Giải trình tự thế hệ mới trong chọn giống thực vật – MutMap

Việc xác định các gen/đột biến liên quan đến một tính trạng cụ thể và lập bản đồ liên kết, tìm kiếm các chỉ thị phân tử liên quan có vai trò quan trọng trong di truyền và chọn giống thực vật. Mapping gen với tính trạng là bài toán khó đòi hỏi phân tích qua nhiều thế hệ và phân tích trên một số lượng cá thể lớn. Công nghệ giải trình tự thế hệ mới (NGS) những năm gần đây cung cấp các cách tiếp cận hữu ích để giải bài toán mapping. Bên cạnh Nghiên cứu tương quan toàn hệ gen (GWAS) được áp dụng cho các tính trạng đa gen, Mapping by sequencing, hay gọi tắt là MutMap, là một công cụ hữu ích để tìm kiếm đột biến đơn gen liên quan đến một tính trạng cụ thể với thời gian ngắn và đòi hỏi ít công sức trong phòng thí nghiệm. Kể từ lần được giới thiệu đầu tiên vào năm 2012 bởi Abe và cộng sự (ref), các chiến lược khác nhau đã được phát triển trên cơ sở của MutMap như MutMap-Gap, MutMap+ và áp dụng thành công cho nhiều loài thực vật khác nhau.

Giải trình tự thế hệ mới (NGS) trong chọn giống thực vật - mapping by sequencing (MutMap)
Quy trình MutMap (A), MutMap-GAP (B) và MutMap+ (C) (Ref)

Nguyên lý MutMap

Sử dụng công nghệ giải trình thế hệ mới, MutMap lập bản đồ gen dựa trên các chỉ thị phân tử là SNP và indels. Các chỉ thị phân tử này có mật độ cao trên toàn hệ gen, cho phép lập bản đồ gen với độ phân giải cao, thậm chí chỉ ra các đột biến trực tiếp gây nên tính trạng. MutMap ban đầu được thiết kế đối với các đột biến lặn tạo ra bởi xử lý EMS. Cá thể đột biến M2 được lai với cá thể wildtype ban đầu tạo cá thể F1. Cá thể F1 sau đó được tự thụ tạo quần thể F2. DNA của các cây F2 mang kiểu hình đột biến được tách chiết, trộn lẫn với nhau theo cùng tỉ lệ và tiến hành giải trình tự. Các đột biến (SNP và indels) trong mẫu trộn DNA được xác định cùng với tần số đột biến. Theo quy luật phân ly, khi số lượng F2 trong mẫu trộn đủ lớn (thường trên 20 cá thể), một đột biến ngẫu nhiên sẽ có tần số xuất hiện tương đương 50%, trong khi đột biến liên kết với tính trạng đột biến có tần số xuất hiện 100%. Dựa vào đó, nhà khoa học có thể chỉ ra đoạn nhiễm sắc thể mang đột biến/gen liên quan đến kiểu hình quan tâm và xác định chính xác đột biến nào trên đoạn NST đó là đột biến nhân quả gây nên kiểu hình đột biến.

MutMap-GAP

Sự thành công của MutMap phụ thuộc rất lớn vào chất lượng của hệ gen tham chiếu. Một số đoạn trong hệ gen của giống phân tích có thể không có trong hệ gen tham chiếu của loài (gaps), dẫn đến một số đột biến không được xác định trong quy trình MutMap thông thường. MutMap-GAP sử dụng những đoạn đọc trình tự không được dóng hàng với hệ gen tham chiếu (unmapped reads) của cá thể wildtype, tiến hành lắp ráp De novo để xây dựng các đoạn trình tự bị thiếu (contigs). Phân tích sau đó được tiến hành tương tự như Mutmap, sử dụng các đoạn contigs đã lắp ráp làm tham chiếu. MutMap-GAP cho phép xác định các đột biến có thể không được xác định trong MutMap.

MutMap+

Ưu điểm của MutMap là giúp đơn giản hóa việc tạo quần thể mapping, với một lần lai duy nhất giữa cá thể đột biến M2 và wildtype. Tuy nhiên một số đột biến có thể gây bất thụ hoặc gây khó khăn trong việc lai giữa hai cá thể. MutMap+ khắc phục hạn chế này bằng cách sử dụng quần thể M3 phân ly từ cá thể M2. Cá thể M2 mang các đột biến liên kết với kiểu hình đột biến ở trạng thái dị hợp và có thể mang đột biến khác ở trạng thái đồng hợp, do đó cần giải trình tự của 2 mẫu, mẫu trộn DNA của các cá thể M3 mang kiểu hình đột biến và mẫu trộn DNA của các cá thể M3 mang kiểu hình wildtype. Các đột biến đồng hợp ở cá thể M2 sẽ xuất hiện với tần số 100% ở cả 2 mẫu, từ đó có thể loại bỏ các đột biến này trong quá trình phân tích.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *