Giáo trình -công nghệ di truyền - chương 1

Chương 1Chương I : TẠI SAO TẠO DÒNG GEN LẠI QUAN TRỌNG ?Cách đây hơn một thế kỷ, Gregor Mendel đã đưa ra quy luật để giải thích sự di truyền của những đặc tính sinh học. Giả thuyết nền tảng của những quy luật này là mỗi đặc tính di truyền của sinh vật được điều khiển bởi một nhân tố gọi là gen (gene). Việc khám phá lại những quy luật của Mendel năm 1900 đã đánh dấu sự ra đời của ngành di truyền học (genetics). 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN SỚM CỦA NGÀNH DI TRUYỀN HỌC Trong...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình -công nghệ di truyền - chương 1Chương 1 Chương I : TẠI SAO TẠO DÒNG GEN LẠI QUAN TRỌNG ? Cách đây hơn một thế kỷ, Gregor Mendel đã đưa ra quy luật để giải thích sự ditruyền của những đặc tính sinh học. Giả thuyết nền tảng của những quy luật này là mỗiđặc tính di truyền của sinh vật được điều khiển bởi một nhân tố gọi là gen (gene). Việckhám phá lại những quy luật của Mendel năm 1900 đã đánh dấu sự ra đời của ngành ditruyền học (genetics). 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN SỚM CỦA NGÀNH DI TRUYỀN HỌC Trong 30 năm đầu tiên, ngành di truyền học phát triển với tốc độ đáng kinh ngạc.Giả thuyết cho rằng gen nằm trong NST được đưa ra bởi W. Sutton năm 1903 và đượccủng cố bởi thí nghiệm của T. H. Morgan năm 1910. Sau đó, Morgan và những cộng sựcủa ông ta đã phát triển những kỹ thuật để lập bản đồ gen (gene mapping) và cho ra mộtphép phân tích toàn diện để xác định vị trí tương đối hơn 2000 gen của 4 NST trên ruồidấm (fruit fly) có tên khoa học là Drosophila melanogaster vào năm 1922. Cho đến những năm 1940, mặc dù đã có nhiều nghiên cứu rất rõ về di truyền nhưngngười ta vẫn chưa thật sự hiểu cấu trúc tự nhiên của gen là gì. Chỉ sau khi những thínghiệm của Avery, MacLeod, McCarty năm 1944; thí nghiệm Hershey và Chase năm1952 được tiến hành, người ta mới tin rằng DNA là vật liệu di truyền của gen. Việc khámphá ra vai trò DNA giúp thúc đẩy những nghiên cứu về di truyền học và nhiều nhà sinhhọc nổi tiếng như Delbruck, Chargaff, Crick, Monod… đã có nhiều đóng góp to lớn chogiai đoạn thứ hai của di truyền học. Trong vòng 14 năm (1952-1966) có nhiều phát hiệnquan trọng : xây dựng cấu trúc DNA, giải được mã di truyền và quá trình dịch mã - phiênmã được mô tả. 1.2 SỰ RA ĐỜI CỦA TẠO DÒNG GEN Cuối thập niên 1960, những kỹ thuật không đủ tinh vi để nghiên cứu gen một cáchchi tiết hơn. Sau đó, từ 1971-1973, nghiên cứu di truyền được “sống lại” nhờ những thiếtbị thí nghiệm và tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực này. Những phương pháp mớinày đã nghiên cứu trong một khoảng thời gian trước khi được lên kế hoạch và đi vào thựctiễn vì việc áp dụng chúng sẽ khó khăn nếu chưa có những thành công nhất định trướcđó. Những phương pháp này được ứng dụng cho kỹ thuật DNA tái tổ hợp (recombinantDNA technology) hoặc kỹ thuật di truyền (genetic engineering) và đóng vai trò hạt nhâncho tạo dòng gen. Điều này mở ra một hướng mới đầy triển vọng cho giai đoạn quantrọng thứ ba trong nghiên cứu di truyền. 