Tài liệu Nghiên cứu sự sắp xếp các dna oligomer trên nhiễm sắc thể vi khuẩn và nấm men

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ HUYỀN NGHIÊN CỨU SỰ SẮP XẾP CỦA CÁC DNA OLIGOMER TRÊN NHIỄM SẮC THỂ VI KHUẨN VÀ NẤM MEN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ HUYỀN NGHIÊN CỨU SỰ SẮP XẾP CỦA CÁC DNA OLIGOMER TRÊN NHIỄM SẮC THỂ VI KHUẨN VÀ NẤM MEN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Chuyên ngành: Mã số chuyên ngành: Công nghệ Sinh học 62428005 Phản biện độc lập 1: GS.TS. Trần Linh Thước Phản biện độc lập 2: PGS.TS. Trần Liên Hà Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Thị Lang Phản biện 2: PGS.TS. Trần Văn Lăng Phản biện 3: PGS.TS. Lê Thị Thủy Tiên NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Nguyễn Đức Lượng LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chữ ký Phan Thị Huyền i TÓM TẮT LUẬN ÁN Nhằm mục tiêu đạt được những kiến thức sâu về sự phân bố của các nucleotide trong phân tử DNA nhiễm sắc thể của vi khuẩn và nấm men, đồng thời để thiết lập được một phương pháp phân loại các vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần ở cấp độ dưới giống, luận án này đã thực hiện hai nội dung nghiên cứu chính sau: Nội dung 1: Nghiên cứu sự sắp xếp của các oligomer trong phân tử DNA nhiễm sắc thể của vi khuẩn và nấm men. Những tìm hiểu bước đầu về sự sắp xếp của các oligomer trong phân tử DNA nhiễm sắc thể bao gồm việc khảo sát mối quan hệ giữa kích thước oligomer và tính đối xứng của phân tử DNA nhiễm sắc thể, xem xét tính bất đối xứng monomer cục bộ của các đoạn DNA trong nhiễm sắc thể, đồng thời xác định sự có mặt của các oligomer dọc theo chiều dài một sợi đơn của phân tử DNA nhiễm sắc thể. Các kết quả cho thấy rằng kích thước oligomer càng lớn thì mức độ đối xứng của phân tử DNA nhiễm sắc thể giảm, và rằng trong khi phân tử DNA nhiễm sắc thể mang tính đối xứng ở mức độ nhiễm sắc thể thì các vùng cục bộ của phân tử DNA nhiễm sắc thể biểu hiện tính bất đối xứng. Ở mức độ nhiễm sắc thể, sự phân bố của các oligomer và các oligomer bổ sung đảo ngược (BSĐN) tương ứng của chúng trong các trình tự mang thông tin mã hóa protein đóng góp tương đương với sự phân bố của chúng trong các trình tự không mã hóa protein vào tính đối xứng của phân tử DNA nhiễm sắc thể. Trong các trình tự mang thông tin mã hóa protein, các trimer mã hóa codon được phân bố theo qui tắc tương đương về tần suất xuất hiện của chúng trên cơ sở vị trí của các nucleotide của codon và do đó định dạng sự sử dụng codon, góp phần tạo nên tính đối xứng của phân tử DNA nhiễm sắc thể. Các kết quả khám phá sâu hơn cho thấy sự phân bố của các trimer mã hóa codon trong các trình tự sense của phân tử DNA nhiễm sắc thể có một mối quan hệ mật thiết với sự phân bố của chúng trong các trình tự antisense của phân tử. Sự phân bố của các trimer mã hóa codon trong các trình tự sense và antisense dọc theo chiều dài phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn trên cơ sở mối quan hệ này định hình rất rõ hai replichore. Mật độ phân bố của các trimer mã hóa codon trong các trình tự sense và antisense trên hai replichore của các phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn cho thấy các trimer mã hóa codon và các trimer BSĐN tương ứng của chúng trên cơ sở mối quan hệ này được phân bố cân đối trong các trình ii tự sense và antisense của hai replichore, do đó góp phần tạo nên tính đối xứng của phân tử DNA nhiễm sắc thể. Trong các trình tự không mã hóa protein, sự phân bố của các trimer không giống như trong các trình tự mang thông tin mã hóa protein. Nội dung 2: Ứng dụng sự phân bố của các trimer trong bộ gene để phân loại các vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần. Trên cơ sở tính đặc trưng loài của sự sử dụng codon định dạng bởi sự sắp xếp của các trimer trong các trình tự mang thông tin mã hóa protein ở mức độ nhiễm sắc thể, tính đặc trưng loài của mật độ phân bố của các trimer trong bộ gene được xác định và được ứng dụng để phân loại các vi khuẩn trong các họ Enterobacteriaceae, Burkholderiaceae và Pseudomonadaceae. Kết quả của nội dung nghiên cứu này cho thấy mật độ phân bố của các trimer trong bộ gene có thể được sử dụng để phân loại các vi khuẩn ở cấp độ dưới giống. iii ABSTRACT Aims to get deep knowledge about the distribution of nucleotides in the chromosomes of bacteria and yeast, and to establish a method for classifying the closely related bacteria below genus level, this thesis has made two main research contents, as follows: Content 1: Study on the oligomer arrangement in the bacterial and yeast chromosomes. Initial study includes the investigation on the relationship between the oligomer size and the chromosomal strand symmetry, the consideration of the monomer asymmetry of local sequences in the chromosome, and the determination of the presence of individual oligomers along the length of the single strand of chromosomal DNA