GENOME LÀ GÌ

     

Công nghệ DNA tái tổ hợp

I. Bắt đầu Vào năm 1973, một tổ các nhà công nghệ đã sinh sản ra khung người sinh vật thứ nhất với các phân tử DNA tái tổ hợp. Theo đó, Cohen...

Bạn đang xem: Genome là gì


*

- vật liệu di truyền của một cơ thể: 1) nhiễm sắc thể trong tế bào vi trùng (hoặc một trong các mỗi các loại nhiễm sắc thể giả dụ hơn một loại gồm mặt, ví dụ: các nhiễm dung nhan thể lớn hoặc nhỏ xíu của Vibrio cholerae), 2) DNA hoặc RNA trong một virion, 3) nhiễm sắc đẹp thể cùng với mọi plasmid được phối hợp (ví dụ: nhiễm dung nhan thể với hai plasmid nhỏ dại trong vi trùng Buchnera).
Chuỗi genome hoàn chỉnh (nghĩa là trình tự hoàn chỉnh của những nucleotide vào genome) đang được công bố cho một trong những loài vi khuẩn. Các trình từ khác cũng đã được công bố, lấy một ví dụ genome của cây cúc dại (Arabidopsis thaliana) cùng genome người.
Genome chứa toàn thể thông tin di truyền và những chương trình cần thiết cho khung hình hoạt động. Ở những sinh vật nhân thiệt (eukaryote), 99% genome bên trong nhân tế bào với phần còn lại nằm trong một số cơ quan lại tử như ty thể cùng lạp thể. Đa số genome vi trùng và phần genome chứa trong những cơ quan tiền tử thường sẽ có kích thước bé dại và làm việc dạng vòng khép kín. Ngược lại, phần genome trong nhân thường rất lớn và phân bổ trên những nhiễm dung nhan thể dạng thẳng.
Dự án genome là dự án xác định kết cấu di truyền chính xác của một genome cơ thể sống, nghĩa là trình tự DNA của tất cả các gene của nó. Dự án công trình genome của một vài sinh vật quy mô (model organisms) đã được kết thúc như sau:
- những genome vi khuẩn. Những trình tự hoàn chỉnh của genome Escherichia coli đang được xác định theo thủ tục tổ hợp/tập đúng theo (consortium) của các phòng thí nghiệm. Năm 1995, hai trình trường đoản cú genome hoàn hảo của vi trùng Haemophilus influenzae và Mycoplasma genitalium cũng được hoàn thành. Loại M. Genitalium có một genome đơn giản và dễ dàng (khoảng 580.067 base), bởi vì nó phụ thuộc vật công ty để quản lý nhiều cỗ máy trao đổi chất của mình. Loại H. Influenzae là một vi khuẩn đặc thù hơn, và bao gồm genome khoảng tầm 1.830.121 base cùng với 1.749 gen.
- Chuỗi genome hoàn chỉnh của nấm men Saccharomyces cerevisiae đã được hoàn hảo trong năm 1996, nhờ vào một consortium của những phòng thí nghiệm. Genome của chúng dài 12.146.000 base.
- các dự án genome ở động vật hoang dã như: chuột, cừu, lợn, giun tròn (Caenorhabditis elegans), loài ruồi giấm (Drosophila melanogaster)…, hoặc sống thực vật như: lúa nước, lúa mì, ngô, táo, cúc dại…, mà rất nổi bật nhất trong số đó là dự án công trình genome người cũng sẽ được thực hiện.
Ngày 12. 2. 2001 genome người đã được ra mắt với khoảng 30.000 gen, ít hơn nhiều so với dự kiến trước đây (hàng trăm nghìn gen), cùng chỉ gấp hai lần giun tròn hoặc ruồi giấm. Fan ta đã khẳng định hệ gen fan giống 98% so với tinh tinh và tất cả đến 99% là tương đương nhau giữa những dân tộc, các cá thể. Bởi vì đó, vấn đề hình thành và cách tân và phát triển nhâncách, chỉ số thông minh... Phải đa phần trên cơ sở xã hội với sự rèn luyện của từng bạn để phát triển tiềm năng sinh học của phiên bản thân.
Trình trường đoản cú genome của các sinh vật quy mô rất có ý nghĩa trong những nghiên cứu và phân tích của một siêng ngành khoa học new đó là genome học (genomics). Phụ thuộc vào đây, những nhà sinh học phân tử có thể phân tích cấu trúc, hoạt động và chức năng của các gen, làm rõ ràng được vai trò của DNA lặp lại, DNA không đựng mã di truyền, DNA nằm giữa các gen... Điều quan trọng có ý nghĩa sâu sắc là lúc so sánh những genome cùng với nhau, có thể hiểu được buổi giao lưu của genome vào các cơ thể sống, quan hệ giữa chúng, sự phong phú và đa dạng sinh học với mức độ tiến hóa.
Kết quả những bước đầu so sánh genome giữa các loài sinh đồ gia dụng với nhau đã cho thấy thêm có ba đặc điểm nổi bật: 1) những gen phân bố trong genome không tuân theo qui luật, 2) kích thước của genome chuyển đổi không phần trăm thuận (tương quan) cùng với tính phức tạp của loài, 3) con số nhiễm sắc thể cũng rất khác nhau ngay trong những loài khôn cùng gần nhau.
Genome cất mọi tin tức di truyền đặc thù cho từng loài, thậm chí là cho từng thành viên trong loài. Genome tất cả thể bao gồm các phân tử DNA hoặc RNA. Đối với sinh thứ bậc cao, size genome biến hóa từ 109 bp (động vật gồm vú) cho 1011 bp (thực vật). Khác với tế bào tiền nhân (prokaryote), những gen trong genome của eukaryote thường xuyên tồn trên nhiều phiên bản sao với thường bị đứt quãng bởi các đoạn mã mù ko mang tin tức di truyền (các intron). Vày vậy, trong những vấn đề đang rất được quan chổ chính giữa là nên biết số lượng các gen khác nhau có mặt trong genome cũng giống như số lượng các gen chuyển động trong từng loại mô, từng giai đoạn phát triển và tỷ lệ các ren so với size genome...
Hầu không còn genome của cơ quan tử, tuy thế không phải luôn luôn, có dạng phân tử DNA mạch vòng đối kháng của một chuỗi duy nhất.
Genome của cơ sở tử mã hóa cho 1 số, chưa phải tất cả, những protein được kiếm tìm thấy trong cơ quan tử. Do có rất nhiều cơ quan liêu tử vào một tế bào, cho nên có khá nhiều genome của ban ngành tử bên trên một tế bào. Mang dù phiên bản thân genome của cơ sở tử là duy nhất. Nhưng nó cấu tạo gồm một chuỗi lặp lại1 liên quan với đa số chuỗi không lặp lại2 của nhân. Về nguyên tắc, những gen phòng ban tử được phiên mã và dịch mã bởi những cơ quan tử.

Xem thêm: Biết Nguyên Tử C Có Khối Lượng Bằng 1,9926, Biết Nguyên Tử C Có Khối Lượng Bằng 1


DNA ty thể (mitochondrial DNA-mtDNA) là 1 genome độc lập, thường là mạch vòng, được định vị trong ty thể.
- DNA ty thể của mộc nhĩ men S. Cerevisiae dài ra hơn nữa mtDNA của tế bào động vật năm lần do sự xuất hiện của các đoạn intron dài.
Các genome ty thể có size tổng số khôn xiết khác nhau, những tế bào động vật có size genome nhỏ (khoảng 16,5 kb ở động vật có vú) (Hình 2.1). Có khoảng một vài ba trăm ty thể bên trên một tế bào. Mỗi ty thể tất cả nhiều bản sao DNA. Số lượng tổng số của DNA ty thể đối với DNA nhân là rất nhỏ (
Trong mộc nhĩ men S. Cerevisiae, genome ty thể có kích thước khá to (khoảng 80 kb) và khác biệt tùy trực thuộc vào từng chủng. Có khoảng 22 ty thể bên trên một tế bào, khớp ứng khoảng 4 genome bên trên một ban ngành tử. Ở gần như tế bào sinh trưởng, phần trăm mtDNA rất có thể cao hơn (khoảng 18%).
Kích thước của genome ty thể ở các loài thực thứ là vô cùng khác nhau, về tối thiểu khoảng tầm 100 kb. Size lớn của genome vẫn gây khó khăn cho câu hỏi phân lập vẹn toàn DNA, nhưng phiên bản đồ cắt hạn chế (restriction map) vào một vài loài thực đồ vật đã cho biết thêm genome ty thể thường là một trong những chuỗi đơn, được cấu trúc như một mạch vòng. Vào mạch vòng này có những chuỗi tương đồng ngắn cùng sự tái tổ hợp giữa chúng đã sinh ra những phân tử tè genome (subgenome) mạch vòng nhỏ hơn, cùng tồn tại với genome “chủ” (master genome) trả chỉnh, đã lý giải cho sự tinh vi của những DNA ty thể làm việc thực vật
*

Bảng 2.1 tóm tắt sự phân công của những gen trong một số genome ty thể. Tổng số ren mã hóa protein là hơi ít, cùng không đối sánh với kích cỡ của genome. Ty thể động vật hoang dã có vú sử dụng những genome 16 kb của chúng để mã hóa cho 13 protein, trong những lúc đó ty thể nấm men S. Cerevisiae dùng những genome tự 60-80 kb mã hóa cho khoảng 8 protein. Thực trang bị với genome ty thể to hơn nhiều mã hóa cho nhiều protein hơn. Những intron được tra cứu thấy trong phần lớn các genome của ty thể, nhưng lại không tồn tại trong các genome rất nhỏ dại của động vật có vú.
Hai rRNA chính luôn được mã hóa vì genome ty thể. Số lượng các tRNA được mã hóa vị genome ty thể giao động từ không cho tới đầy đầy đủ (25-26 trong ty thể). Các protein ribosome được mã hóa vào genome ty thể của thực vật cùng sinh đồ gia dụng nguyên sinh, dẫu vậy chỉ bao gồm một không nhiều hoặc không tồn tại trong genome của nấm mèo và rượu cồn vật.
*

