Phân tích đa dạng di truyền quần thể nấm corynespora cassiicola wei gây bệnh trên cây cao su (hevea brasiliensis muell. arg.) tại Lai Khê (Bến Cát – Bình Dương) bằng phương pháp rflp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***000*** NGÔ QUANG HƢỞNG PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI TRUYỀN QUẦN THỂ NẤM Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei GÂY BỆNH TRÊN CÂY CAO SU (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) TẠI LAI KHÊ (BẾN CÁT – BÌNH DƢƠNG) BẰNG PHƢƠNG PHÁP RFLP – PCR LUẬN VĂN KỸ SƢ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***000*** PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI TRUYỀN QUẦN THỂ NẤM Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei GÂY BỆNH TRÊN CÂY CAO SU (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) TẠI LAI KHÊ (BẾN CÁT – BÌNH DƢƠNG) BẰNG PHƢƠNG PHÁP RFLP – PCR Luận văn kỹ sƣ Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS.TS. BÙI CÁCH TUYẾN NGÔ QUANG HƢỞNG ThS. PHAN THÀNH DŨNG Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2006 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY, HCMC DEPARTMENT OF BIOTECHNOLOGY ***000*** STUDYING GENETIC DEVERSITY OF Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei POPULATION, DESTRUCTIVE FUNGAL PATHOGEN OF Hevea brasiliensis Muell. Arg. AT LAI KHE (BEN CAT – BINH DUONG), WAS CARRIED OUT BY USING RFLP – PCR Graduation thesis Major: Biotechnology Professor: Student: PhD. BUI CACH TUYEN NGO QUANG HUONG MSc. PHAN THANH DUNG Term: 2002 - 2006 HCMC, 09/2006 LỜI CẢM TẠ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến: Thầy PGS.TS. Bùi Cách Tuyến - hiệu trưởng trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh. ThS. Phan Thành Dũng - trưởng Bộ môn bảo vệ thực vật, Viện nghiên cứu cao su Việt Nam. Đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn: - Ban Giám Hiệu trường Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh, Ban Chủ Nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tại trường. - Ban giám đốc Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực tập và hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp . - KS. Nguyễn Ngọc Mai, KS. Vũ Thị Quỳnh Chi cùng tập thể cô chú, anh chị làm việc tại Bộ môn bảo vệ thực vật - Viện nghiên cứu cao su Việt Nam đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên và ủng hộ tôi trong quá trình thực hiện khóa luận. - ThS. Nguyễn Văn Cường cùng các anh chị làm việc tại Trung tâm phân tích thí nghiệm hoá sinh - Đại học Nông Lâm TP. HCM đã giúp đỡ tôi vượt qua khó khăn để hoàn thành tốt khóa luận . Tập thể các bạn sinh viên lớp Công nghệ sinh học 28 - Trường ĐH. Nông Lâm TP. HCM đã luôn ở bên tôi những lúc khó khăn, cùng tôi chia sẽ vui buồn trong quá trình học và quá trình thực hiện khóa luận. Và đặc biệt con xin thành kính ghi ơn Cha Mẹ đã sinh thành, dƣỡng dục con nên ngƣời, để Con đƣợc nhƣ ngày hôm nay. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2006. Sinh viên Ngô Quang Hưởng. TÓM TẮT NGÔ QUANG HƢỞNG, Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 8/2006. “Phân tích đa dạng di truyền của quần thế nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei gây bệnh trên cây cao su (Hevea brasiliensis Muell. Arg.) tại Lai Khê (Bến Cát – Bình Dƣơng) bằng kỹ thuật RFLP – PCR”. Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Bùi Cách Tuyến ThS. Phan Thành Dũng Thời gian thực hiện từ tháng 2/2006 đến tháng 8/2006, tại Viện Nghiên Cứu Cây Cao Su Việt Nam, Lai Khê, Bến Cát, Bình Dương và tại Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Hoá – Sinh, trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh. Vấn đề bảo vệ thực vật luôn nhận được sự quan tâm rất lớn của toàn xã hội. Đối với một nước sản xuất cao su thiên nhiên như Việt Nam, những nghiên cứu về vi sinh vật, côn trùng, sâu hại trên cây cao su là vô cùng cấp thiết. Bệnh rụng lá Corynespora do nấm Corynespora cassiicola gây ra là một bệnh mới và vô cùng nguy hiểm. Nó gây ra những thiệt hại rất lớn về kinh tế. Để tạo những tiền đề cho các nghiên cứu về loại bệnh này, chúng tôi sử dụng phương pháp RFLP – PCR để phân tích tính đa dạng di truyền của quần thể nấm C. cassiicola tại Lai Khê, Bến Cát, tỉnh Bình Dương. Nôi dung nghiên cứu: - Phân lập và tách đơn bào tử các dòng nấm Corynespora cassiicola. - Dùng kỹ thuật PCR để khuếch đại vùng ITS bằng 2 primer ITS A và ITS B. - Phân tích RFLP trên sản phẩm PCR thu được. Các kết quả đạt được: - Phân lập được 65 dòng nấm và tách đơn bào tử 24 dòng nấm