molecules. The results showed that the larger the oligomer size, the less symmetric the chromosomes were, and that while the whole chromosome was symmetric, the local sequences of the chromosomes were asymmetric. At the chromosomal level, the distribution of oligomers and their respective reverse complements in the sequences that carried the information to encode proteins and that in the protein non-coding sequences contributed equivalently to the chromosomal strand symmetry. In the sequences carrying information for encoding the proteins, the trimers were distributed according to a rule that exhibited the equivalence in their frequencies on the basis of the position of the nucleotides in a codon and thus shaping the codon usage, contributing to the chromosomal strand symmetry. Deeper investigation results showed that the distribution of the codon encoding trimers in the sense sequences of each chromosome had a very close relationship with that in the antisense sequences. The distribution of codon encoding trimers in the sense and antisense sequences along the length of the bacterial chromosomes on the basis of this relationship clearly shaped two replichores. Densities of codon encoding trimers in the sense and antisense sequences on the replichores of the bacterial chromosome showed that the codon encoding trimers and their respective reverse complements on the basis of this relationship were distributed in the sense and antisense sequences to balance the two replichores, thus contributing to the bacterial chromosomal strand symmetry. In the iv protein non-coding sequences, the distribution of trimers was different in comparison with that in the sequences that carried the information for encoding the proteins. Content 2: Based on the species-specificity of the codon usage shaped by the trimer arrangement in the sequences that carried the information for encoding the proteins at the chromosomal level, the species-specificity of the trimer densities in genomes was determined and was applied in the classification of closely related bacteria belonging to the Enterobacteriaceae, Burkholderiaceae and Pseudomonadaceae families. The results of this research content showed that the trimer densities in genomes could be used to classify the bacteria below genus level. v LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS. Nguyễn Đức Lượng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ, và lời cảm ơn chân thành xin được gửi đến tập thể Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được thực hiện và hoàn thành luận án. Xin được bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM, Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, Ban Chủ Nhiệm và Văn Phòng Khoa Kỹ Thuật Hóa Học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận án này. Xin cảm ơn các Quí Thầy, Cô trong Hội đồng đánh giá các chuyên đề Tiến sĩ, các Quí Thầy, Cô trong Hội đồng đánh giá luận án ở cấp Bộ Môn, cấp Khoa và cấp Trường đã đóng góp những ý kiến quí báu cho tôi thực hiện và hoàn chỉnh luận án. Xin cảm ơn các Quí Thầy, Cô, anh, chị, em trong Khoa Kỹ Thuật Hóa Học đã động viên và khích lệ, cảm ơn bạn bè đã cổ vũ và động viên tôi những lúc khó khăn trong quá trình thực hiện luận án này. Cuối cùng, con xin cảm ơn Mẹ và gia đình đã luôn sát cánh bên con, cho con động lực để cố gắng. Nghiên cứu sinh Phan Thị Huyền vi MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................x DANH MỤC BẢNG....................................................................................................xiv DANH MỤC HÌNH PHỤ .............................................................................................xv DANH MỤC BẢNG PHỤ..........................................................................................xvii CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................................xviii CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU..............................................................................................1 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .....................................................................................1 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .............................................................................2 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU...................................................2 1.4 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ...........................................3 1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ...................................4 1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ...................................4 1.7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU........................................................4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU.......................................6 