--- Bài mới hơn ---
Máy Pcr Là Gì? Công Dụng Của Máy Pcr Pockit Cầm Tay
Khái Quát Về Kỹ Thuật Real Time Pcr Là Gì? Ứng Dụng Chẩn Đoán Bệnh Tôm
Pcr Là Gì? Nguyên Tắc, Qúa Trình & Ứng Dụng Của Máy Chu Kỳ Nhiệt
Pcr Nguyên Tắc Và Ứng Dụng
Việt Nam Bổ Sung Phương Pháp Xét Nghiệm Ncov Mới
(Restriction Fragment Length Polymorphisms) I. Giới thiệu
Kỹ thuật RFLP là kỹ thuật nghiên cứu tính đa hình chiều dài của các phân đoạn DNA dựa trên điểm cắt các enzim giới hạn (Restriction Enzyme, RE). Khi ủ DNA với enzim giới hạn ở dung dịch đệm thích hợp ở pH, nhiệt độ thích hợp sẽ sẽ tạo ra những phân đoạn DNA với kích thước khác nhau, từ đó lập nên các bản đồ gen. Kỹ thuật này được sử dụng phổ biến từ thập niên 80 đến nay.
II. Nguyên tắc chung
Nguyên tắc của kỹ thuật này dựa trên độ đặc hiệu của các enzim cắt giới hạn (restriction enzim-RE) đối với vị trí nhận biết của chúng trên DNA bộ gen. Sự khác biệt vị trí cắt giữa hai cá thể sẽ tạo ra những phân đoạn cắt khác nhau.
III. Các enzim giới hạn (RE) 1. Giới thiệu
Enzim giới hạn được Werner Arber tìm thấy ở vi khuẩn vào năm 1962. Ông cho rằng các RE có khả năng rất đặc biệt đó là khả năng nhận biết DNA chủ và DNA lạ. Enzim này hạn chế sự nhân lên của DNA lạ khi chúng xâm nhập vào tế bào vi khuẩn bằng cách cắt chúng ra thành từng đoạn một cách đặc hiệu, vì thế ông gọi là restriction có nghĩa là hạn chế. Với phát minh này ông cùng các cộng sự (Daniel Nathans và Hamilton O. Smith) đã giành giải thưởng Nobel vào năm 1978.
Các RE hợp thành hệ thống bảo vệ ở tế bào sơ hạch (procaryote), một câu hỏi đặt ra là vì sao các RE chỉ cắt DNA của các phage mà không cắt DNA của tế bào vi khuẩn? Câu trả lời là nhờ Methylase đây là enzim giúp vi khuẩn có khả năng này, chính enzim này chịu trách nhiệm gắn nhóm metyl (CH 3) vào các nucleotides ở vị trí cắt của các RE trên DNA của vi khuẩn vì thế bảo vệ DNA của vi khuẩn khỏi sự phân cắt của RE. Tuy vậy đôi lúc methylase lại gắn nhằm cả nhóm metyl vào chính DNA của phage, điều này giải thích vì sao đối với các dòng vi khuẩn kháng phage vẫn có các tế bào bị phân hủy.
Enzim cắt giới hạn đầu tiên được phân lập vào năm 1968, cho đến nay có khoảng 3.400 RE được khám phá. Trong số này có khoảng 540 RE đã được thương mại hóa.
2. Tên gọi của enzim cắt giới hạn
Chữ đầu viết hoa là chữ đầu tên vi khuẩn từ đó RE được ly trích.
Hai chữ kế không viết hoa tương đương với tên loài của vi khuẩn. Cả 3 chữ nầy đều viết in nghiêng. Kế đến là chữ số la mã chỉ thứ tự RE được phát hiện trong trường hợp nhiều RE được tìm thấy trong cùng một vi khuẩn.
Đôi khi còn có thêm chữ viết hoa (viết thẳng) để chỉ chủng vi khuẩn sử dụng
VD : Escherichia coli Ry13
chi loài chủng
EcoRI: là enzym đầu tiên tìm thấy trên vi khuẩn E. coli
EcoRV: enzym thứ 5 tìm thấy trên vi khuẩn E.coli
3. Các loại enzim cắt giới hạn
Loại I: khi enzym nhận biết trình tự nó sẽ di chuyển trên phân tử DNA cách đó 1000-5000 nu và giải phóng độ vài chục nu.
Loại II: enzym nhận biết trình tự và cắt ngay vị trí đó.
