Khóa luận tốt nghiệp tìm hiểu về đặc điểm và mô hình cấu trúc đặc trưng của nhân tố phiên mã nuclear factor y ở giống chó dingo

Luận văn tốt nghiệp nghiên cứu tốt nghiệp tìm hiểu về đặc điểm và mô hình cấu trúc đặc trưng của nhân tố phiên mã nuclear factor y, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Thị Nho
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hữu Đức
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Tìm hiểu về đặc điểm và mô hình cấu trúc đặc trưng của nhân tố phiên mã Nuclear Factor-Y ở giống chó Dingo (Canis lupus dingo)
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. PHẦN I: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục đích và yêu cầu của đề tài
• 1.1.1. Mục đích đề tài
• 1.1.2. Yêu cầu của đề tài
• 2. PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Giới thiệu chung về loài chó và giống chó Dingo
• 2.2. Tên khoa học, phân loại động vật và nguồn gốc của loài chó và chó Dingo
• 2.3. Đặc điểm chung của loài chó và chó Dingo
• 2.3.1. Đặc điểm chung của loài chó
• 2.3.2. Đặc điểm của giống chó Dingo
• 2.4. Đặc điểm di truyền của loài chó
• 2.5. Giới thiệu chung về nhóm nhân tố phiên mã TF NF-Y
• 2.6. Vai trò của nhân tố phiên mã TF NF-Y trên động vật
• 2.7. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
• 2.7.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.7.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 3. PHẦN III: PHẠM VI, NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
• 3.3.1. Vật liệu nghiên cứu
• 3.3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.2.1. Phương pháp xác định họ gene mã hóa TF NF-Y trên genome ở giống chó Dingo
• 3.3.2.2. Phương pháp phân tích đặc điểm cấu trúc gene mã hóa TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 3.3.2.3. Phân tích đặc điểm lý hóa của phân tử protein họ TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 3.3.2.4. Phương pháp phân tích vùng bảo thủ của họ TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 3.3.2.5. Phương pháp xây dựng cấu trúc của phân tử protein họ TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 4. PHẦN IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả xác định họ gene mã hóa TF NF-Y trên genome của giống chó Dingo
• 4.2. Kết quả phân tích đặc điểm cấu trúc của họ TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 4.3. Kết quả đặc tính cấu trúc họ gene TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 4.4. Kết quả cấu trúc mRNA của họ TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 4.5. Kết quả cấu trúc gene mã hóa TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 4.6. Đặc điểm lý hóa của phân tử protein họ TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 4.7. Phân tích vùng bảo thủ của họ TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 4.8. Mô hình cấu trúc không gian của họ TF NF-Y ở giống chó Dingo
• 5. PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN KHÓA LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về khóa luận tốt nghiệp

Khóa luận tốt nghiệp này tập trung vào việc nghiên cứu đặc điểm cấu trúc và mô hình cấu trúc của nhân tố phiên mã Nuclear Factor Y (NF-Y) ở chó Dingo. Nghiên cứu sử dụng các công cụ phân tích gen và sinh học phân tử để xác định và phân tích các yếu tố phiên mã này. NF-Y là một nhóm nhân tố phiên mã quan trọng trong genetic transcription, có vai trò điều hòa sự biểu hiện gen ở nhiều loài động vật, bao gồm cả chó Dingo. Nghiên cứu này nhằm cung cấp hiểu biết sâu hơn về cấu trúc phân tử và đặc điểm di truyền của NF-Y ở loài chó hoang dã này.

1.1. Mục đích và yêu cầu của đề tài

Mục đích chính của khóa luận tốt nghiệp là tìm hiểu đặc điểm cấu trúc và mô hình cấu trúc của NF-Y ở chó Dingo. Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích gen và sinh học phân tử để xác định các yếu tố phiên mã này. Yêu cầu của đề tài bao gồm việc xác định họ gen mã hóa NF-Y, phân tích cấu trúc gen, và xây dựng mô hình cấu trúc không gian của các phân tử protein liên quan.

II. Tổng quan về chó Dingo và nhân tố phiên mã NF Y

Chó Dingo là một giống chó hoang dã có nguồn gốc từ Đông Nam Á, đặc biệt là Việt Nam. Chúng được biết đến với đặc điểm di truyền độc đáo và khả năng thích nghi cao. NF-Y là một nhân tố phiên mã quan trọng, bao gồm ba tiểu phần: NF-YA, NF-YB, và NF-YC. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng NF-Y đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa các quá trình sinh học như tăng trưởng, phát triển, và phản ứng với stress. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích cấu trúc DNA và biểu hiện gen của NF-Y ở chó Dingo.