2.1 DNA...................................................................................................................6 2.2 DNA OLIGOMER.............................................................................................7 2.3 CẤU TRÚC DNA NHIỄM SẮC THỂ ..............................................................8 2.3.1 Nhiễm sắc thể tế bào sinh vật prokaryote ...................................................8 2.3.2 Nhiễm sắc thể tế bào sinh vật eukaryote.....................................................9 2.4 SỰ SAO CHÉP DNA NHIỄM SẮC THỂ ......................................................11 2.4.1 Sự sao chép DNA nhiễm sắc thể trong tế bào vi khuẩn............................11 2.4.2 Sự sao chép DNA nhiễm sắc thể trong tế bào eukaryote..........................13 2.5 TÍNH BẤT ĐỐI XỨNG VÀ ĐỐI XỨNG CỦA DNA NHIỄM SẮC THỂ....14 2.5.1 Các định luật của Erwin Chargaff.............................................................14 2.5.2 Các phương pháp xác định tính bất đối xứng và đối xứng của DNA .......14 2.5.3 Sự tuân thủ của DNA nhiễm sắc thể theo các định luật của Erwin Chargaff.................................................................................................................17 2.6 TRÌNH TỰ NUCLEOTIDE TRONG PHÂN TỬ DNA NHIỄM SẮC THỂ VÀ CÁC MỐI LIÊN QUAN ....................................................................................21 vii 2.6.1 Sự phân bố của các nucleotide trong phân tử DNA nhiễm sắc thể và vị trí điểm khởi đầu sao chép .........................................................................................21 2.6.2 Hai mạch sao chép DNA và các bộ máy sao chép....................................24 2.6.3 Sự thay đổi trình tự nucleotide nhiễm sắc thể bằng phương pháp tái tổ hợp sử dụng trình tự oligonucleotide sợi đơn và hiệu suất tái tổ hợp ..........................25 2.6.4 Sự thay đổi trình tự nucleotide nhiễm sắc thể và các mối liên quan.........26 2.6.5 Codon, sự sử dụng codon và mức độ biểu hiện gene................................27 2.7 PHÂN LOẠI CÁC VI KHUẨN CÓ MỐI QUAN HỆ TIẾN HÓA GẦN ......29 2.7.1 Phân loại nhờ các đặc điểm sinh, lý, hóa ..................................................29 2.7.2 Phân loại nhờ các trình tự 16S rDNA ......................................................30 2.7.3 Phân loại nhờ các trình tự bộ gene............................................................33 2.7.4 Phân loại nhờ các dấu hiệu bộ gene ..........................................................35 2.7.5 Phân loại nhờ tín hiệu tuần hoàn nucleotide .............................................37 CHƯƠNG 3 3.1 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ...................................39 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................................39 3.1.1 Mục tiêu lý thuyết .....................................................................................39 3.1.2 Mục tiêu ứng dụng ....................................................................................39 3.2 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU............................................................................39 CHƯƠNG 4 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........40 4.1 NGUYÊN VẬT LIỆU .....................................................................................40 4.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................40 4.2.1 Xác định nucleotide skew .........................................................................41 4.2.2 Xác định tần suất xuất hiện của các oligomer trong một trình tự nucleotide sợi đơn ...................................................................................................................41 4.2.3 Xác định tần suất xuất hiện của các trimer trong các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể theo vị trí các nucleotide của codon ...................................................................................................................42 4.2.4 Xác định sự sử dụng codon.......................................................................43 4.2.5 Xác định mối quan hệ tiến hóa giữa các vi khuẩn dựa trên trình tự 16S rDNA ...................................................................................................................44 4.2.6 Xác định mật độ phân bố của các trimer trong một trình tự DNA sợi đơn... ...................................................................................................................44 viii 4.2.7 Xác định mối quan hệ tiến hóa giữa các vi khuẩn dựa trên mật độ phân bố của các trimer trong phân tử DNA nhiễm sắc thể .................................................45 4.2.8 So sánh mức độ bất đối xứng trimer của các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể trên cơ sở tần suất xuất hiện của các trimer mã hóa