Loại III: enzym nhận biết trình tự và cắt DNA ở vị trí cách đó 20 nu.
III. Quy trình thực hiện RFLP bao gồm các bước:
+ Tách chiết và tinh sạch DNA
+ Cắt các mẫu DNA cần phân tích bởi RE
+ Phân tách DNA trên gel agarose
+ Southern Blotting
Chuyển DNA sang màng nylon
Chọn đoạn dò (probes), đánh dấu đoạn dò
Lai ghép gen (Hybridization)
Lập bản đồ gen (phân tích đa hình)
-
a. Nguyên tắc: Thành tế bào bị phá vỡ bằng biện pháp cơ học và các chất tẩy mạnh. DNA được giải phóng và làm sạch tạp chất Rnase. DNA được kết tủa trong Ethanol 100% và thu lại nhờ ly tâm.
-
b. Quy trình: Thực hiện theo qui trình được mô tả bởi Rogers và Bendich (1988) (qui trình CTAB) gồm các bước sau:
– Lấy lá của đối tượng cần nghiên cứu.
– Khử trùng bề mặt lá bằng cồn 70%, sau đó dùng kéo và kẹp (đã được khử trùng) cắt lá thành từng mảnh nhỏ rồi cho riêng vào các tuýp (mỗi mẫu riêng một tuýp khoảng 0,1g).
– Ngâm các tuýp và dụng cụ nghiền mẫu vào nitơ lỏng trong 10 phút.
– Cho mẫu vào máy nghiền, có tần số 27lần/giây, lập lại khoảng 3 lần.
– Cho thêm 1.000µl Extraction buffer (10ml EB +7µl β-Mercaptoethanol).
– Cho thêm 50µl SDS 10%.
– Ủ trong nước 65 o C trong 30 phút. Sau 5 phút trở mặt mẫu một lần.
– Ly tâm 13.000 rpm trong 10 phút.
– Lấy 800µl dịch trong ở trên cho vào tuýp mới (bỏ phần cặn)
– Cho 800µl Isopropanol vào mỗi tuýp, lắc đều.
– Ủ mẫu ở -20 o C trong 2 giờ.
– Ly tâm 13.000rpm trong 10 phút, bỏ nước, lấy cặn.
– Cho thêm 400µl TE 0,1 vào, thêm 10µl RNase, ủ 20 phút ở 37 o C.
– Cho 400µl CTAB vào, ủ 15 phút ở 65 o C.
– Cho 800µl Chloroform/Isoamylalcohol, đảo nhẹ
(12ml Chloroform: 0,5ml Isoamylalcohol)
– Ly tâm 13.000rpm trong 5 phút.
– Lấy 700µl phần trong chuyển sang tuýp mới.
– Cho 1,4ml Ethanol 96% làm lạnh vào, lắc nhẹ, để 15 phút ở nhiệt độ phòng.
– Ly tâm 13.000rpm trong 10 phút, bỏ nước, lấy cặn.
– Cho 700µl Ethanol 70% làm lạnh vào, lắc nhẹ.
– Ly tâm 13.000rpm trong 10 phút, bỏ nước, lấy cặn.
– Lặp lại lần nữa với Ethanol 70% làm lạnh, thấm miệng tuýp trên giấy.
– Sấy chân không ở 45 o C trong 10 phút.
– Cho 200µl TE 0,1 vào, trữ mẫu ở -20 o C.
c. Xác định nồng độ DNA bằng phương pháp đo quang phổ Nguyên tắc:
– Dựa vào sự hấp thụ mạnh ánh sáng tử ngoại ở bước sóng 260 nm và 280 nm của các bazơ purin và pyrimidin.
– Đơn vị OD260 nm tương ứng nồng độ 50mg/ml cho một dung dịch DNA sợi đôi. Do đó nồng độ DNA trong mẫu được tính theo công thức sau:
* Ví dụ, đoạn mồi CAGCAAATATCTGTCCTTAC thì nhiệt độ gắn mồi:
Tm = 0 C
VI. Điều kiện phản ứng PCR
Ðể thử nghiệm PCR có thể chạy được, cần phải có đầy đủ các thành phần sau đây:
1. Nước
Nước sử dụng cho phản ứng PCR phải thật tinh khiết, không chứa ion nào, không chứa DNAase, RNAase, enzim cắt giới hạn…Nói cách khác là không chứa bất kỳ một thành phần nào khác.
2. Dung dịch đệm cho phản ứng PCR:
Dung dịch đệm cho PCR là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng phản ứng PCR.