1.2. Genome của lạp thểDNA lạp thể (chloroplast DNA-ctDNA) cũng là một DNA genome độc lập, thường là mạch vòng, được tìm thấy vào lạp thể của thực vật.- Genome của lạp thể rất khác nhau về kích thước, nhưng đủ lớn để mã hóa cho khoảng 50-100 protein cũng giống như rRNA và tRNA.- DNA lạp thể lâu năm từ 120-190 kb. Những genome của lạp thể đã được phân tích trình tự cho thấy thêm có khoảng tầm 87-183 gen. Bảng 2.2 mô tả các chức năng được mã hóa vì genome lạp thể ở cây trồng.
*

Nói chung, các điểm sáng của genome lạp thể tựa như ở ty thể, kế bên lạp thể mang nhiều gen hơn. Genome lạp thể mã hóa cho tất cả các các loại rRNA với tRNA cần thiết trong tổng hòa hợp protein, và cho khoảng chừng 50 protein, bao hàm cả RNA polymerase và những protein ribosome.
Các intron trong lạp thể được phân thành hai nhóm: 1) gần như intron nghỉ ngơi trên các gen tRNA thường (mặc cho dù không chắc chắn chắn) được định vị trong vòng anticodon, y hệt như các intron được kiếm tìm thấy trong số gen tRNA của nhân nấm mèo men S. Cerevisiae; 2) hầu hết intron trong số gen mã hóa protein tương tự như với các intron của các gen ty thể.
Vai trò của lạp thể là thực hiện quá trình quang hợp. Do đó, nhiều gen của chính nó mã hóa cho những protein của những phức hợp định vị trong các màng thylakoid. Một vài phức tạp protein của lạp thể như là các phức hợp protein của ty thể: có một số trong những tiểu đơn vị được mã hóa vày genome của ban ngành tử và một trong những khác được mã hóa bởi vì genome của nhân. Dẫu vậy các phức tạp còn lại được mã hóa trọn vẹn bởi genome lạp thể.
Bản chất chung của eukaryotic genome được phản chiếu qua hễ học của việc tái liên kết các DNA (DNA reassociation kinetics) bị trở nên tính. Sự tái links giữa các chuỗi DNA bổ sung cập nhật xảy ra dựa vào bắt cặp base, trái lại với quy trình biến tính (denaturation) mà nhờ đó bọn chúng được bóc tách rời (Hình 2.2) để thực hiện sự tái phiên bản hoặc phiên mã. Động học của bội phản ứng tái liên kết phản ánh sự không giống nhau của những chuỗi hiện nay diện, chính vì thế phản ứng này hoàn toàn có thể được dùng làm định lượng những gen cùng các sản phẩm RNA của chúng.
*

Bảng 2.3 trình bày phản ứng tái liên kết. Sự hồi tính của DNA (renaturation) dựa vào vào sự va chạm ngẫu nhiên của những chuỗi bửa sung. Bội nghịch ứng của những DNA riêng lẻ có thể được miêu tả bằng những điều kiện quan trọng cho sự dứt một nửa (halfcompletion). Đây là tích số củaC0x t1/2và được hotline làC0t1/2. Quý giá này xác suất nghịch cùng với hằng số tốc độ. DoC0t1/2là tích số của độ đậm đặc và thời gian yêu cầu cho một nửa đường, yêu cầu một giá chỉ trịC0t1/2lớn hơn dẫn đến một làm phản ứng chậm trễ hơn.

Xem thêm: Giáo Án Văn 11 Bài Vĩnh Biệt Cửu Trùng Đài (Nguyễn Huy Tưởng)


Sự hồi tính của DNA thường sẽ có dạng con đường congC0t, con đường cong màn trình diễn đồ thị phân số của DNA được tái liên kết (1-C/C0theo log của C0t. Hình 2.3 trình diễn đường cong C0t của một số trong những genome đối kháng giản. Những đường cong có dạng tựa như nhau, tuy thế giá trịC0t1/2
Các genome vào hình 2.3 đại diện cho các nguồn DNA khác nhau (PolyU:PolyA, thực khuẩn thể MS2, thực khuẩn thể T4 và vi trùng E. Coli).C0t1/2liên quan liêu trực tiếp với lượng DNA trong genome. Điều này bội phản ánh chứng trạng khi genome trở nên phức tạp hơn, thì sẽ có được thêm một số bạn dạng sao của một vài chuỗi đặc biệt quan trọng trong một lượng DNA có trước. Ví dụ: nếuC0của DNA là 12 pg, thì nó vẫn chứa khoảng tầm 3.000 phiên bản sao của từng trình tự trong genome vi khuẩn.