Đặc điểm hệ gen phiên mã và phát triển bộ chỉ thị phân tử microsatellites (SSR) ứng dụng trong phân tích đa dạng di truyền quần thể và loài Sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis Ha et Grushv) ở Việt Nam

Sâm Ngọc Linh Panax vietnamensis Ha et Grushv. là một loài thảo dược quan trọng, đặc hữu và có nguy cơ tuyệt chủng ở Việt Nam. Hiểu được tầm quan trọng về đa dạng di truyền của các loài có nguy cơ tuyệt chủng còn sót lại trong rừng là cần thiết để xây dựng các chiến lược bảo tồn, phục hồi và quản lý loài hiệu quả. Tuy nhiên, tính đa dạng và cấu trúc di truyền quần thể của loài sâm Ngọc Linh còn chưa được hiểu biết đầy đủ do thiếu các dấu hiệu phân tử đặc hiệu.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành các nghiên cứu sau: (1) giải mã toàn bộ hệ gen phiên mã của loài sâm Ngọc Linh P. vietnamensis bằng kỹ thuật Illumina HiSeq™ 4000 và phân tích chức năng gen, phân loại các con đường chuyển hóa dựa trên các đặc điểm của hệ gen phiên mã; (2) sau đó chúng tôi đã xây dựng bộ chỉ thị phân tử EST-SSR cho loài sâm Ngọc Linh; (3) chứng minh tính hiệu quả của các dấu hiệu này qua nghiên cứu mức độ đa dạng và cấu trúc di truyền của ba quần thể hoang dã sâm Ngọc Linh và (4) đánh giá ảnh hưởng khoảng cách địa lý đến mức độ trao đổi dòng gen trong các quần thể hoang dã được nghiên cứu.

Sau khi lắp ráp, hiệu chỉnh, kiểm tra chất lượng và sàng lọc dữ liệu nghiêm ngặt từ bộ dữ liệu thô của 23.741.783 đoạn trình tự nucleotide, đã tìm ra 89.271 đoạn trình tự có chứa 89.271 đơn vị gen với độ dài trung bình 589,31bp. 31.686 đơn vị gen đã được chú giải trong 7 cơ sở dữ liệu khác nhau (Gene Ontology (GO), protein sequences (NR), Swiss-Prot, Pfam, Clusters of Orthologous Groups (COG) , Karyotic Orthologous Groups of proteins (KOG), Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)). Tiếp theo, đã phát hiện 11.343 đoạn chứa EST-SSR. Từ 7.774 cặp mồi SSR được thiết kế, 110 cặp đã được chọn ngẫu nhiên để kiểm tra chất lượng đặc hiệu tính đa hình, trong đó 20 cặp mồi nhân bản thành công các đoạn ADN. Đã sử dụng 9 cặp mồi SSR đa hình để phân tích cấu trúc và tính đa dạng di truyền của quần thể loài Sâm Ngọc Linh.

Kết quả thu được cho thấy mức độ đa dạng di truyền cao trong quần thể, gồm: hệ số gen dị hợp tử quan sát trung bình (Ho) = 0,422 và hệ số gen dị hợp tử kỳ vọng (He) = 0,479. Sử dụng hai mô hình TPM (Mô hình đột biến 2 giai đoạn – Two-phase Mutation Model) và SMM (Mô hình đột biến từng bước – Stepwise Mutation Model) trong quá trình phân tích hiện tượng thắt nút cổ chai (Bottleneck) cho thấy: các quần thể nghiên cứu đang bị thiếu hụt đáng kể gen dị hợp tử (p <0,01). Điều này thể hiện ở dấu hiệu nút cổ chai trong tất cả các quần thể nghiên cứu. Sự khác biệt di truyền giữa các quần thể ở mức trung bình (Fst = 0,133) và mức độ trao đổi dòng gen cao không đáng kể (Nm = 1,63) giữa các quần thể. Phân tích phương sai phân tử (AMOVA) cho thấy, 63,17% biến thể trong các cá thể và 12,45% trong các quần thể. Kết quả của chúng tôi cho thấy hai cụm di truyền có liên quan đến khoảng cách địa lý. Kết quả nghiên cứu này không chỉ cung cấp cơ sở khoa học cho công tác nhân giống sâm Ngọc Linh, mà còn là cơ sở để bảo tồn, duy trì tính đa dạng di truyền của quần thể và loài.

Hình ảnh sâm ngọc linh sử dụng trong nghiên cứu

Nguồn tài liệu:

Dinh Duy Vu, Syed Noor Muhammad Shah, Mai Phuong Pham, Van Thang Bui, Minh Tam Nguyen, Thi Phuong Trang Nguyen. De novo assembly and Transcriptome characterization of an endemic species of Vietnam, Panax vietnamensis Ha et Grushv., including the development of EST-SSR markers for population Genetics. BMC Plant Biology (2020) 20:358. (SCIE, Q1, Impact factor: 3.83)

https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02571-5

Tin: Vũ Đình Duy,Viện Sinh thái Nhiệt đới