Thành phần dung dịch đệm của phản ứng PCR thường phụ thuộc vào loại enzim DNA polymerase sử dụng trong PCR, thường chứa muối đệm Tris HCl 10 mM, KCl50mM và MgCl 2 1.5mM. Ngoài ra dung dịch đệm PCR còn có thể chứa 0.001% BSA hay Gelatine và trong một số phản ứng PCR còn có thể thêm tween hay formamide nữa. Trong các thành phần trên, có lẽ ảnh hưởng lên thử nghiệm PCR nhiều nhất là nồng độ MgCl 2, vì vậy để có được một thử nghiệm PCR có độ nhạy cao, phản ứng rõ nét, người ta phải tối ưu hóa phản ứng bằng cách thăm dò một nồng độ MgCl 2 thích hợp nhất.
Nồng độ MgCl 2 có thể dao động từ 0.5-5 mM. Chính ion Mg 2+ gắn liên kết dNTP với DNA polymerase, tăng khả năng bám nối của mồi. Nồng độ MgCl 2 cao sẽ tạo nhiều sản phẩm không đặc hiệu, nồng độ MgCl 2 quá thấp sẽ không tạo sản phẩm PCR.
3. dNTP (deoxy nucleoside triphosphate), tức là đơn vị để có thể tổng hợp được các bản sao của DNA đích. dNTP có cấu tạo gồm một đường deoxyribose có gắn một base, có thể là Adenine (dATP) hay Thymine (dTTP) hay Cytosine (dCTP) hay Guanine (dGTP) , ở carbone số 1 (C1). Ba phân tử phosphate (triphosphate) được gắn tại carbone số 5 (C5) của phân tử deoxyribose này và đây chính là nơi mà dNTP gắn vào đầu 3′ của chuỗi bổ sung trên chuỗi DNA đích. Năng lượng để cho phản ứng này xảy ra được lấy từ các nối phosphate giàu năng lượng của triphosphate trên dNTP. Ðó cũng chính là lý do tại sao phải là dNTP chứng không phải là dNDP (diphosphate) hay dNMP(monophosphate).
Mồi (primer)
Mồi là những đoạn DNA sợi đơn ngắn và cần thiết cho việc xúc tiến phản ứng dây chuyền tổng hợp DNA. Chúng nhận ra phần DNA cần được nhân lên, bắt cặp bổ sung với một đầu của DNA mẫu và tạo ra vị trí bắt đầu tái bản. Các mồi này có chiều ngược nhau, bao gồm một mồi xuôi (forward primer) và một mồi ngược (reverse primer).
Mồi là yếu tố quan trọng nhất của phản ứng PCR, quyết định tính đặc hiệu
của phản ứng
Trong thử nghiệm PCR, đoạn mồi có hai vai trò chính : (1) Quyết định nên tính đặc hiệu của thử nghiệm, vì nếu đoạn mồi được chọn càng đặc hiệu cho chuỗi đích, nghĩa là chỉ có thể bắt cặp trên chuỗi đích mà không thể bắt cặp được trên các chuỗi DNA khác ngoài chuỗi đích, thì sản phẩm PCR càng đặc hiệu và thử nghiệm PCR càng đặc hiệu. (2) Khởi động men polymerase vì men polymerase chỉ có thể bắt đầu tổng hợp sợi bổ sung cho chuỗi DNA đích một khi nó nhận dạng được đầu 3′ (là đầu mà nó xúc tác cho một dNTP được gắn vào) đang ở tình trạng sợi đôi
5. Enzim DNA polymerase (Taq)
Là enzim xúc tác cho quá trình lắp ráp các nucleotide A, T, G, C vào mạch DNA mới tổng hợp, phải là men polymerase chịu được nhiệt độ cao.
Vào thập niên 1960, nhà Vi sinh vật học Thomas Brock đã đến Công viên Quốc gia Yellowstone (Bang Wyoming, Mỹ) để nghiên cứu các vi sinh vật ưa nhiệt sống trong suối nước nóng 80-90 0C. Ông đã phát hiện một loài vi khuẩn phát triển mạnh ở nhiệt độ cao, có tên là Thermus aquaticus. Hai mươi năm sau, các nhà khoa học của tập đoàn Cetus (Tập đoàn Công nghệ Sinh học California) đã nhận thấy rằng DNA polymerase từ Thermus aquaticus (Taq-polymerase) có khả năng giải quyết vấn đề của enzim biến tính sau mỗi chu kỳ. DNA polymerase chịu nhiệt sử dụng cho phản ứng PCR lần đầu tiên được bán trên thị trường là Taq-polymerase. Từ đó đến nay, một số vi sinh vật chịu nhiệt khác đã được khám phá và người ta đã tách chiết thêm được các DNA polymerase chịu nhiệt để sử dụng cho phản ứng PCR như Vent– polymerase (Tli-polymerase), Pfu– polymerase, rTth …
6. DNA mẫu (DNA template) là mẫu DNA mà chúng ta sẽ khuếch đại. Có thể là DNA kép, đơn, hoặc RNA được tách chiết từ các đối tượng nghiên cứu. DNA khuôn có độ nguyên vẹn cao tránh lẫn tạp chất.
