Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử ADN (mã vạch DNA) trong phân tích đa dạng di truyền và giám định sinh vật ở Việt Nam


Được đăng: Ngày 13 Tháng 12 Năm 2015 14:12 | Viết bởi Hà Văn Huân (Chủ nhiệm Dự án) |

Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử ADN (mã vạch DNA) trong phân tích đa dạng di truyền và giám định sinh vật ở Việt Nam

          Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên sinh vật rất đa dạng và phong phú với nhiều loài động vật, thực vật, nấm có giá trị kinh tế cao. Trong đó, thực vật là giới sinh vật có tính  đa dạng rất cao về loài. Đến nay, có khoảng 350.000 loài thực vật đã được nhận dạng. Vậy bằng cách nào để phân biệt được sự khác nhau hay giống nhau và mối quan hệ giữa các loài, các cá thể sinh vật?  Từ thời thượng cổ, các Nhà khoa học đã biết cách sắp xếp cây cỏ theo những trật tự nhất định để có thể nhận biết chúng một cách dễ dàng. Con người đã cố gắng tìm những đặc điểm giống nhau để sắp xếp cây cỏ vào từng nhóm, nhưng lại dựa vào những đặc điểm sai khác để phân biệt nhóm này với nhóm kia. Như vậy, theo phương pháp truyền thống, việc phân loại hay giám định sinh vật chủ yếu dựa trên chỉ thị về hình thái hoặc các đặc tính sinh lý sinh hóa bên trong nhờ vào bảng hướng dẫn định danh có sẵn. Phương pháp phân loại truyền thống này trong nhiều trường hợp còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế, như: nhiều sinh vật có hình thái rất giống nhau nhưng thực tế lại rất khác nhau trong hệ thống phân loại (hệ gen rất khác nhau); ngược lại nhiều sinh vật có hình thái rất khác nhau nhưng lại rất gần nhau trong hệ thống phân loại (hệ gen rất giống nhau). Mặt khác, phương pháp phân loại truyền thống dựa trên các đặc điểm hình thái rất khó phân biệt được sự khác biệt giữa các biến dị dưới loài. Đặc biệt, đối với những mẫu vật có nguồn gốc sinh vật đã bị biến đổi về hình thái, như: những mẫu sinh vật đã chết, bị chôn vùi dưới đất, ở các công trình xây dựng, đã qua chế biến thì không thể xác định được bằng chỉ thị hình thái. Gần đây nhờ vào sự phát triển của khoa học công nghệ nói chung và các kỹ thuật sinh học phân tử nói riêng đã cho phép chúng ta nhanh chóng xác định được sự khác biệt về vật chất di truyền giữa các loài sinh vật, thậm chí giữa các cá thể sinh vật trong cùng loài. Từ đó có thể định danh được sinh vật và xác định được mối quan hệ di truyền giữa các cá thể, quần thể hay xuất xứ. Như vậy, việc kết hợp giữa chỉ thị hình thái và chỉ thị phân tử ADN sẽ nhanh chóng xác định được sự khác biệt giữ sinh vật này với sinh vật khác một cách chính xác. Vì vậy, các kỹ thuật sinh học phân tử được xem là công cụ hỗ trợ có hiệu quả cho việc phân tích di truyền ở các loài sinh vật. Trong đó, mã vạch ADN được xem như là một công cụ để giám định sinh vật và xác định mối quan hệ di truyền giữa các  loài.

         Xây dựng cơ sở dữ liệu mã vạch ADN là hướng nghiên cứu mới. Nhận thấy vai trò, ý nghĩa và sự cần thiết của việc xây dựng ngân hàng mã vạch ADN, ở Việt Nam các nhà khoa học cũng như các nhà quản lý cũng đã bắt đầu tiếp cận và quan tâm đến hướng nghiên cứu này, nhằm hướng tới xây dựng một ngân hàng dữ liệu mã vạch ADN quốc gia cho các loài sinh vật  (Động vật, thực vật, vi sinh vật, virut,...) phục vụ phân loại, giám định, chẩn đoán bệnh, bảo tồn và quản lý thương mại nguồn tài nguyên sinh vật ở Việt Nam.