C. cassiicolai trên các dòng vô tính cao su khác nhau. - Dùng PCR khuếch đại được vùng gene nằm giữa đầu 3’ của rDNA 18S và đầu 5’ của rDNA 28S, với kích thước là 540 bp. - Phân cắt sản phẩm PCR với 7 loại enzyme cắt là Hae III, Sau3A I, EcoR I, Nde II, Cfo I, Rsa I, Alu I. Kết quả là không tìm thấy băng đa hình khi cắt bằng 7 loại enzyme trên. Việc sử dụng kỹ thuật RFLP – PCR để phân tích đa dạng di truyền nấm C. cassiicola chưa cho kết quả như mong muốn. Không tìm thấy bất cứ sự khác biệt nào khi phân cắt bằng 7 loại enzyme trên. Do đó, cần có những nghiên cứu sâu hơn như giải trình tự để có những kết luận chính xác về mức độ đa dạng di truyền của quần thể nấm này. MỤC LỤC PHẦN TRANG Trang tựa Lời cảm tạ .................................................................................................................. iii Tóm tắt ....................................................................................................................... iv Mục lục ...................................................................................................................... vi Danh sách các chữ viết tắt .......................................................................................... x Danh sách các bảng .................................................................................................. xi Danh sách các hình ................................................................................................... xii 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 1.1. Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1 1.2. Mục đích – Yêu cầu ....................................................................................... 2 1.2.1. Mục đích ............................................................................................... 2 1.2.2. Yêu cầu ................................................................................................. 2 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................... 3 2.1. Giới thiệu về cây cao su Hevea brasiliensis Muell. Arg ............................... 3 2.1.1. Sơ lược về cây cao su Hevea brasiliensis Muell. Arg trên thế giới và tại Việt Nam ................................................................... 3 2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ, lượng mưa, tốc độ gió đến sự phát triển của cây cao su ..................................................................... 4 2.1.3. Tình hình bệnh hại trên cây cao su ........................................................ 5 2.2. Giới thiệu về nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei ................. 6 2.2.1. Lịch sử phát hiện nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt. ) Wei ..................................... 6 2.2.2. Đặc điểm phân loại học của nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei ....................................... 6 2.2.3. Hình thái học và đặc tính sinh học của nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei ....................................... 7 2.2.4. Phạm vi ký chủ, phạm vi phân bố và triệu chứng của bệnh rụng lá Corynespora .............................................................. 8 2.2.5. Tình hình bệnh rụng lá Corynespora ở các nước trồng nhiều cao su trên thế giới ............................................................................... 9 2.3. Giới thiệu về phản ứng PCR (polymerase chain reaction) ...................... 10 2.3.1. Sơ lược về kỹ thuật PCR .................................................................... 10 2.3.2. Thành phần phản ứng PCR và các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả phản ứng PCR ................................................................. 10 2.3.3.1. DNA mẫu ................................................................................. 10 2.3.3.2. Primer và nhiệt độ lai ............................................................... 11 2.3.3.3. Enzyme ..................................................................................... 12 2.3.3.4. Mg 2+ ......................................................................................... 12 2.3.3.5. dNTPs ....................................................................................... 12 2.3.3.6. Số lượng chu kỳ ....................................................................... 12 2.3.3.7. Nhiệt độ và pH ......................................................................... 13 2.3.3.8. Thiết bị và dụng cụ phản ứng PCR .......................................... 