VII. Chu kỳ nhiệt
Có 3 giai đoạn chính trong phản ứng PCR và chúng được lặp đi lặp lại nhiều lần (chu kỳ) (thường từ 25 đến 75 chu kỳ).
* Giai đoạn biến tính (denaturation): tách chuỗi DNA từ sợi đôi tách thành 2 sợi đơn. Nhiệt độ tăng lên 94-96°C để tách hai sợi DNA ra. Bước này gọi là biến tính, nhiệt độ tăng lên sẽ phá vỡ cầu nối hydrogen của chuỗi DNA. Trước chu kỳ 1, DNA thường được biến tính đến thời gian mở chuỗi để đảm bảo mẫu DNA và mồi được phân tách hoàn toàn và chỉ còn dạng sợi đơn. Thời gian ở giai đoạn này khoảng : 1-2 phút.
* Giai đoạn bắt cặp (annealing): gắn cặp mồi đặc trưng theo nguyên tắc bổ sung. Sau khi 2 sợi DNA tách ra, nhiệt độ được hạ xuống để mồi có thể gắn vào sợi DNA đơn. Nhiệt độ giai đoạn này phụ thuộc vào đoạn mồi và thường thấp hơn nhiệt độ biến tính khoảng 45-60°C. Sử dụng sai nhiệt độ trong giai đoạn này dẫn đến việc đoạn mồi không gắn hoàn toàn vào DNA mẫu, hay gắn một cách tùy tiện. Thời gian bắt cặp từ 1-2phút.
* Giai đoạn kéo dài (extension): tổng hợp chuỗi DNA mới giống chuỗi DNA gốc. DNA polymerase gắn tiếp vào sợi trống. Nó bắt đầu bám vào và hoạt động dọc theo sợi DNA. Nhiệt độ kéo dài phụ thuộc DNA-polymerase. Thời gian của bước này phụ thuộc vào cả DNA-polymerase và chiều dài mảnh DNA cần khuếch đại. Như một quy tắc 1000bp/ 1 phút .
Các đoạn DNA mới được hình thành lại được sử làm khuôn để tổng hợp cho các chu kỳ tiếp theo.
Như vậy số lượng bản sao sẽ tăng gấp 2 sau mỗi chu kỳ và sau n chu kỳ, tính theo lý thuyết số lượng bản sao là 2n
VI. Các ứng dụng
Kỹ thuật PCR được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nghiên cứu khoa học đến sản xuất và đời sống xã hội. Những ứng dụng chính của kỹ thuật PCR là:
– Xác định các đoạn trình tự cần nghiên cứu
– Phát hiện đột biến
– Nghiên cứu quá trình tiến hoá phân tử
– Phục hồi các gen đã tồn tại hàng triệu năm
– Chọn giống vật nuôi, cây trồng
– Lựa chọn các cặp cha mẹ thuần chủng trong thời gian ngắn
– Xác định các loài mới, các loài đặc hữu bằng phưng pháp di truyền phân tử
Y học – Khoa học hình sự.
– Chuẩn đoán chính xác các bệnh nhiễm trùng từ vi khuẩn, nấm, virus
– Chuẩn đoán sớm các bệnh gây ra do ung thư, các bệnh di truyền
– Xác định huyết thống, truy tìm dấu vết tội phạm
– Là kỹ thuật nền cho các kỹ thuật khác như: RAPD, SSR…
+ Nguyễn Thị Thu Lan, Nguyễn Hoàng Chương, Hồ Huỳnh Thuỳ Dương, Huỳnh Thị Lệ Duyên, Phan Kim Ngọc. 2003. Xác định giới tính ở heo bằng kỹ thuật PCR. Tạp chí di truyền & ứng dụng ,Số 4.
+ Tang và ctv (2000) đã dùng kỹ thuật PCR competitive để định lượng WSSV (White Spot Syndrome Virus) nhiễm trong Penaeus monodon Fabricius để phân loại giai đoạn nhiễm WSSV thành mức độ nhẹ, trung bình và nặng, từ đó có cách xử lý thích hợp làm giảm thiệt hại trong nghề nuôi tôm (Tang, K. F. J., Lightner D. V.,2000. Quantification of white spot syndrome virus DNA throught a competitive polymerase chain reaction. Aquaculture, 189:11-21)
+ Phát hiện nhanh Salmonella spp. trong thực phẩm (Phẩm Minh Thu, Phan Thu Dòng, Trương Xuân Liên và cộng sự. Viện Pasteur TP.HCM)
+ Áp dụng kỹ thuật PCR sản xuất Bộ KIT chuẩn đoán bệnh đốm trắng trên tôm, bệnh vàng lá gân xanh. Viện NC&PT Công nghệ Sinh học- Đại học Cần Thơ.
CÁC KỸ THUẬT IN DẤU DNA (DNA FINGERPRINTING)
I. Kỹ thuật RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA)
1. Giới thiệu
Là phương pháp phân tích đa dạng DNA khuyếch đại ngẫu nhiên, kỹ thuật này được phát hiện vào năm 1990 (Welsh và McClelland; William và ctv.). Dùng nghiên cứu sự khác biệt di truyền của những loài khác nhau. Mồi được sử dụng trong kỹ thuật RAPD là những sợi oligonucleotide gồm 10-mer có trình tự sắp xếp ngẫu nhiên. Các sản phẩm RAPD được phân tích bằng cách điện di trên gel agarose. Hệ gen của hai loài khác nhau sẽ cho những đoạn băng trên gel khác nhau, từ đó có thể so sánh sự đa dạng sinh học của các giống cây.
2. Nguyên tắc
Kỹ thuật RAPD dựa trên kỹ thuật PCR, bằng cách sử dụng những primer ngắn (khoảng 10 nucleotide) có trình tự biết trước, bắt cặp và nhân bản ngẫu nhiên những đoạn DNA có trình tự bổ sung với trình tự của các primer. Các đoạn mồi oligonucleotide nếu bắt cặp ngẫu nhiên với cả hai mạch đối diện của mạch khuôn DNA trong khoảng cách có thể khuếch đại được (dưới 3000bp) sẽ cho ra những đoạn DNA có kích thước khác nhau sau khi khuếch đại. Sự có mặt của các sản phẩm DNA khác nhau chứng tỏ đã có một sự tương đồng hoàn toàn hay một phần giữa DNA bộ gen và mồi. Các mồi dùng trong RAPD thường ngắn vì vậy dễ dàng tìm được các đoạn tương đồng trên mạch đơn DNA bộ gen. Do đó tính đa dạng thu được nhờ RAPD là đáng tin cậy, vì khi có sự thay đổi một base nitơ nào đó thì nó sẽ ngăn cản việc tiếp hợp giữa mồi và DNA mạch khuôn. Sự mất đoạn nhiễm sắc thể hoặc sự thêm bớt điểm gắn mồi cũng như sự xen vào của một gen nào đó sẽ làm thay đổi kích thước đoạn DNA được khuếch
Dùng nhiều primer khác nhau sẽ khuếch đại nhiều đoạn gen với kích thước khác nhau, kết quả này được thể hiện trên gel với nhiều băng (band) ở những vị trí khác nhau, các băng đa hình được ghi nhận và từ đó có thể vẽ được bản đồ trên một quần thể đang phân ly.
Sinh vật cùng loài sẽ có kiểu gen hoàn toàn giống nhau, sẽ khuyếch đại các đoạn DNA có kích thước giống nhau khi sử dụng bất kỳ mồi ngẫu nhiên nào để chạy PCR. Sinh vật khác nhau ít nhiều sẽ khác nhau về kiểu gen _ đa dạng về sinh học, thì với một số mồi ngẫu nhiên nào đó các đoạn DNA được khuyếch đại sẽ có kích thước khác nhau.
Là đoạn ngắn oligonucleotide đơn (10 nu) được tổng hợp một cách ngẫu nhiên, có hàm lượng G+C từ 60-70%, và không có đầu tự bổ sung.
Để tìm sự khác biệt giữa các loài, người ta thường sử dụng một số lượng lớn các mồi ngẫu nhiên.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều mồi ngẫu nhiên được tổng hợp nhân tạo.