        Ở Viện Nam, đến nay đã có một số công trình nghiên cứu về mã vạch ADN được triển khai ở một số cơ sở nghiên cứu. Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn còn rất nhỏ lẻ, trên một vài đối tượng sinh vật, chưa có tính hệ thống, đồng bộ nên chưa thể xây dựng được cơ sở dữ liệu về mã vạch ADN. Một số đề tài đã và đang được triển khai tại các viện nghiên cứu và trường đại học trong cả nước, như:

         Tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nhiều đề tài liên quan đã được thực hiện ở các đơn vị trực thuộc (Viện Công nghệ sinh học, Viện nghiên cứu hệ gen, Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Viện sinh học nhiệt đới, Bảo tàng thiên nhiên,...), như:

          Đề tài "Nghiên cứu mối quan hệ di truyền một số loại cây gỗ quý thuộc chi trắc (Dalbergia) bị đe dọa tuyệt chủng bằng chỉ thị phân tử", đề tài "Góp phần xác định các loài thuộc chi tre (Bambusa Schreb) ở Việt Nam bằng phương pháp DNA hỗ trợ phương pháp phân loại hình thái truyền thống", đặc biệt là đề tài cấp nhà nước TN3/T15, 2012-2015 "Nghiên cứu tính đa dạng nguồn gen di truyền và thành phần hóa học một số loài lá kim ở Tây Nguyên, đề xuất giải pháp bảo tồn, sử dụng và phát triển bền vững" do PGS.TS Đinh Thị Phòng; Đề tài "Đánh giá đa dạng di truyền hai loài Dầu nước (Dipterocarpus alatus) và Dầu mít (D. costatus) họ Dầu (Dipterocarpaceae) đang bị đe doạ trong hệ sinh thái rừng nhiệt đới Nam Việt Nam" do TS. Nguyễn Minh Tâm ở Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam làm chủ nhiệm, có thể nói đây là những công trình nghiên cứu đầu tiên và bài bản về lĩnh vực ứng dụng công nghệ ADN trong nghiên cứu đa dạng di truyền, xác định loài ở Việt nam. Kết quả của đề tài đã tạo tiền đề quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo (Đinh Thị Phòng, 2011, 2014; Vũ Thị Thu Hiền, 2009).

             Kết hợp phương pháp sinh học phân tử và hình thái trong nghiên cứu phân loại các họ Thiên lý (Asclepiadaceae) và Trúc đào (Apocynaceae) ở Việt Nam (2009-2010, Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật); Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền của cây dó bầu tại Việt Nam bằng kỹ thuật chỉ thị ADN nhằm bảo tồn, hỗ trợ và nâng cao hiệu quả sản xuất trầm hương (2010-2011, Viện Công nghệ sinh học); Định loại phân tử để giám sát thương mại và thương mại hóa các lâm sản ngoài gỗ ở Campuchia, Lào và Việt Nam (2010-2012, Viện Công nghệ sinh học, Viện nghiên cứu hệ gen); Nghiên cứu xây dựng mã vạch ADN (DNA barcode) phục vụ cho việc định danh sâm Ngọc Linh và cây Bá bệnh (2012-2013, Viện Công nghệ sinh học) (Nguyễn Thị Thu Hiền, 2012; Đinh Thi Phòng, 2011, 2014).  Bước đầu, một số kết quả công bố đã chỉ ra có thể sử dụng gen 18S rRNA để phân loại các loài thuộc chi Bình vôi (Stephania) (Huỳnh Thị Thu Huệ et al., 2003), để xác định mức độ quan hệ họ hàng giữa Sa mộc (Cunninghamia lanceolata Lamb.) nhập từ Trung Quốc và Sa mộc dầu (Cunninghamia konishii Hayata) mọc tự nhiên (Nguyễn Thị Phương Trang et al., 2009), để phân loại 9 loài thuộc họ Hoàng đàn (Cupressaceae) ở Việt Nam (Nguyễn Minh Tâm, et al., 2012). Nguyễn Đức Thành và nhóm nghiên cứu (2007) đã sử dụng một số gen ở lục lạp để nghiên cứu đa dạng di truyền và xuất xứ một số loài cây lâm nghiệp. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra, các chỉ thị gen lục lạp là công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu đa dạng di truyền và xuất xứ các loài cây lâm nghiệp.