2.1. Đặc điểm di truyền của chó Dingo

Chó Dingo có đặc điểm di truyền độc đáo, với bộ gen được bảo tồn qua nhiều thế hệ. Chúng là một trong những giống chó cổ xưa nhất, với khả năng thích nghi cao với môi trường hoang dã. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích cấu trúc gen và biểu hiện gen của NF-Y ở chó Dingo, nhằm hiểu rõ hơn về vai trò của yếu tố phiên mã này trong quá trình tiến hóa và thích nghi của loài.

III. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích gen và sinh học phân tử để xác định và phân tích cấu trúc gen của NF-Y ở chó Dingo. Các kết quả cho thấy rằng NF-Y ở chó Dingo có cấu trúc tương tự như ở các loài động vật khác, với ba tiểu phần NF-YA, NF-YB, và NF-YC. Nghiên cứu cũng xây dựng được mô hình cấu trúc không gian của các phân tử protein này, cung cấp cái nhìn chi tiết về cấu trúc phân tử của NF-Y.

3.1. Phân tích cấu trúc gen và protein

Nghiên cứu đã phân tích cấu trúc gen và cấu trúc protein của NF-Y ở chó Dingo. Kết quả cho thấy rằng NF-YA, NF-YB, và NF-YC có cấu trúc phân mảnh với các đoạn exon và intron xen kẽ. Các phân tích sinh học phân tử cũng chỉ ra rằng các tiểu phần này có tính ưa nước và không ổn định trong điều kiện ống nghiệm, tương tự như ở các loài sinh vật khác.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này đã cung cấp những hiểu biết cơ bản về đặc điểm cấu trúc và mô hình cấu trúc của NF-Y ở chó Dingo. Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc phân tích đặc điểm di truyền và biểu hiện gen ở các loài động vật khác. Ngoài ra, nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới trong việc tìm hiểu vai trò của yếu tố phiên mã trong quá trình tiến hóa và thích nghi của các loài động vật hoang dã.

4.1. Giá trị thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc hiểu rõ hơn về đặc điểm di truyền và biểu hiện gen ở chó Dingo. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phát triển các phương pháp mới trong nghiên cứu sinh học và phân tích gen, đặc biệt là trong lĩnh vực sinh học phân tử và di truyền học.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình sinh trưởng và thích nghi sinh học, hệ gen của sinh vật liên tục trải qua những biến đổi nhằm ứng phó với điều kiện ngoại cảnh và biến đổi khí hậu. Trong số các cơ chế điều hòa biểu hiện gen, các nhân tố phiên mã (transcription factors - TF) giữ vai trò then chốt trong việc kiểm soát các con đường trao đổi chất cũng như phản ứng chống chịu bất lợi môi trường ở động vật. Yếu tố nhân Y (Nuclear Factor-Y - NF-Y), hay còn gọi là protein hoạt hóa HAP hoặc protein liên kết hộp CCAAT (CBF), là một phức hợp nhân tố phiên mã xuất hiện phổ biến từ sinh vật nhân sơ đến sinh vật nhân thực. Ở động vật, NF-Y tồn tại dưới dạng phức hợp dị tam phân được tạo thành từ ba tiểu đơn vị gồm NF-YA, NF-YB và NF-YC, tham gia trực tiếp vào quá trình biệt hóa tế bào, điều hòa chu kỳ tế bào, kiểm soát khối u và đáp ứng stress ngoại cảnh.

Sự phát triển của công nghệ giải trình tự hệ gen thế hệ mới đã cung cấp nguồn dữ liệu di truyền phong phú cho phép nghiên cứu tin sinh học về các họ nhân tố phiên mã trên nhiều đối tượng sinh vật. Mặc dù họ TF NF-Y đã được công bố trên ruồi giấm (Drosophila melanogaster), chuột (Mus musculus), người (Homo sapiens) và một số loài thực vật, dữ liệu về họ nhân tố này trên loài chó (Canis familiaris) và đặc biệt là giống chó Dingo (Canis lupus dingo / Canis familiaris dingo) còn rất hạn chế. Chó Dingo (ở Việt Nam còn gọi là chó Lài) là một trong những loài động vật thuần hóa cổ xưa, thuộc nhóm "Tứ đại quốc khuyển" của Việt Nam và có vị trí đặc thù về nguồn gốc tiến hóa cũng như phân loại học. Do đó, khóa luận thực hiện đề tài "Tìm hiểu về đặc điểm và mô hình cấu trúc đặc trưng của nhân tố phiên mã Nuclear Factor-Y ở giống chó Dingo (Canis lupus dingo)".