13 2.3.4. Các bước thực hiện một phản ứng PCR ............................................. 13 2.3.5. Ưu và nhược điểm của phản ứng PCR ............................................... 14 2.3.6. Ứng dụng của kỹ thuật PCR ............................................................... 14 2.4. Giới thiệu về kỹ thuật RFLP ........................................................................ 15 2.4.1. Sơ lược về enzyme cắt giới hạn ......................................................... 15 2.4.1.1. Giới thiệu chung ....................................................................... 15 2.4.1.2. Tên gọi các enzyme cắt giới hạn .............................................. 15 2.4.1.3. Các loại RE .............................................................................. 16 2.4.1.4. Ứng dụng của các enzyme RE ................................................. 17 2.4.2. Sơ lược về phương pháp RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism Polymerase Chain Reaction) ............................. 17 2.4.2.1. Giới thiệu chung ....................................................................... 17 2.4.2.2. Quy trình thực hiện một phản ứng RFLP ................................ 17 2.4.2.3. Sơ lược về kỹ thuật RFLP – PCR ............................................ 18 2.6. Giới thiệu về vùng ITS ................................................................................. 19 2.7. Một số nghiên cứu về nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei trong nước và ngoài nước ......................... 20 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP .................................................................... 22 3.1. Thời gian và địa điểm tiến hành .............................................................. 22 3.1.1. Thời gian ....................................................................................... 22 3.1.2. Địa điểm ........................................................................................ 22 3.1.3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................... 22 3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 22 3.3. Vật liệu và phương pháp .............................................................................. 22 3.3.1. Phân lập, tách đơn bào tử và thu sinh khối .......................................... 22 3.3.1.1. Dụng cụ, hóa chất thí nghiệm .................................................. 22 3.3.1.2. Phương pháp lấy mẫu ............................................................... 23 3.3.1.3. Phương pháp phân lập nấm ...................................................... 23 3.3.1.4. Phương pháp tách đơn bào tử ................................................... 23 3.3.1.5. Phương pháp nhân sinh khối .................................................... 24 3.3.2. Phương pháp tách chiết DNA của nấm ............................................... 24 3.3.2.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm ............................................... 24 3.3.2.2. Phương pháp tách chiết DNA .................................................. 24 3.3.2.3. Định tính DNA bằng kỹ thuật điện di ...................................... 25 3.3.2.4. Tinh sạch sản phẩm ly trích ..................................................... 25 3.3.2. Khuếch đại vùng ITS của nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei bằng kỹ thuật PCR ........... 26 3.3.2.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm ............................................... 26 3.3.2.2. Thực hiện phản ứng PCR ......................................................... 26 3.3.2.3. Điện di sản phẩm PCR và đánh giá kết quả điện di ................. 27 3.3.3. Phân tích RFLP vùng ITS của các dòng nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei ..................................... 28 3.3.3.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm ............................................ 28 3.3.3.2. Thực hiện phân tích RFLP .................................................... 28 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................... 29 4.1. Phân lập và tách đơn bào tử nấm Corynespora cassiicola trên một số dòng vô tính cao su ............................................................... 29 4.1.1. Diễn biến và mức độ gây hại của tác nhân gây bệnh rụng lá Corynespora................................................................... 