codon..............................................................................................45 4.2.9 Phương pháp Trimer-walk ........................................................................48 CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ....................................49 5.1 NGHIÊN CỨU SỰ SẮP XẾP CỦA CÁC OLIGOMER TRONG PHÂN TỬ DNA NHIỄM SẮC THỂ...........................................................................................49 5.1.1 Bước đầu tìm hiểu sự phân bố của các nucleotide trong phân tử DNA nhiễm sắc thể .........................................................................................................49 5.1.2 Nghiên cứu sự sắp xếp của các nucleotide trong các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể .............................................67 5.1.3 Nghiên cứu sâu về sự phân bố của các trimer mã hóa codon trong các trình tự sense và antisense của phân tử DNA nhiễm sắc thể.................................76 5.1.4 Nghiên cứu sự phân bố của các trimer trong các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể ...............................................................98 5.2 ỨNG DỤNG SỰ PHÂN BỐ CỦA CÁC TRIMER TRONG BỘ GENE ĐỂ PHÂN LOẠI CÁC VI KHUẨN CÓ MỐI QUAN HỆ TIẾN HÓA GẦN ..............109 5.2.1 Tính đặc trưng loài của mật độ phân bố của các trimer trong phân tử DNA nhiễm sắc thể .......................................................................................................110 5.2.2 Ứng dụng mật độ phân bố của các trimer trong bộ gene để phân loại các vi khuẩn có mối quan hệ tiến hóa gần .................................................................111 CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................121 6.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................121 6.2 KIẾN NGHỊ...................................................................................................121 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .........................................................................123 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................124 PHỤ LỤC ....................................................................................................................137 ix DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Thành phần hóa học của DNA .........................................................................7 Hình 2.2 Các liên kết hydrogen giữa các nucleotide bổ sung trong phân tử DNA. ........7 Hình 2.3 Ảnh chụp nhiễm sắc thể của tế bào vi khuẩn E. coli........................................9 Hình 2.4 Cấu trúc nhiễm sắc thể của tế bào sinh vật eukaryote....................................10 Hình 2.5 Bộ máy sao chép DNA của vi khuẩn E. coli ..................................................12 Hình 2.6 Enzyme replicase của vi khuẩn E. coli là một protein dimer bất đối xứng....12 Hình 2.7 Tính bất đối xứng monomer cục bộ của phân tử DNA nhiễm sắc thể của một số vi khuẩn. ...................................................................................................................18 Hình 2.8 DNA-walk trên các đoạn ở hai đầu của 16 phân tử DNA nhiễm sắc thể tế bào nấm men. .......................................................................................................................19 Hình 2.9 Tần suất xuất hiện của các oligomer trên hai sợi bổ sung của phân tử DNA nhiễm sắc thể người số 22 .............................................................................................20 Hình 2.10 Các ví dụ minh họa sự phân bố không cân đối của một số oligomer ở hai phía của điểm khởi đầu sao chép của bốn bộ gene vi khuẩn.........................................22 Hình 2.11 Xác định vị trí điểm khởi đầu sao chép nhờ tần suất xuất hiện của các oligomer trong bộ gene của hai vi khuẩn cổ .................................................................24 Hình 2.12 Minh họa một cây phát sinh loài. .................................................................31 Hình 4.1 Minh họa hai sợi DNA bổ sung của một phân tử DNA nhiễm sắc thể. .........40 Hình 4.2 Cách xác định tần suất xuất hiện của các trimer dọc theo chiều dài một trình tự nucleotide sợi đơn. ....................................................................................................41 Hình 4.3 Minh họa vị trí của các trimer trong các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể theo vị trí của các nucleotide của codon. ......43 Hình 5.1 Tần suất xuất hiện của các monomer và oligomer trên hai sợi bổ sung của phân tử DNA nhiễm sắc thể. .........................................................................................51 Hình 5.2 Minh họa sự hiện diện của một trimer và trimer BSĐN của nó trong một trình tự nucleotide sợi đơn.. ...................................................................................................52 Hình 5.3 GC skew trong phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987. ..........53 Hình 5.4 AT skew trong phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987............53 Hình 5.5 GC skew trong phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae...............54 Hình 5.6 AT skew trong phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae ...............54 Hình 5.7 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của 6 cặp dimer/dimer BSĐN dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 ....................56 Hình 5.8 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AAA/TTT, AAC/GTT, AAT/ATT và ACA/TGT dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987. ..........................................................................................57 Hình 5.9 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AAAA/TTTT, AAAC/GTTT, AAAG/CTTT và AAAT/ATTT dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 ..........................................................................58 x Hình 5.10 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của 6 cặp dimer/dimer BSĐN dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae..............59 Hình 5.11 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AAA/TTT, AAC/GTT, AAT/ATT và ACA/TGT dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae...............................................................................................60 Hình 5.12 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AAAA/TTTT, AAAC/GTTT, AAAG/CTTT và AAAT/ATTT dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae..............................................................................61 Hình 5.13 Tần suất xuất hiện của các dimer trong tất cả các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể.................................................................63 Hình 5.14 Tần suất xuất hiện của các dimer trong tất cả các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể .......................................................................63 Hình 5.15 Tần suất xuất hiện của các trimer trong tất cả các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể.................................................................64 Hình 5.16 Tần suất xuất hiện của các trimer trong tất cả các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể .......................................................................64 Hình 5.17 Tần suất xuất hiện của các tetramer trong tất cả các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể...........................................................65 Hình 5.18 Tần suất xuất hiện của các tetramer trong tất cả các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể .......................................................................66 Hình 5.19 Tần suất xuất hiện của các cặp trimer mã hóa codon trong tất cả các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể .................................69 Hình 5.20 Tần suất xuất hiện của các trimer theo vị trí của các nucleotide của codon trong tất cả các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể ..................................................................................................................................70 Hình 5.21 Tần suất xuất hiện của các trimer theo vị trí của các nucleotide của codon trong tất cả các trình tự sense và trong tất cả các trình tự antisense của phân tử DNA nhiễm sắc thể .................................................................................................................72 Hình 5.22 So sánh mức độ bất đối xứng của 5601 trình tự sense và antisense trong phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn B. cereus ATCC 10987.....................................78 Hình 5.23 So sánh mức độ bất đối xứng của 726 trình tự sense và antisense trong phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae................................................................79 Hình 5.24 So sánh các dãy giá trị bi(T/T BSĐN) trung bình của các nhóm I và II của các phân tử DNA nhiễm sắc thể của các vi khuẩn khác nhau .............................................85 Hình 5.25 So sánh các dãy giá trị bi(T/T BSĐN) trung bình của các nhóm I và II của 16 phân tử DNA nhiễm sắc thể của S. cerevisiae ..............................................................86 Hình 5.26 Sự phân bố của các trimer mã hóa codon trong các nhóm trình tự I và II trong Hình 5.22 .............................................................................................................87 Hình 5.27 Sự phân bố của các trimer mã hóa codon trong các nhóm trình tự I và II trong Hình 5.23 .............................................................................................................88 xi Hình 5.28 Đường cong tích lũy các giá trị gán bi(T/T BSĐN) trung bình trên các trình tự sense và antisense