Mục tiêu nghiên cứu: Đề tài nhằm tìm hiểu đặc điểm của họ TF NF-Y ở giống chó Dingo bằng các công cụ tin sinh học, cung cấp các dẫn liệu cơ bản về cấu trúc đặc thù của ba tiểu phần TF NF-Y ở giống chó này, từ đó tạo tiền đề cho các phân tích chức năng gen và nghiên cứu nguồn gốc tiến hóa, phân loại học phân tử.

Nhiệm vụ nghiên cứu (gồm 5 yêu cầu cụ thể):

1. Xác định họ gen mã hóa TF NF-Y trên hệ gen của giống chó Dingo.
2. Phân tích đặc điểm cấu trúc gen mã hóa TF NF-Y ở giống chó Dingo.
3. Phân tích đặc điểm lý hóa của các protein thuộc họ TF NF-Y ở giống chó Dingo.
4. Phân tích vùng bảo thủ của phân tử protein họ TF NF-Y ở giống chó Dingo.
5. Mô hình hóa cấu trúc không gian của các phân tử protein họ TF NF-Y ở giống chó Dingo.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng: Hệ gen, hệ protein và các phân tử protein thuộc họ nhân tố phiên mã NF-Y (tiểu phần NF-YA, NF-YB, NF-YC) của giống chó Dingo (Canis lupus dingo). Các đối tượng đối chiếu so sánh gồm loài chó (Canis familiaris), bò nhà (Bos taurus), chuột (Mus musculus / Rattus norvegicus), nấm men (Saccharomyces cerevisiae) và cây đậu gà (Cicer arietinum).
• Không gian: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ sinh học Động vật - Khoa Công nghệ sinh học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Phòng Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam.
• Thời gian thực hiện: Từ tháng 01/2021 đến tháng 07/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Về cơ sở lý thuyết, phức hợp TF NF-Y hoạt động dựa trên sự tương tác có trật tự giữa ba tiểu đơn vị: hai tiểu đơn vị NF-YB và NF-YC tương tác với nhau thông qua vùng cuộn histone (histone fold motif - HFM, mã số Pfam: PF00808) tạo thành dimer dạng đầu - cuối, đóng vai trò như một khung bệ mang điện tích âm; sau đó dimer này liên kết với tiểu đơn vị NF-YA (chứa vùng bảo thủ Pfam: PF02045 gồm hai xoắn alpha A1 và A2) để hình thành phức hợp tam phân nhận biết và bám vào hộp cis-CCAAT trên trình tự promoter của các gen đích.

Nghiên cứu sử dụng hoàn toàn phương pháp phân tích tin sinh học (in silico) thông qua các cơ sở dữ liệu và công cụ phần mềm chuyên dụng:

• Nguồn dữ liệu tham chiếu: Trình tự hệ gen và hệ protein của giống chó Dingo (Canis lupus dingo, mã số hệ tham chiếu NCBI: GCF_012295265.1) và loài chó (Canis familiaris, mã số hệ tham chiếu NCBI: GCF_014441545.1). Trình tự protein chuẩn của họ NF-Y từ loài ong mật (Apis mellifera) gồm NF-YA (XP_016910727.1), NF-YB (XP_016914525.1) và NF-YC (XP_016907622.1).
• Nhận diện và sàng lọc gen: Thuật toán BlastP trên cổng thông tin NCBI với ngưỡng tin cậy $E\text{-value} \le 1\times 10^{-10}$. Sự hiện diện của các vùng domain đặc trưng (PF02045 cho NF-YA; PF00808 cho NF-YB và NF-YC) được thẩm định qua cơ sở dữ liệu Pfam.
• Phân tích cấu trúc phân tử DNA và RNA: Phần mềm BioEdit được dùng để phân tích kích thước (bp), tỷ lệ GC (%) và trọng lượng phân tử (kDa) của trình tự đoạn mã hóa (CDS) và trình tự gen (gDNA). Cấu trúc vị trí phân mảnh exon/intron được xác định thông qua công cụ Gene Structure Display Server (GSDS). Cấu trúc bậc hai của phân tử mRNA được dự đoán và mô phỏng bằng phần mềm RNAstructure.
• Phân tích đặc tính lý hóa protein: Công cụ ProtParam thuộc máy chủ Expasy tính toán số lượng axit amin (L), trọng lượng phân tử (mW), điểm đẳng điện lý thuyết (pI), chỉ số bất ổn định trong điều kiện ống nghiệm (II) và độ ưa nước trung bình (GRAVY).
• Đa gióng hàng và phân tích vùng bảo thủ: Phần mềm ClustalX và BioEdit thực hiện so sánh đa trình tự protein nhằm xác định các axit amin chức năng trong các miền tương tác protein-protein và miền liên kết DNA.
• Mô hình hóa cấu trúc không gian: Phần mềm Phyre2 dự đoán cấu trúc bậc hai (% chuỗi xoắn alpha, phiến gấp nếp beta, cấu trúc cuộn không xác định) và mô hình hóa cấu trúc bậc ba dựa trên các khuôn cấu trúc PDB gồm c4awlA (cho NF-YA), d1jfib (cho NF-YB) và c4g92C (cho NF-YC).

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Mở đầu

Chương này nêu bật tính cấp thiết của việc tìm hiểu cơ chế thích ứng của động vật trước biến đổi môi trường thông qua các nhân tố phiên mã, tập trung vào họ protein cổ xưa NF-Y. Tác giả chỉ ra khoảng trống nghiên cứu khi các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung trên người, chuột hoặc thực vật, trong khi dữ liệu trên các giống bản địa như chó Dingo chưa được ghi nhận. Mục đích nghiên cứu được xác lập cùng 5 yêu cầu kỹ thuật rõ ràng nhằm giải quyết các câu hỏi về số lượng gen, cấu trúc exon/intron, đặc tính lý hóa, bảo tồn domain và kiến trúc không gian của protein.

Phần II: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa thông tin về loài chó và giống chó Dingo (Canis lupus dingo): nguồn gốc tiến hóa từ chó sói hoang dã cách đây 15.000 đến 40.000 năm; các đặc điểm hình thái học của giống chó Dingo thuần chủng (cao 45-65 cm, nặng 23-32 kg, có đặc điểm vệt lông trắng ở chân và đuôi, lưỡi đốm); đặc điểm di truyền với bộ gen lưỡng bội $2n = 78$ (38 cặp nhiễm sắc thể thường và 1 cặp nhiễm sắc thể giới tính, kích thước hệ gen đơn bội ước tính 2.396,81 Mb chứa khoảng 19.000 gen). Chương này cũng tổng quan cơ chế hình thành phức hợp NF-Y tam phân; vai trò sinh học của NF-Y trong tương tác với p53, p73, EZH2, VEGF nhằm điều hòa ung thư, hình thành mạch và kiểm soát stress nhiệt thông qua các protein sốc nhiệt (HSP, Hsp70); đồng thời tổng hợp các công trình nghiên cứu NF-Y trên thế giới và tại Việt Nam.

Phần III: Phạm vi, nội dung, vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Nội dung chương trình bày chi tiết địa điểm nghiên cứu tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Viện Di truyền Nông nghiệp từ tháng 01 đến tháng 07/2021. Quy trình thực nghiệm in silico được mô tả theo từng bước tuần tự: từ việc truy xuất dữ liệu mã số GCF_012295265.1, quy trình chạy BlastP lọc ứng viên với ngưỡng $E \le 1\times 10^{-10}$, kiểm tra domain qua Pfam, quy trình chuẩn hóa tệp tin đầu vào FASTA cho các công cụ GSDS, RNAstructure, Expasy ProtParam, ClustalX và Phyre2.

