ What is a genome?

• The genome consists of the entire DNA sequence in an organism Genome chứa trình tự DNA trọn vẹn của một cơ thể • Genomes include more than genes Ngoài các gen, genome còn bao gồm: spacer DNA: DNA repetitive DNA: DNA lặp lại intronic DNA:DNA của các intron ‘junk’ DNA?: DNA “rác/phế thải”

* Cơ thể bậc cao: genome là toàn bộ DNA chøa trong 1n nhiÔm s¾c thÓ (genome nh©n). Ngoµi ra, cßn cã genome ty thÓ; genome lôc l¹p

** Virus chøa RNA (cóm, HIV…) : toµn bé RNA cña virus

C¸c thuËt ng÷• GenomeGenome – entire genetic material of

an individual:Genome – Chất liệu di truyền trọn vẹn của một cá thể

Bộ môn/lĩnh vực khoa học: Genomics

• TranscriptomeTranscriptome – set of transcribed sequences

Transcriptome: Tập hợp các trình tự đuợc phiên mã Bộ môn/lĩnh vực khoa học:

Transcriptomics • ProteomeProteome – set of proteins encoded by

the genome Proteome: Tập hợp các protein mã hóa bởi

genome Bộ môn/lĩnh vực khoa học:Proteomics

KÝch th íc cña genome

Gene number increaseswith phylogenetic complexity:

Sè gen t¨ng lªn theo sù phøc t¹p vÒ chñng lo¹i ph¸t sinh

LÞch sö ph©n tÝch tr×nh tù genLÞch sö ph©n tÝch tr×nh tù gen• 1870 Mischer: Ph¸t minh DNA • 1940 Avery: DNA lµ “chÊt liÖu di truyÒn”• 1953 Watson & Crick: CÊu tróc xo¾n kÐp cña DNA• 1965 Holley: Tr×nh tù cña tRNA nÊm men • 1977 Wu: Tr×nh tù cña ®Çu dÝnh DNA thùc khuÈn • 1977 Sanger: Ph ¬ng ph¸p dõng chuçi b»ng dideoxy Maxam & Gilbert: Ph ¬ng ph¸p ph©n gi¶i ho¸

häc

• 1980 Messing: Chän dßng trong thùc khuÈn M13 • 1986 Hood et al: Tù ®éng ho¸ mét phÇn• 1990 Ph©n tÝch tr×nh tù b»ng chu tr×nh nhiÖt (PCR); c¸c enzyme ® îc hoµn thiÖn ®Ó ®äc tr×nh tù; c¸c

hÖ thèng dß huúnh quang ® îc hoµn thiÖn (®äc qua èng

mao dÉn)• 2002 Tù ®éng ho¸ phßng thÝ nghiÖm

1151501.500

25.000

50.000

200.000

HiÖu suÊtHiÖu suÊtbp/ng êi/n¨m

53.000.000

LÞch sö nghiªn cøu genomeLÞch sö nghiªn cøu genome

1995 Tr×nh tù toµn bé genome vi khuÈn H. influenzae

1996 Tr×nh tù toµn bé genome nÊm men S. cerevisiae

1997 Tr×nh tù toµn bé genome tuyÕn trïng C. elegans

1999 Tr×nh tù toµn bé genome ruåi giÊm D. melanogaster

2000 Tr×nh tù toµn bé genome ng êi H. sapiens (b¶n nh¸p)

Cho Cho ®Õn nay, cã trªn ®Õn nay, cã trªn 1500 1500 genome ®· ® îc x¸c ®Þnh genome ®· ® îc x¸c ®Þnh tr×nh tù hoµn toµn, bao gåm:tr×nh tù hoµn toµn, bao gåm:

• Human, mouse, rat, zebra fish, drosophila, yeast, anopheles, Ẩrabidopsis thalliana, rice, wheat, tomato …

• E. coli (4 strains), M. tuberculosis, M. leprae.

• Mitochondria, chloroplast, plasmids

Số lượng gen của các loài sinh vật

• Người 20.000 – 25.000 gen• Nấm men 6.000 gen• Ruồi giấm (Drosophila) 14.000 gen• Arabidopsis thaliana 27.000 gen• Lúa 40.000 gen

Độ lớn của hệ gen một số loài thực vật

Ph©n bè sè l îng genom ®· ® îc gi¶i tr×nh tù Ph©n bè sè l îng genom ®· ® îc gi¶i tr×nh tù hoµn toµn ë c¸c sinh vËthoµn toµn ë c¸c sinh vËt

Archea (16)Archea (16)

Eukarya (20)Eukarya (20)

Bacteria (139)Bacteria (139)

Viruses (1500)Viruses (1500)