của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987. ..............90 Hình 5.29 Đường cong tích lũy các giá trị gán bi(T/T BSĐN) trung bình trên các trình tự sense và antisense của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae ..................91 Hình 5.30 Hai replichore của phân tử DNA nhiễm sắc thể vi khuẩn............................93 Hình 5.31 Mật độ phân bố của các trimer mã hóa codon trong các trình tự sense và antisense trên hai replichore của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987. .......................................................................................................................................95 Hình 5.32 Hệ số tương quan Pearson của các dãy giá trị bi(T/T BSĐN) của các trình tự mang thông tin mã hóa protein và không mã hóa protein với dãy giá trị bi(T/T BSĐN) của tất cả các trình tự mRNA của B. cereus ATCC 10987................................................100 Hình 5.33 Hệ số tương quan Pearson của các dãy giá trị bi(T/T BSĐN) của các trình tự mang thông tin mã hóa protein và không mã hóa protein với dãy giá trị bi(T/T BSĐN) của tất cả các trình tự mRNA của nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae............................101 Hình 5.34 So sánh các dãy giá trị bi(T/T BSĐN) giữa các trình tự mang thông tin mã hóa protein và giữa các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987....................................................................................................102 Hình 5.35 So sánh các dãy giá trị bi(T/T BSĐN) giữa các trình tự mang thông tin mã hóa protein và giữa các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae. .........................................................................................................103 Hình 5.36 Đồ thị biểu diễn sự phân bố của các trimer dọc theo các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 ........................104 Hình 5.37 Đồ thị biểu diễn sự phân bố của các trimer BSĐN dọc theo các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987. ......105 Hình 5.38 Đồ thị biểu diễn sự phân bố của các trimer dọc theo các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae ...........................106 Hình 5.39 Đồ thị biểu diễn sự phân bố của các trimer BSĐN dọc theo các trình tự không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae ..........107 Hình 5.40 Mật độ phân bố của các trimer trong các trình tự mang thông tin mã hóa protein và không mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể.............................108 Hình 5.41 Tần suất xuất hiện của các trimer trong phân tử DNA nhiễm sắc thể của các vi khuẩn khác nhau......................................................................................................110 Hình 5.42 Mật độ phân bố của các trimer trong các phân tử DNA nhiễm sắc thể của các vi khuẩn.................................................................................................................111 Hình 5.43 Phân loại Enterobacteria trên cơ sở các trình tự 16S rDNA......................114 Hình 5.44 Phân loại Enterobacteria trên cơ sở mật độ phân bố của các trimer trong bộ gene .............................................................................................................................115 Hình 5.45 Phân loại Burkholderia trên cơ sở các trình tự 16S rDNA ........................116 Hình 5.46 Phân loại Burkholderia trên cơ sở mật độ phân bố của các trimer trong bộ gene .............................................................................................................................117 xii Hình 5.47 Phân loại Pseudomonas trên cơ sở các trình tự 16S rDNA........................118 Hình 5.48 Phân loại Pseudomonas trên cơ sở mật độ phân bố của các trimer trong bộ gene .............................................................................................................................119 xiii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Sự sử dụng codon ở vi khuẩn và người. ........................................................28 Bảng 4.1 Minh họa cách sắp các giá trị b(T/T BSĐN) của các cặp T/TBSĐN trong các trình tự sense hoặc antisense Sj của phân tử DNA nhiễm sắc thể..........................................47 Bảng 5.1 Sự sử dụng codon ở B. cereus ATCC 10987 .................................................74 Bảng 5.2 Sự sử dụng codon ở S. cerevisiae ..................................................................75 Bảng 5.3 Các giá trị bi(T/T BSĐN) trung bình của mỗi nhóm trình tự trong Hình 5.22 .....82 Bảng 5.4 Các giá trị bi(T/T BSĐN) trung bình của mỗi nhóm trình tự trong Hình 5.23 .....83 xiv DANH MỤC HÌNH PHỤ Hình phụ 1 Tính bất đối xứng monomer cục bộ của các phân tử DNA nhiễm sắc thể S. cerevisiae.....................................................................................................................144 Hình phụ 2 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp ACC/GGT, ACG/CGT, ACT/AGT và AGA/TCT dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 .........................................................................................146 Hình phụ 3 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AGC/GCT, AGG/CCT, ATA/TAT và ATC/GAT dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 .........................................................................................146 Hình phụ 4 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp ATG/CAT, CAA/TTG, CAC/GTG và CAG/CTG dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 .........................................................................................147 Hình phụ 5 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp CCA/TGG, CCC/GGG, CCG/CGG và CGA/TCG dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 .........................................................................................147 Hình phụ 6 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp CGC/GCG, CTA/TAG, CTC/GAG và CTT/AAG dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 .........................................................................................148 Hình phụ 7 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp GAA/TTC, GAC/GTC, GCA/TGC và GCC/GGC dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 .........................................................................................148 Hình phụ 8 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp GGA/TCC, GTA/TAC, TAA/TTA và TCA/TGA dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 .........................................................................................149 Hình phụ 9 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AAA/TTT, AAC/GTT, AAT/ATT và ACA/TGT dọc theo chiều dài sợi Watson của đoạn có vị trí từ 1000 đến 521000 của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 ..............................149 Hình phụ 10 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AAA/TTT, AAC/GTT, AAT/ATT và ACA/TGT dọc theo chiều dài sợi Watson của đoạn có vị trí từ 1000 đến 53000 của phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 ...............................150 Hình phụ 11 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp ACC/GGT, ACG/CGT, ACT/AGT và AGA/TCT dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae.............................................................................................151 Hình phụ 12 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AGC/GCT, AGG/CCT, ATA/TAT và ATC/GAT dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisia ..............................................................................................151 xv Hình phụ 13 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp ATG/CAT, CAA/TTG, CAC/GTG và CAG/CTG dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae.............................................................................................152 Hình phụ 14 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp CCA/TGG, CCC/GGG, CCG/CGG và CGA/TCG dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae.............................................................................................152 Hình phụ 15 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp CGC/GCG, CTA/TAG, CTC/GAG và CTT/AAG dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae.............................................................................................153 Hình phụ 16 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp GAA/TTC, GAC/GTC, GCA/TGC và GCC/GGC dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae.............................................................................................153 Hình phụ 17 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp GGA/TCC, GTA/TAC, TAA/TTA và TCA/TGA dọc theo chiều dài sợi Watson của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae.............................................................................................154 Hình phụ 18 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của cặp AAA/TTT và cặp ACC/GGT dọc theo chiều dài sợi Watson của các phân tử DNA nhiễm sắc thể số 1, 2, 3 và 4 của S. cerevisiae.................................................................................................................156 Hình phụ 19 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của cặp AAA/TTT dọc theo chiều dài sợi Watson của các phân tử DNA nhiễm sắc thể số 5, 6, 7 và 8 của S. cerevisiae ...........156 Hình phụ 20 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của cặp AAA/TTT dọc theo chiều dài sợi Watson của các phân tử DNA nhiễm sắc thể số 9, 10, 11 và 12 của S. cerevisiae. ....157 Hình phụ 21 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của cặp AAA/TTT dọc theo chiều dài sợi