Phần IV: Kết quả và thảo luận

Chương tập trung báo cáo và phân tích các phát hiện thực nghiệm qua 5 nội dung chính:

• Xác định họ gen: BlastP ban đầu thu nhận 8 ứng viên cho NF-YA (độ bao phủ 55-58%, kích thước 287-347 aa), 4 ứng viên cho NF-YB (độ bao phủ 41-73%, kích thước 147-207 aa) và 12 ứng viên cho NF-YC (độ bao phủ 21-72%, kích thước 112-402 aa). Sau khi kiểm chứng domain đặc thù qua Pfam, nghiên cứu khẳng định NF-Y ở chó Dingo được mã hóa bởi họ đơn gen (mỗi tiểu phần chỉ có một gen duy nhất): gen NF-YA (mã protein XP_025274478.2) định vị trên nhiễm sắc thể 12; gen NF-YB (XP_025294767.2) và NF-YC (XP_035554897.1) cùng định vị trên nhiễm sắc thể 15.
• Đặc điểm cấu trúc gen và mRNA: Trình tự CDS có kích thước từ 624 bp (NF-YB) đến 1.209 bp (NF-YC), tỷ lệ GC dao động từ 39,26% đến 58,73%. Trình tự gen hệ gen (gDNA) có kích thước từ 21.583 bp (NF-YB) đến 66.901 bp (NF-YC). Khảo sát cấu trúc exon/intron cho thấy gen NF-YA chứa 9 exon, gen NF-YB chứa 6 exon và gen NF-YC chứa 10 exon. Cấu trúc bậc hai của mRNA tiểu phần NF-YA và NF-YB ở chó Dingo hoàn toàn trùng khớp với loài chó, trong khi cấu trúc mRNA của tiểu phần NF-YC có sự khác biệt rõ rệt giữa chó Dingo, loài chó, chuột và bò nhà.
• Đặc tính lý hóa của protein: Tiểu phần NF-YA gồm 347 axit amin (36,88 kDa, pI 8,89); NF-YB gồm 207 axit amin (22,81 kDa, pI 4,46); NF-YC gồm 402 axit amin (44,69 kDa, pI 9,99). Điểm đẳng điện phân bố từ axit đến bazơ. Cả ba tiểu phần đều có chỉ số bất ổn định trong ống nghiệm $> 40$ (NF-YA: 42,94; NF-YB: 42,16; NF-YC: 59,88) và chỉ số GRAVY mang giá trị âm (từ -0,373 đến -0,551), chứng minh protein kém ổn định in vitro và có tính chất ưa nước. Về thành phần axit amin, Gln chiếm tỷ lệ cao nhất ở NF-YA (16%) và NF-YC (17%), trong khi Glu chiếm tỷ lệ cao nhất ở NF-YB (9%).
• Phân tích vùng bảo thủ: Miền bảo thủ của NF-YA nằm từ vị trí 264 đến 317 aa, chứa miền tương tác NF-YB/C (đặc trưng bởi N5A6, Q8, R11, L13, A20) và miền bám ADN (R32, Y35, H37, R40H41, H43A44, R47). Vùng domain của NF-YB trải từ vị trí 62 đến 129 aa, bảo tồn các vị trí P1, N4, R7, A17K18, A23K24, V27Q28, S36 và A42. Vùng domain của NF-YC nằm từ 160 đến 227 aa, bảo tồn các gốc A3R4, K7K8I9, L26, A28, I35, L38, I59, A62 và F66.
• Mô hình hóa cấu trúc không gian: Cấu trúc 3D của NF-YA được dựng trên khuôn c4awlA (chứa 10% chuỗi xoắn alpha, 24% phiến gấp beta và 82% cấu trúc cuộn không xác định); NF-YB dựng trên khuôn d1jfib (46% xoắn alpha, 1% phiến beta, 59% cấu trúc không xác định); NF-YC dựng trên khuôn c4g92C (34% xoắn alpha, 3% phiến beta, 66% cấu trúc không xác định).

Phần V: Kết luận và đề nghị

Khóa luận đúc kết việc hoàn thành 5 mục tiêu nghiên cứu, khẳng định đặc điểm đơn gen của họ TF NF-Y ở chó Dingo và mức độ bảo thủ cao trong cấu trúc phân tử; đề xuất các hướng thực nghiệm sâu hơn về phân tích biểu hiện gen in vivo và giải trình tự gen trực tiếp trên các cá thể chó Dingo thực địa.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã cung cấp hệ thống số liệu định lượng về họ nhân tố phiên mã NF-Y ở giống chó Dingo (Canis lupus dingo). Các dữ liệu phân tử chính được tổng hợp tại hai bảng số liệu dưới đây:

Đặc tính cấu trúc gen mã hóa họ TF NF-Y ở giống chó Dingo:

Tiểu phần	Mã protein	Mã số locus NST	Kích thước CDS (bp)	Tỷ lệ GC của CDS (%)	Kích thước gDNA (bp)	Tỷ lệ GC của gDNA (%)	Số lượng exon
NF-YA	XP_025274478.2	NST 12	1.044	53,83	29.664	40,89	9
NF-YB	XP_025294767.2	NST 15	624	39,26	21.583	39,72	6
NF-YC	XP_035554897.1	NST 15	1.209	58,73	66.901	42,04	10

Đặc tính lý hóa và thành phần cấu trúc của phân tử protein họ TF NF-Y ở chó Dingo:

Chỉ tiêu phân tích	Tiểu phần NF-YA	Tiểu phần NF-YB	Tiểu phần NF-YC
Số lượng axit amin (L)	347 aa	207 aa	402 aa
Trọng lượng phân tử (mW)	36,88 kDa	22,81 kDa	44,69 kDa
Điểm đẳng điện lý thuyết (pI)	8,89	4,46	9,99
Chỉ số bất ổn định (II)	42,94 (Kém bền)	42,16 (Kém bền)	59,88 (Kém bền)
Độ ưa nước trung bình (GRAVY)	-0,373 (Ưa nước)	-0,490 (Ưa nước)	-0,551 (Ưa nước)
Axit amin chiếm tỷ lệ cao nhất	Gln (16%), Gly (11%)	Glu (9%), Ile/Gln/Ser/Gly/Thr (8%)	Gln (17%), Ala (9%)
Vị trí miền bảo thủ (domain)	264 – 317 aa	62 – 129 aa	160 – 227 aa
Tỷ lệ xoắn alpha / phiến beta / cuộn	10% / 24% / 82%	46% / 1% / 59%	34% / 3% / 66%
Khuôn mẫu PDB tham chiếu	c4awlA	d1jfib	c4g92C

Đóng góp khoa học tự nêu của tác giả:

• Đây là nghiên cứu đầu tiên định danh và lập hồ sơ dữ liệu tin sinh học hoàn chỉnh về họ nhân tố phiên mã NF-Y trên đối tượng chó Dingo (Canis lupus dingo).
• Xác định họ TF NF-Y ở chó Dingo tồn tại dưới dạng họ đơn gen, tương đồng với các loài động vật có vú bậc cao (Homo sapiens, Rattus norvegicus) nhưng khác biệt hoàn toàn với hiện tượng đa gen do lặp đoạn hệ gen ở động vật bậc thấp (Caenorhabditis elegans, Schmidtea mediterranea) và thực vật (Cicer arietinum, Citrus sinensis).
• Cung cấp các mô hình cấu trúc không gian bậc 3 tin cậy cho cả ba tiểu đơn vị protein, xác nhận tính bảo thủ nghiêm ngặt của các axit amin trực tiếp tham gia vào phức hợp bám DNA và dimer hóa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Toàn bộ kết quả của khóa luận được thực hiện thông qua các thuật toán và công cụ phân tích tin sinh học (in silico) dựa trên bộ dữ liệu hệ gen tham chiếu trên NCBI, chưa tiến hành các thí nghiệm sinh học phân tử thực nghiệm (in vitro hoặc in vivo) trên mẫu mô sinh học của chó Dingo sống để kiểm chứng mức độ biểu hiện thực tế của các bản phiên mã.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Thiết kế mồi đặc hiệu và thực hiện phản ứng RT-PCR hoặc Real-time PCR nhằm đánh giá mức độ biểu hiện không gian và thời gian của các gen NF-YA, NF-YB, NF-YC trên các mô khác nhau của giống chó Dingo.
  • Phân tích đa hình di truyền (SNPs) hoặc giải trình tự gen của họ NF-Y trên các quần thể chó Dingo (chó Lài) thu thập thực địa tại các vùng núi phía Bắc Việt Nam để đánh giá quan hệ phát sinh loài và nguồn gốc thuần hóa.
  • Phân tích chức năng gen thông qua các hệ thống biểu hiện protein tái tổ hợp để kiểm tra ái lực liên kết thực tế của phức hợp NF-Y với promoter chứa hộp CCAAT của các gen đích liên quan đến thích nghi sinh thái.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành: Các ngành Công nghệ sinh học, Di truyền học, Chăn nuôi - Thú y và Tin sinh học có thể sử dụng đề tài như một tài liệu tham khảo chuẩn mực về quy trình phân tích hệ gen in silico đối với một họ nhân tố phiên mã động vật.
• Cán bộ nghiên cứu bảo tồn nguồn gen: Cung cấp thông số phân tử phục vụ công tác giám định, đánh giá đa dạng di truyền và bảo tồn nguồn gen bản địa của giống chó Dingo trong bộ "Tứ đại quốc khuyển" Việt Nam.
• Các phần đáng tham khảo nhất trong văn bản:
  • Quy trình 5 bước xác định gen và mô hình hóa cấu trúc protein bằng các công cụ NCBI BlastP, Pfam, BioEdit, GSDS, RNAstructure, Expasy ProtParam và Phyre2 (Phần III).
  • Bảng so sánh đặc điểm lý hóa và số lượng exon/intron giữa chó Dingo với các loài động vật khác (loài chó, chuột, bò nhà) (Phần IV).

