Vài Nét Về Nghiên Cứu Đa Dạng Di Truyền Quần Thể

Nghiên cứu đa dạng di truyền quần thể là một trong những hướng đi quan trọng trong sinh học. Trong bài viết này, kỹ sư Nguyễn Chí Thanh điểm qua một số điểm cơ bản đáng chú ý nhằm cung cấp độc giả cái nhìn chung về chuyên ngành. Trong nghiên cứu cộng tác với Đại Học An Giang, hướng đi chính của tác giả là di truyền giống và di truyền quần thể trên thực vật. 

1. Nghiên cứu đa dạng di truyền là gì?

Là nghiên cứu sự biến đổi của sinh vật hay quần thể sinh vật ở cấp độ di truyền (gen, DNA).

2. Đa dạng di truyền có vai trò như thế nào?

Đa dạng di truyền là cơ chế giúp sinh vật tồn tại trong những điều kiện khác nhau nên cần thiết cho tất cả các sinh vật để duy trì nòi giống. Thông qua đa dạng di truyền, sinh vật tạo nên những cơ chế mới, kháng lại các loại dịch bệnh và thích nghi với biến đổi môi trường.

3. Ứng dụng của nghiên cứu đa dạng di truyền

• Bảo tồn nguồn gen: lưu trữ số lượng quần thể ít nhưng có kiểu gen nhiều nhất
• Lai chọn tạo giống mới: định hướng và quyết định lai tạo, chọn tạo giống từ những bố mẹ nào
• Bảo vệ bản quyền giống ở cấp độ di truyền
• Nghiên cứu tiến hóa

Một số thuật ngữ liên quan

• Primer: đoạn DNA trình tự ngắn được xác định vị trí trên DNA
• Marker: chỉ thị – những đoạn DNA trình tự ngắn được xác định vị trí trên DNA (một marker có thể có nhiều primer) có hai loại là chỉ thị trội và đồng trội trong đó chỉ thị đồng trội có ưu thế trong việc phân biệt các dạng allele khác nhau của cùng loci
Allele: các vị trí tương ứng nhau trên DNA. Nhiều tài liệu xem allele là gen đẳng vị nhưng điều này không chính xác vì thực tế nó xuất phát từ thời Mendel nhưng về sau khái niệm này không phù hơn ở mức độ di truyền phân tử nữa. Ở mức phân tử allele
• Loci (locus số nhiều của loci): vùng tương đồng di truyền trên các cá thể hay quần thể cùng loài (một loci chứa nhiều allele)
• PCR: PCR là một trong những kỹ thuật quan trọng không thể thiếu của ứng dụng DNA marker nghiên cứu di truyền. PCR viết tắt từ chữ Polymerase Chain Reaction, đây là phương pháp nhân nhanh một đoạn DNA trong ống nghiệm tạo ra hàng triệu bản sao của một vùng DNA cần nghiên cứu

(Hình cover: Kết quả điện di sản phẩm PCR của ba marker RM21, RM163 và RM 204 trên lúa)

• RM21, RM163 và RM204 được gọi là các marker. Mỗi marker như vậy có 2 primer (mồi xuôi và mồi ngược). Có các marker chỉ có một primer hoặc nhiều hơn 2 primer
• Mỗi một marker tương ứng với một loci tạo ra trên mỗi dòng lúa một tập hợp các băng điện di
• Trên mỗi loci, các băng điện di sẽ có vị trí cao thấp khác nhau do trọng lượng phân tử của sản phẩm do dòng lúa và marker tạo ra. Mỗi vị trí như vậy gọi là allele.

NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN QUẦN THỂ

Nghiên cứu đa dạng di truyền quần thể có thể hiểu một cách ít phức tạp là đi tìm sự giống nhau, khác nhau của các cá thể hay quần thể nhỏ trong một tập hợp quần thể lớn hơn ở cấp độ di truyền. Từ đó suy ra mối quan hệ giữa các đối tượng đó trong một tổng thể chung. Có hai phương pháp phổ biến là đánh giá kiểu hình và đánh giá trực tiếp kiểu gen.

Đánh giá kiểu hình (tác giả làm năm 2006):
– Sử dụng các chỉ tiêu về kiểu hình bằng cân, đo, đếm và cho điểm các tính trạng của các đối tượng rồi sau đó dựa vào thống kê để loại bỏ các yếu tố biến động do môi trường để tính ra thông số kiểu gen.
– Tính vai trò của từng tính trạng đó trong phương trình di truyền.
– Tính ma trận khoảng cách di truyền của các đối tượng với nhau
– Cuối cùng là ghép nhóm theo nguyên tắc khoảng cách ngắn nhất
– Cuối cùng là cây phân nhóm di truyền dạng UPGMA từ số liệu kiểu hình

Cách này có nhược điểm rất lớn là do “kiểu hình = kiểu gen + tác động môi trường” nên việc cân đo, đếm, thường bị biến động lớn và thiếu chính xác.

Đánh giá trực tiếp trên DNA (kiểu gen) (tác giả làm năm 2017):

– Sử dụng các marker để ghi nhận kết quả cấu trúc di truyền trực tiếp trên DNA (loại bỏ tác động môi trường)
– Kết quả điện di sản phẩm PCR được ghi nhận
– Kiểm tra các chỉ số hiệu quả của các marker
– Phân tích cấu trúc quần thể bằng PCoA và trắc nghiệm AMOVA (tương tự ANOVA nhưng dành cho di truyền phân tử)
– Phân tích khác biệt di truyền (%) của các đối tượng tức tạo được ma trận khác biệt di truyền
– Ghép nhóm các đối tượng theo nguyên tắc khác biệt di truyền nhỏ nhất
– Cuối cùng là cây phân nhóm di truyền dạng UPGMA từ số liệu ma trận khác biệt di truyền kiểu gen hoặc ghép nhóm bằng phương pháp k-means
– Chia nhóm quần thể theo kết quả mới và kiểm định kết quả phân nhóm bằng PCoA và trắc nghiệm AMOVA
(Nghiên cứu này được thực hiện tính toán bằng R với gói poppr, dplyr, hierfstat, diveRsity, PopGenKit, và vegan)

Nguyễn Chí Thanh

Bài được đăng dưới sự cho phép của tác giả. Bài đăng lại xin dẫn nguồn IBSGAcademic.com.