Watson của các phân tử DNA nhiễm sắc thể số 13, 14, 15 và 16 của S. cerevisiae ...157 Hình phụ 22 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AAA/TTT, AAC/GTT, AAT/ATT và ACA/TGT dọc theo chiều dài sợi Watson của đoạn có vị trí từ 1 đến 150000 của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae .................................158 Hình phụ 23 Các đồ thị biểu diễn sự phân bố của các cặp AAA/TTT, AAC/GTT, AAT/ATT và ACA/TGT dọc theo chiều dài sợi Watson của đoạn có vị trí từ 1 đến 15000 của phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae ...................................159 Hình phụ 24 Tần suất xuất hiện của các trimer theo vị trí của các nucleotide của codon trong tất cả các trình tự sense và antisense của các phân tử DNA nhiễm sắc thể B. lata 383 ...............................................................................................................................160 Hình phụ 25 Đường cong tích lũy các giá trị gán bi(T/T BSĐN) trung bình trên các trình tự mang thông tin mã hóa protein của phân tử DNA nhiễm sắc thể các vi khuẩn. .........202 Hình phụ 26 Đường cong tích lũy các giá trị gán bi(T/T BSĐN) trung bình trên các trình tự mang thông tin mã hóa protein của các phân tử DNA nhiễm sắc thể S. cerevisiae....204 Hình phụ 27 Mật độ phân bố của các trimer mã hóa codon trong các trình tự sense và antisense trên hai replichore của các phân tử DNA nhiễm sắc thể B. lata 383...........206 Hình phụ 28 Sự chồng khít lên nhau của các kết quả trong Hình 5.38 và Hình 5.39. 208 xvi DANH MỤC BẢNG PHỤ Bảng phụ 1 Số lượng các nucleotide trong phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 ...............................................................................................................137 Bảng phụ 2 16 dimer và dimer BSĐN tương ứng.......................................................138 Bảng phụ 3 64 trimer và trimer BSĐN tương ứng ......................................................138 Bảng phụ 4 256 tetramer và tetramer BSĐN tương ứng.............................................138 Bảng phụ 5 1024 pentamer và pentamer BSĐN tương ứng........................................139 Bảng phụ 6 Các điểm khởi đầu sao chép đã được xác minh trong nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae ..........................................................................................................155 Bảng phụ 7 4096 hexamer được sắp theo trật tự alphabet ..........................................161 Bảng phụ 8 Vị trí của 2790 trình tự sense và antisense (nhóm I) trong phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 ........................................................................168 Bảng phụ 9 Vị trí của 2811 trình tự sense và antisense (nhóm II) trong phân tử DNA nhiễm sắc thể B. cereus ATCC 10987 ........................................................................178 Bảng phụ 10 Vị trí của 363 trình tự sense và antisense (nhóm I) trong phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae............................................................................187 Bảng phụ 11 Vị trí của 363 trình tự sense và antisense (nhóm II) trong phân tử DNA nhiễm sắc thể số 4 của S. cerevisiae............................................................................189 Bảng phụ 12 Kết quả phân nhóm khi so sánh các dãy giá trị bi(T/T BSĐN) của các trình tự sense và antisense trong các nhiễm sắc thể vi khuẩn ..................................................190 Bảng phụ 13 Kết quả phân nhóm khi so sánh các dãy giá trị bi(T/T BSĐN) của các trình tự sense và antisense trong các nhiễm sắc thể của S. cerevisiae .....................................191 Bảng phụ 14 Thành phần trimer mã hóa codon trong các nhóm a và b của 16 phân tử DNA nhiễm sắc thể của S. cerevisiae trong nghiên cứu ở Mục 5.1.3.1 và Mục 5.1.3.2.2 .....................................................................................................................................193 Bảng phụ 15 Các giá trị bi(T/T BSĐN) trung bình của các nhóm I ở Hình 5.24...............194 Bảng phụ 16 Các giá trị bi(T/T BSĐN) trung bình của các nhóm II ở Hình 5.24 .............196 Bảng phụ 17 Các giá trị bi(T/T BSĐN) trung bình của các nhóm I ở Hình 5.25...............198 Bảng phụ 18 Các giá trị bi(T/T BSĐN) trung bình của các nhóm II ở Hình 5.25 .............200 Bảng phụ 19 bi(T/T BSĐN) trung bình của các nhóm (I) và (II) trong Hình 5.35. ...........207 xvii CÁC TỪ VIẾT TẮT DNA Deoxyribonucleic acid A Adenine C Cytosine G Guanine T Thymine NST Nhiễm sắc thể bp Base pair kbp Kilobase pair Mb Megabase kDa Kilodalton BSĐN Bổ sung đảo ngược Sợi T Sợi đơn DNA làm khuôn cho quá trình phiên mã Sợi NT Sợi đơn DNA bổ sung với sợi làm khuôn cho quá trình phiên mã rDNA ribosomal DNA rRNA ribosomal RNA mRNA RNA thông tin tRNA RNA vận chuyển NCBI National Center for Biotechnology Information xviii