Câu hỏi thường gặp

1. Họ nhân tố phiên mã NF-Y ở giống chó Dingo được mã hóa bởi họ đơn gen hay đa gen, và định vị trên những nhiễm sắc thể nào?
Họ TF NF-Y ở giống chó Dingo được mã hóa bởi họ đơn gen (mỗi tiểu đơn vị chỉ do một gen duy nhất mã hóa). Trong đó, gen mã hóa tiểu phần NF-YA định vị trên nhiễm sắc thể số 12 (mã protein XP_025274478.2); hai gen mã hóa tiểu phần NF-YB (XP_025294767.2) và NF-YC (XP_035554897.1) cùng định vị trên nhiễm sắc thể số 15.

2. Cấu trúc phân mảnh exon/intron của các gen mã hóa TF NF-Y ở chó Dingo có đặc điểm gì?
Các gen đều có cấu trúc phân mảnh xen kẽ giữa exon và intron. Cụ thể, gen NF-YA gồm 9 exon (kích thước hệ gen 29.664 bp), gen NF-YB gồm 6 exon (kích thước 21.583 bp), và gen NF-YC có số lượng exon lớn nhất với 10 exon (kích thước 66.901 bp). Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng số lượng exon không tỷ lệ thuận với chiều dài của gen.

3. Các tiểu phần protein TF NF-Y của chó Dingo có bền vững trong điều kiện ống nghiệm không và mang tính ưa nước hay kỵ nước?
Cả ba tiểu phần protein đều không ổn định trong điều kiện ống nghiệm do chỉ số bất ổn định (II) đều vượt ngưỡng 40 (NF-YA: 42,94; NF-YB: 42,16; NF-YC: 59,88). Đồng thời, cả ba tiểu đơn vị đều có tính chất ưa nước vì chỉ số GRAVY đều nhận giá trị âm (NF-YA: -0,373; NF-YB: -0,490; NF-YC: -0,551).

4. Điểm đẳng điện lý thuyết (pI) của ba tiểu phần TF NF-Y ở chó Dingo thể hiện đặc tính gì?
Giá trị pI của ba tiểu phần dao động rộng từ axit đến bazơ: tiểu phần NF-YB mang tính axit rõ rệt với $\text{pI} = 4,46$; trong khi hai tiểu đơn vị NF-YA và NF-YC mang tính kiềm mạnh với giá trị pI lần lượt là 8,89 và 9,99.

5. Mô hình cấu trúc không gian bậc 3 của các tiểu phần TF NF-Y được xây dựng dựa trên những khuôn mẫu (template) PDB nào và thành phần cấu trúc thứ cấp ra sao?
Cấu trúc không gian bậc 3 được mô phỏng qua phần mềm Phyre2 dựa trên các khuôn mẫu PDB: c4awlA cho NF-YA (10% xoắn alpha, 24% phiến beta, 82% vùng cuộn không xác định), d1jfib cho NF-YB (46% xoắn alpha, 1% phiến beta, 59% vùng cuộn không xác định), và c4g92C cho NF-YC (34% xoắn alpha, 3% phiến beta, 66% vùng cuộn không xác định).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Nho đã định danh và phân tích toàn diện đặc điểm cấu trúc, tính chất lý hóa cùng mô hình không gian của họ nhân tố phiên mã NF-Y ở giống chó Dingo (Canis lupus dingo) bằng các công cụ tin sinh học hiện đại. Kết quả khẳng định họ TF NF-Y ở đối tượng này tồn tại ở dạng họ đơn gen gồm ba tiểu phần NF-YA (nhiễm sắc thể 12), NF-YB và NF-YC (nhiễm sắc thể 15), có cấu trúc phân mảnh từ 6 đến 10 exon và thể hiện tính chất ưa nước nhưng kém bền vững in vitro. Nghiên cứu cung cấp hệ thống dữ liệu tin sinh học nền tảng, tạo cơ sở cho các hướng phân tích thực nghiệm chức năng gen và nghiên cứu quan hệ phát sinh loài của các giống chó bản địa Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Cây trồng, vật nuôi và cả con người luôn chịu ảnh hưởng từ những yếu tố ngoại cảnh, đặc biệt với quá trình biến đổi khí hậu như hiện nay. Genome của các đối tượng đã có những thay đổi để đáp ứng và thích nghi với sự thay đổi của điều kiện tự nhiên. Trong đó, nhóm nhân tố phiên mã (transcription factor: TF) đóng vai trò điều hòa sự biểu hiện của gene liên quan đến trao đổi chất và đáp ứng điều kiện bất lợi ở động vật rất đang được quan tâm. Yếu tố nhân Y (Nuclear factor Y: NF-Y) là một TF đặc trưng và cổ xưa của sinh giới, xuất hiện ở hầu hết các sinh vật, từ sinh vật nhân sơ đến sinh vật nhân thực, bao gồm thực vật, động vật và con người.