           Đề tài giám định phân tử và di truyền quần thể của các rừng gỗ Pơ Mu (Fokienia hodginsii) tại Việt Nam (2010-2011, Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội);  Đánh giá đa dạng di truyền của chi Lan huệ ở Việt Nam bằng chỉ thị phân tử (2010-2011, Trường Đại học Nông nghiệp I); Nghiên cứu hệ thống phân loại và bảo tồn các loài cây thuộc họ Dầu (Dipterocarpaceae) tại Việt Nam (2010-2012, Trường Đại học Lâm nghiệp).  Nhóm nghiên cứu của Trần Hoàng Dũng và cộng sự đã tiến hành xác định một số đoạn ADN đặc trưng để làm mã vạch cho một số nhóm thực vật quý hiếm, đặc hữu, có giá trị kinh tế và dược tính như: Lan Hài (Paphiopedilum), Hoàng Thảo (Dendrobium), Sâm Ngọc Linh (Panax vietnamensis), Củ Hoài Sơn (Discorea persimilis), Ngải sậy hoang An Giang họ Gừng Zingiberaceae, hoặc nấm dược liệu như Linh Chi (Ganoderma), nấm gây bệnh (Phytothphora); động vật quý hiếm đặc hữu Việt Nam (Nguyễn Hoàng Dũng, 2014).  Nguyễn Thị Thanh Nga và cộng sự (2012) đã tiến hành nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền một số loài cây dược liệu Việt Nam thuộc chi Đảng Sâm (Codonopsis sp) bằng kỹ thuật ADN mã vạch, kết quả nghiên cứu đã khuếch đại thành công hai vùng gen ITS và matK và phân tích được sự đa hình trên mỗi vùng gen. Nghiên cứu đã ứng dụng mã vạch ADN  trong phân tích đa dạng di truyền các loài Codonopsis ở Việt Nam và cùng các kết quả nghiên cứu trước đây trên thế giới đã khẳng định vùng gen ITS và matK có  thể giúp nhận diện loài và dưới loài như một mã vạch phân tử, đồng thời có thể được dùng cho các nghiên cứu tiếp theo về tiến hóa học phân tử và nghiên cứu bảo tồn nguồn gen của loài dược liệu quý. Hoàng Đăng Hiếu và cộng sự (2012), đã sử dụng các kỹ thuật sinh học phân tử trong phân tích đa dạng cà định dạng của tập đoàn cây Dó Bầu (Aquilaria SP.) tại Hà Tĩnh, kết quả nghiên cứu đã tách chiết và tinh sạch được ADN tổng số của 18 mẫu dó bầu trong đó có 3 loài của Lào, 4 mẫu thu tại Phú Quốc và 11 mẫu thu tại Hà Tĩnh; đã  nhân  bản  thành  công  các  đoạn  gen  trnH-psbA,  rbcL,  rpoB,  ITS  bằng  phương pháp PCR từ ADN tổng số của 18 mẫu dó bầu.  Hà Văn Huân (2013, 2014) đã triển khai nghiên cứu ‘‘Xây dựng cơ sở dữ liệu chỉ thị phân tử ADN mã vạch cho loài Sến mật (Madhuca pasquierii) phục vụ giám định loài‘‘ và phân lập đoạn DNA barcoding cho loài Trà hoa vàng Tam đảo (Camellia tamdaoensis Hakoda et Ninh) phục vụ bảo tồn và phát triển loài Trà đặc hữu, quý hiếm của Việt Nam.

          Các nghiên cứu trên đã tạo tiền đề quan trọng cho hướng nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử vào việc phân loại, giám định, đánh giá đa dạng di truyền, bảo tồn và quản lý thương mại nguồn tài nguyên sinh vật ở nước ta.

                                                                                                                                                          Tổng hợp Hà Văn Huân