29 4.1.2. Kết quả phân lập .................................................................................. 32 4.1.3. Kết quả tách đơn bào tử ....................................................................... 32 4.1.4. Kết quả nhân sinh khối ........................................................................ 35 4.2. Kết quả ly trích và tinh sạch DNA sợi nấm ................................................. 36 4.3. Kết quả khuếch đại vùng ITS của nấm nhờ PCR ........................................ 37 4.4. Phân tích RFLP vùng ITS của các dòng nấm Corynespora cassiicola ........ 40 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................... 46 5.1. Kết luận .................................................................................................... 46 5.2. Đề nghị ..................................................................................................... 46 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 48 7. PHỤ LỤC ........................................................................................................... 52 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT AFLP: Amplified Fragment Length Polymorphism. CLFP: Corynespora leaf fall disease. cm: centimét. dNTPs: deoxyribonucleotide – 5 – triphosphate. ITS: Internal Transcribed Spacer. Kb: Kilobase pair. m: mét. mm: milimét. Nu: Nucleotide. PCR: Polymerase Chain Reaction. PDA: Potato Dextrose Agar. PGA: Potato Glucose Agar. PSA: Potato Sucrose Agar. R – M: Restriction – Modification. RAPD: Random Amplified Polymorphism DNA. rDNA: ribosome Deoxynucleotide acid. RE: Restriction Endonuclease. RFLP – PCR: Restriction Fragment Length Polymorphism Polymerase Chain Reaction. RFLP: Restriction Fragment Length Polymorphism. rRNA: ribosome Deoxyribonucleotide acid. TAE: TrisAcetic Ethylene diamine tetra acetate. TE: Tris Ethylene diamine tetra acetate. Tm: melting Tempereture. VNCCSVN: Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1. Một vài RE và vị trí cắt của nó ................................................................ 16 Bảng 3.1. Thành phần phản ứng PCR ...................................................................... 26 Bảng 3.2. Thành phần phản ứng enzyme cắt ............................................................ 28 Bảng 4.1. Tình hình nhiễm bệnh tại một số vườn trên địa bàn Lai Khê – Bình Dương ......................................................... 30 Bảng 4.2. Các dòng nấm được tách đơn bào tử ........................................................ 33 Bảng 4.3. Thành phần phản ứng PCR đã có thay đổi............................................... 39 Bảng 4.4. Kích thước các đoạn DNA sau khi phân cắt bằng các enzyme giới hạn ... 44 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1. Hình dạng bào tử nấm C. cassiicola ........................................................... 7 Hình 2.2. Mô tả phản ứng RFLP .............................................................................. 18 Hình 2.3. Sơ đồ vùng ITS của nấm .......................................................................... 19 Hình 4.1. Triệu trứng bệnh rụng lá Corynespora ..................................................... 31 Hình 4.2. Khuẩn lạc nấm C. cassiicola trên môi trường nhân tạo (3 ngày sau khi cấy) ................................................................................. 32 Hình 4.3. Bào tử nấm C. cassiicola .......................................................................... 32 Hình 4.4. Sự khác biệt giữa 2 khuẩn lạc từ 2 đơn bào tử của một dòng nấm .......... 34 Hình 4.5. Sinh khối nấm sau 4 ngày lắc ................................................................... 35 Hình 4.6. Kết quả li trích 24 dòng nấm khác nhau ................................................... 36 Hình 4.7. DNA tổng số đã tinh sạch ......................................................................... 37 Hình 4.8. Sản phẩm PCR theo quy trình cũ của Silva và cộng sự (1998) ................ 38 Hình 4.9.Sản phẩm PCR theo quy trình mới ............................................................ 39 Hình 4.10. Sản phẩm PCR cắt bằng Hae III ............................................................. 41 Hình 4.11. Sản phẩm PCR cắt bằng EcoR I ............................................................. 41 Hình 4.12. Sản phẩm PCR cắt bằng Sau3A I ........................................................... 42 Hình 4.13. Sản phẩm PCR cắt bằng Alu I ................................................................ 