1Chương 1 1.3 THẾ NÀO LÀ TẠO DÒNG GEN Những bước căn bản trong việc tạo dòng gen được liệt kê theo trình tự sau :1. Một đoạn DNA chứa gen cần tạo dòng được chèn vào DNA mạch vòng (gọi là vector)để tạo thể ghép (chimaera) hoặc phân tử DNA tái tổ hợp (recombinant DNA molecular).2. Vector này hoạt động như một vật mang chuyển gen vào tế bào chủ (thường là vikhuẩn)3. Trong tế bào chủ, những vector này nhân lên với số lượng lớn để tạo số lượng lớn cácbản sao chứa DNA của vector và gen nó mang.4. Khi tế bào chủ phân chia, những bản sao cũng được phân chia cho thế hệ tế bào sau vàquá trình tạo bản sao sẽ tiếp tục diễn ra.5. Khi có một lượng lớn tế bào phân chia, một dòng vô tính (colony hay clone) của nhữngtế bào giống y hệt nhau được tao thành. Mỗi tế bào trong dòng vô tính (clone) chứa mộthoặc nhiều bản sao chép của phân tử DNA tái tổ hợp. Điều này có nghĩa là gen đượcmang bởi phân tử DNA tái tổ hợp cũng được tạo dòng.1.4 TẠO DÒNG GEN ĐÒI HỎI NHỮNG CÔNG CỤ VÀ KỸ THUẬT CHUYÊN BIỆT1.1.1. Vật mang (Vehicles) Vật mang là thành phần quan trọng của tạo dòng gen. Nó có trách nhiệm chuyển gen vào tế bào chủ và sao chép chính bản thân nó. Để thực hiện được điều đó, chúng phải có khả năng xâm nhập vào tế bào chủ và nhân lên nhiều bản sao. Ở đây có 2 dạng phânt tử DNA tự nhiên thỏa mãn yêu cầu trên: 1. Plasmid: chúng là phân tử DNA nhỏ dạng vòng được tìm thấy trong vi khuẩn vàmột số sinh vật khác, có thể tự nhân lên độc lập với NST của tế bào chủ. 2. NST của Virus (Virus chromosomes) : trong NST đặc biệt của thể thực khuẩn(bacteriophages), chúng là nh ững virus lây nhiễm đặc biệt vào các vi khuẩn. Trong suốtquá trình xâm nhiễm, DNA của thể thực khuẩn tồn tại và nhân lên rất nhanh trong tế bàoch ủ. Chương 2 sẽ trình bày những điểm đặc trưng của plasmids, NST virus và cung cấpnền tảng cần thiết cho việc sử dụng chúng như một vật mang như thế nào. Hình 1.1 : Những bước cơ bản trong tạo dòng gen. 2Chương 11.4.2. KỸ THUẬT TIẾN HÀNH TRÊN DNA Plasmid và DNA của thể thực khuẩn có những đặc tính cơ bản đáp ứng được nhữngđòi hỏi của một vật mang. Nhưng khả năng đó sẽ lãng phí nếu không có những kỹ thuậtthí nghiệm để thao tác trên phân tử DNA trong phòng thí nghiệm. Những bước căn bảntrong tạo dòng gen đã trình bày ở trang 4 và hình 1.1 đòi hỏi kỹ năng thao tác khéo léo.Thứ nhất, những mẫu DNA tinh sạch phải được chuẩn bị sẵn sàng (vật mang và gen cầntạo dòng). Phương pháp tinh sạch DNA được phác thảo sơ nét ở chương 3. Bảng 1.1: Những kỹ thuật cơ bản để ứng dụng cho thí nghiệm tạo dòng gen: 1. Chuẩn bị mẫu DNA tinh sạch Chương 3 2. Cắt phân tử DNA Chương 4 3. Phân tích kích thước mẫu DNA Chương 4 4. Nối các phân tử DNA Chương 4 5. Chuyển DNA vào tế bào chủ Chương 5 6. Xác định những tế bào chứa DNA tái tổ Chương 5 – Chương 8 hợ p Để chuẩn bị mẫu DNA, cấu trúc DNA tái tổ hợp đòi hỏi vector được cắt ở nhữngđiểm riêng biệt và được sửa chữa giúp gen có thể chèn vào vật mang. Khả năng thao tácDNA bằng phương thức trên là điểm khởi đầu của nghiên cứu căn bản trong sự ...