3. Qui trình thực hiện kỹ thuật RAPD
– Thiết kế mồi
– Chuẩn bị mẫu DNA: mẫu DNA được ly trích phải đủ thuần, Ít tạp chất.
– Pha mix cho phản ứng PCR với các thành phần theo thứ tự sau:
H 2 O tiệt trùng, Buffer, dNTP tổng số, mồi xuôi, mồi ngược, Taq polymerase, DNA mẫu.
– Cho vào máy lập chương trình chạy phù hợp
– Kiểm tra sản phẩm PCR trên gel agarose với sự có mặt của thang chuẩn
– Phân tích kết quả bằng phần mềm BioPRO.
– Xác định tính di truyền bằng các phần mềm thông dụng. Các số liệu thu được cho thấy sự gần gũi hay cách biệt di truyền của các mẫu nghiên cứu.
– Hệ số đồng dạng di truyền có thể được tính theo công thức của M. Nei & Li (1979)
N i: số vạch của giống i
N j: số vạch của giống j
N ij: số vạch chung của 2 giống i và j
4.Ứng dụng
Kỹ thuật RAPD được ứng dụng đê nghiên cứu đa dạng di truyền của các giống.
Thiết lập bản đồ di truyền: từ quần thể cha mẹ F1 và quần thể phân ly F2, người ta có thể đánh giá các băng hiện diện , sau đó dùng phần mềm phổ biến hiện nay là Mapmarker để thiết lập bản đồ di truyền.
Sử dụng kỹ thuật RAPD “Nghiên cứu đa dạng sinh học của giống cây có múi ở huyện Gò Quao, tỉnh Kiên Giang”. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng 4 mồi A02, A04, A11 và A13 trong phân tích đa dạng di truyền ; kết quả có 49 dấu phân tử được ghi nhận. Từ đó vẽ được giản đồ phả hệ của các giống cây này. Nguyễn Hữu Hiệp, Trần Nhân Dũng, Đặng Thanh Sơn và Nguyễn Văn Được. Tạp chí Khoa học 2004:1, trang 105-114.
Phương pháp RAPD có những nhược điểm:
Sự xuất hiện các băng tính trội, điều đó không phân biệt được cá thể đồng hợp tử và cá thể dị hợp tử.
Tính lập lại không cao do primer là primer ngẫu nhiên và phụ thuộc điều kiện phản ứng PCR.
Trở ngại trong việc giải thích các băng có cùng tóc độ di chuyển.
Những ưu điểm nổi bật của kỹ thuật RAPD:
Phương pháp phát hiện nhanh tính đa dạng di truyền
Đơn giản, không dòi hỏi kỹ thuật cao.
Tương đối rẽ tiền so với các phương pháp khác như RFLP, SSR…
Không dùng đồng vị phóng xạ.
kỹ thuật AFLP
I. Giới thiệu
Kỹ thuật AFLP (Amplified Fragments Length Polymorphism) được hiểu là sự đa dạng của các đoạn DNA được nhân lên có định hướng sau khi bị cắt bởi 2 enzim giới hạn, sử dụng những phân đoạn DNA làm khuôn cho phản ứng khuếch đại PCR. AFLP là một trong những kỹ thuật in dấu DNA được phát triển bởi Vos và cộng sự năm 1995. Kỹ thuật này là một công cụ hữu ích để xác nhận nhiều loci của đa hình DNA mà không cần phải biết trước thông tin về trình tự DNA của chúng (Michelmore và ctv., 1998), phương pháp này có thể đưa ra nhanh chóng một ước lượng độ đa dạng di truyền trong và giữa những quần thể với nhau (Breyen và ctv., 1997; Cervera và ctv.,1996)
II. Nguyên tắc
Nguyên tắc của phương pháp AFLP cũng giống như RFLP, điểm khác biệt cơ bản là AFLP không cần tiến hành lai phân tử (lai Southern blot ), do vậy thực hiện nhanh hơn. Kỹ thuật AFLP gồm hai nội dung cơ bản là:
– Cắt DNA bằng enzim giới hạn có bổ sung các adaptor đặc hiệu tạo nên các đoạn mút giống nhau, đặc trưng cho các mồi đã chọn trước. Cặp enzyme thường được dùng nhất là E coRI – M se I. Đoạn adaptor gồm 2 phần: phần trình tự lõi và phần trình tự đặc hiệu cho vị trí cắt enzyme.