TF NF-Y ở các loài động vật được cấu trúc từ ba tiểu đơn vị bao gồm NF-YA, NF-YB và NF-YC. Các nghiên cứu trước đây đã cho kết quả rằng TF NF-Y ở các loài động vật đóng vai trò quan trọng trong điều hòa các quá trình sinh học liên quan đến tăng trưởng và phát triển đồng thời phản ứng với căng thẳng hay các bệnh lý như ung thư, khối u (Li et al. Vì vậy, nghiên cứu về nhóm TF cơ bản này ở các loài động vật, cụ thể là phân tích đặc điểm cấu trúc và mô hình của ba tiểu phần, có thể tạo ra cái nhìn tổng quát hơn về sự tiến hóa trong sinh giới cũng như vai trò sinh học của họ TF NF-Y. Dựa trên sự phát triển của công cụ giải trình tự gene thế hệ mới nên thông tin di truyền của rất nhiều loài động vật đã được giải mã, từ đó cung cấp thông tin về các nhóm TF nói chung và nhóm TF NF-Y nói riêng.

Đáng chú ý, các gene mã hóa TF NF-Y đã được nghiên cứu trên một số loài động vật, điển hình như ruồi giấm (Drosophila melanogaster) (Coustry et al., 1998), chuột (Mus musculus) (Yamanaka et al., 2008) và người (Homo sapiens) (Currie et al. Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có nhiều ghi nhận về TF NF-Y trên loài chó nói chung (Canis familiaris) (Field et al., 2020) và giống chó Dingo (C. lupus dingo) (Sonu et al., 2020), mặc dù chó được biết đến là loài vật nuôi đầu 1 tiên được con người thuần hóa và chó Dingo là một loài vật đặc biệt mang ý nghĩa biểu tượng cho loài chó tại Việt Nam. Chính vì lý do đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài: "Tìm hiểu về đặc điểm và mô hình cấu trúc đặc trưng của nhân tố phiên mã Nuclear-factor Y ở giống chó Dingo (Canis lupus dingo)".

Trong nghiên cứu này, kết quả xác định và phân tích đặc tính lý hóa của TF NF-Y ở giống chó Dingo đã được ghi nhận. Mức độ tương đồng trong cấu trúc của TF NF-Y giữa giống Dingo và loài chó đã được tìm hiểu, từ đó xây dựng mô hình cấu trúc không gian bằng thuật toán tin sinh học. Những dẫn liệu khoa học thu được từ nghiên cứu này đã định hướng cho phân tích chức năng gene mã hóa TF NF-Y ở giống chó Dingo. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1.

Mục đích đề tài Đề tài được thực hiện nhằm tìm hiểu về TF NF-Y ở giống chó Dingo bằng các công cụ tin sinh học. Ngoài ra, các phân tích tin sinh học cũng có thể cung cấp thêm những thông tin cơ bản về cấu trúc đặc thù của TF NF-Y ở giống chó Dingo. Từ đó gợi mở cho các nghiên cứu khác tiếp theo về nguồn gốc tiến hóa cũng như phân loại loài dựa trên mức độ bảo thủ của nhóm TF NF-Y ở giống chó Dingo.