– Khuếch đại đoạn DNA bằng kỹ thuật PCR ngắt quãng với hai loại mồi khác nhau. Mồi của phản ứng PCR được thiết kế dựa trên trình tự adaptor và chứa một trình tự chọn lọc khoảng vài nucleotide. Chỉ những phân đoạn DNA nào chứa cả trình tự adaptor và trình tự nucleotide chọn lọc mới được khuếch đại, chính trình tự chọn lọc sẽ làm giảm sự xuất hiện sản phẩm PCR và làm đơn giản quá trình phân tích.
I. Kỹ thuật AFLP
1. Qui trình
Qui trình thực hiện AFLP gồm bốn bước:
Bước 1: Digestion
Dùng 2 enzim giới hạn EcoRI (ít có = 4096 bases) có trình tự nhận biết 6 base và MseI (thường có = 256 bases) có trình tự nhận biết 4 base, cắt DNA khuôn thành những phân đoạn. Hai enzym giới hạn này được dùng để sắp xếp lại DNA nhờ kết hợp với 2 adaptor có cấu trúc làm cho dây DNA không trở lại hình dạng ban đầu
Vị trí cắt của enzim
Eco RI = 5′-G AATT C-3′
3′-C TTAA G-5′
Mse I = 5′-T TA A-3′
3′-A AT T-5′
Bước 2 : Ligation
Nối với EcoRI adaptor và Mse I adaptor, là những oligonucleotide sợi đôi gắn vào 2 đầu phân đoạn DNA. Cấu trúc của 2 adaptor như sau :
Eco RI-adaptor
5′-CTCGTAGACTGCGTACC
CTGACGCATGGTTAA-5′
Mse I-adaptor
5′-GACGATGAGTCCTGAG
TACTCAGGACTCAT-5′
Bước 3 : Tiền khuếch đại
– Chạy PCR với các mồi (primer) chọn lọc, các mồi này được cấu tạo gồm 3 phần : trình tự nồng cốt (CORE) + trình tự theo enzim (ENZ) + trình tự chọn lọc (EXT) (theo định hướng của người nghiên cứu ký hiệu là NNN, có thể là TGA hoặc AAC hoặc CTG…)
Nhờ vậy, chỉ những phân đoạn có nu bổ sung được với nu chọn lọc được nhân lên. Sự khuếch đại chọn lọc như vậy làm giảm số lượng phân đoạn hàng ngàn lần. Chỉ những đoạn DNA ngắn có một đầu là primer MseI và một đầu là primer EcoRI là được khuếch đại đáng kể, các đoạn có hai đầu là EcoRI bị mất đi do số lượng ít và hai đầu là Mse I tự tạo thành vòng nhỏ DNA do cạnh tranh với primer. Sản phẩm tiền phản ứng được pha loãng và được dùng làm vật liệu để khuếch đại với đoạn mồi chọn lọc màu huỳnh quang.
Bước 4 : Khuếch đại
Sản phẩm PCR của bước tiền khuếch đại được dùng làm khuôn cho bước khuếch đại sau đó, sử dụng primer có gắn 3 nu chọn lọc ở đầu 3′ và chỉ EcoRI primer được đánh dấu huỳnh quang ở đầu 5′. Vì vậy, chỉ những sợi chứa Eco RI được phát hiện trên máy ABI 310. PCR được xảy ra với thông số miêu tả bởi Cervera và ctv (1996). Phản ứng bắt đầu với nhiệt độ cao gắn mồi tối hảo cho mồi chọn lọc. Nhiệt độ này giảm dần sẽ làm tăng sự kết hợp. Sử dụng primer gắn với 3 nu chọn lọc sẽ giúp hạn chế việc bắt cặp sai (mismatch), chỉ nhân lên một số lượng lớn những băng chuyên biệt.
Ngoài ra, việc khuếch đại qua 2 bước có những thuận lợi hơn khuếch đại trực tiếp như:
– Phổ diện rõ hơn vì không có quá nhiều loại marker.
– Qua bước tiền khuếch đại, tạo lượng lớn DNA khuôn cho sự khuếch đại dễ dàng và hiệu quả hơn.
– Sau khi xong phản ứng, mẫu được biến tính bằng cách thêm một lượng tương đương thể tích 15µl dung dịch đệm Formamide và đun nóng 5′ ở 95 o C. 1ml mỗi mẫu được nạp tự động vào ống mao quản (capilary) polymer ABI 310.
Hình : các bước thực hiện kỹ thuật AFLP
2. Ưu và nhược điểm của kỹ thuật AFLP
Ưu điểm của kỹ thuật AFLP
– AFLP không phức tạp như RFLP nhưng vẫn khảo sát được toàn bộ gen.
– Có tính lặp lại cao hơn RAPD và chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ DNA ban đầu (2.5pg-25ng)
– Khuếch đại có chọn lọc một lượng lớn các đoạn DNA đa hình (polymorphism) trong một phản ứng PCR, phù hợp cho việc phân tích đa dạng giữa các quần thể có quan hệ gần nhau.
– Không cần biết trước trình tự DNA của gen cần nghiên cứu, không cần sử dụng nhiều loại primer.
– Là kỹ thuật in dấu DNA còn khá mới lạ nhưng rất hiệu quả, có thể in dấu DNA của bất kỳ nguồn gốc phức tạp nào từ sinh vật sơ hạch, thực vật, động vật đến con người.
Nhược điểm
– Tuy nhiên AFLP là một marker trội, điều này làm hạn chế phân biệt cá thể đồng hợp và dị hợp.
– Qui trình dài, phức tạp, tốn nhiều thời gian thực hiện.
– Lệ thuộc nhiều vào thao tác ở những bước đầu để có được phổ diện các phân đoạn DNA lý tưởng.
III. Ứng dụng
– In dấu DNA, lập bản đồ DNA marker có hiệu quả nhất so với những marker khác (Vos và ctv., 1995).
– Tạo nhóm liên kết di truyền giữa các giống.
– Đánh giá mức độ liên hệ di truyền hoặc sự khác nhau giữa các giống.
– Là công cụ hiệu quả để phát hiện tính chất đa hình nên dễ dàng nhận biết sự khác biệt giữa các cá thể.
Travis và cộng sự đã ứng dụng kỹ thuật AFLP để đánh gía sự đa dạng di truyền giữa tất cả những quần thể của Astragalus cremnophylax . Chín loại mồi đã được sử dụng để cho ra 325 vạch của 143 cá thể được thu mẫu từ ba quần thể. Từ kết quả phân tích được, Travis và cộng tác viên (1996) có thể biểu thị đặc điểm của sự đa dạng di truyền và cấu trúc quần thể của chúng và đưa ra hướng quản lý việc bảo tồn loài cây này.
(Travis, S. E., J. Maschinski and P. Keim, 1996. An analysis of genetic variation in Astragalus cremnophylax a critically – endangered plant, using AFLP marker. Molecular Ecology 5:735-745)
Van Droogenbroek B. et al., 2002. kỹ thuật này được ứng dụng để nghiên cứu mối quan hệ di truyền giữa các giống đu đủ trồng và đu đủ hoang dại (Caricaceae) ở Ecuador
(Van Droogenbroek B., Breyne P., Goetghebeur P., Romeijin Peter E., Kyndt T., Gheysen G., 2002. AFLP analysis of genetic relationships among papaya and its wild relative (Caricaceae) from Ecuador. Theor Appl Genet 105: 289-297)
Nguyễn Thị Loan Anh và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật AFLP để nghiên cứu đa dạng sinh học các giống bưởi (Citrus maxima (Burm.) Merr.) ở Việt Nam. Kết quả tổng số có 60 dấu phân tử ghi nhận được, trong đó có 6 dấu phân tử xuất hiện ở tất cả các giống bưởi nghiên cứu, 2 dấu phân tử xuất hiện với tần suất 1/40 giống.
(Nguyễn Thị Loan Anh, Đỗ Tấn Khang, Trần Nhân Dũng, Hà Thanh Toàn, Tina Kyndt, Godelieve Gheysen, Marcelle Holsters, 2008. Nghiên cứu đa dạng sinh học các giống bưởi ( Citrus maxima (Burm.) Merr.) ở Việt Nam. Hội nghị khoa học cây ăn trái quan trọng ở Đồng Bằng Sông Cửu Long. NXB Nông Nghiệp TPHCM).
--- Bài cũ hơn ---
Tìm Hiểu Về Dịch Vụ Xét Nghiệm Xác Định Đột Biến Gen Bằng Kỹ Thuật Pcr
Tư Vấn Xét Nghiệm Hiv Bằng Phương Pháp Pcr
Tìm Hiểu Phương Pháp Xét Nghiệm Pcr Hiv Hiện Nay
Tại Sao Áp Dụng Gộp Mẫu Thực Hiện Xét Nghiệm Rt
Những Ai Cần Làm Xét Nghiệm Rt