42 Hình 4.14. Sản phẩm PCR cắt bằng Cfo I ................................................................ 43 Hình 4.15. Sản phẩm PCR cắt bằng Nde II .............................................................. 43 Hình 4.16. Sản phẩm PCR cắt bằng Rsa I ................................................................ 43 PHẦN I MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Đối với thực vật thì những tác nhân gây thiệt hại về năng suất, chất lượng chủ yếu là sâu hại, virus hoặc nấm gây ra. Trên cây cao su cũng vậy, đặc biệt là các loại bệnh do nấm và vi khuẩn. Ngay từ khi xuất hiện, bệnh rụng lá do nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei gây ra đã gây thiệt hại rất lớn đối với năng suất và chất lượng của nhiều cây trồng khác nhau (khoảng trên 11 loại cây vùng nhiệt đới) như đậu nành, đu đủ, cao su…Từ đó, ảnh hưởng rất lớn đến nền kinh tế của các quốc gia, đặc biệt là các quốc gia có thu nhập chính từ nông nghiệp, trong đó có Việt Nam. Đối với cây cao su bệnh rụng lá do nấm Corynespora cassiicola gây ra hay còn gọi là bệnh rụng lá Corynespora (CLFD) đã gây thiệt hại rất nghiêm trọng đối với ngành cao su ở nhiều quốc gia, lãnh thổ trên thế giới. Đợt dịch bệnh bùng phát đầu tiên trên cây cao su vào năm 1985 đã gây rất nhiều sự chú ý của các nhà khoa học. Cho đến nay, tính chất của bệnh rụng lá Corynespora càng ngày càng nghiêm trọng, quy mô và phổ ký chủ càng ngày càng mở rộng. Đồng thời nấm Corynespora cassiicola có khả năng biến đổi sinh hóa rất lớn. Bệnh này làm rụng lá trên quy mô lớn ảnh hưởng đến năng suất mủ của cây cao su. Ở Việt Nam, bệnh được phát hiện đầu tiên trên cây cao su vào tháng 9/1999 tại các nông trường cao su ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Nó đã gây ra cho ngành cao su những mối lo mới và ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của ngành cao su. Lúc mới xuất hiện, bệnh chỉ xuất hiện trên một số ít dòng vô tính như RRIC 103, RRIC 104 và LH 88/372. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều dòng vô tính bị nhiễm bệnh này. Hiện trên thế giới đã có rất nhiều những nghiên cứu về nấm Corynespora cassiicola. Tuy nhiên những nghiên cứu này mới chỉ dừng lại ở mức độ hình thái cũng như đặc điểm sinh lý của nấm, còn những nghiên cứu về mặt sinh học phân tử thì rất ít. Để chuẩn bị cho những nghiên cứu sâu hơn về mặt sinh học phân tử của nấm C. cassiicola tại Việt Nam, đồng thời được sự đồng ý của Bộ Môn Công Nghệ Sinh Học, của thầy PGS.TS. Bùi Cách Tuyến, ThS. Phan Thành Dũng và đặc biệt là sự giúp đỡ của Viện Nghiên Cứu Cây Cao Su Việt Nam, tôi thực hiện đề tài: “Phân tích đa dạng di truyền quần thể nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei gây bệnh trên cây cao su (Hevea brasliensis Muell. Arg) tại Lai Khê (Bến Cát – Bình Dƣơng) bằng phƣơng pháp RFLP – PCR”. 1.2. Mục đích yêu cầu - Phân lập thành công các dòng nấm gây bệnh trên các dòng vô tính cây cao su khác nhau. - Đánh giá được sự sai khác về mặt di truyền của một số dòng nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei phân lập từ các dòng vô tính cao su khác nhau bằng kỹ thuật RFLP – PCR. 1.3. Yêu cầu - Phân biệt được bệnh do nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei gây ra trên cây cao su với những bệnh do các nấm khác. - Nắm vững quy trình nuôi cấy, phân lập và tách đơn bào tử nấm C. cassiicola. - Nắm vững quy trình kỹ thuật PCR và kỹ thuật RFLP. PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu về cây cao su Hevea brasiliensis Muell. Arg 2.1.1. Sơ lƣợc về cây cao su Hevea brasiliensis Mull. Arg trên thế giới và tại Việt Nam Cây cao su có tên khoa học là Hevea brasiliensis Mull. Arg., thuộc họ Euphorbiaceae (họ thầu dầu) có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội 2n = 36. Đây là loại cây công nghiệp dài ngày (chu kỳ khai thác là 20 – 30 năm), có giá trị tổng hợp trong tất cả các lĩnh vực nông – lâm – ngư nghiệp. Cây cao su có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới và lưu vực sông Amazone (Nam Mỹ). Sau đó đến năm 1876, cây cao su được du nhập vào Châu Á và Châu Phi bởi H. Wickham. Khi Pháp đô hộ nước ta thì ngoài những thay đổi về mặt chính trị thì các nhà tư bản Pháp khi vào Việt Nam cũng đã làm biến đổi cả cơ cấu cây trồng, đặc biệt là các cây công nghiệp. Cây cao su cũng là một loại trong số đó, năm 1877 hai cây cao su đầu tiên do một người Pháp tên là Pierre đem về trồng tại Thảo Cầm Viên (Sài Gòn) nhưng sau đó hai cây này đã bị chết. Sau nhiều nỗ lực trong việc đưa cây cao su vào Việt Nam thì cuối cùng vườn cây cao su đầu tiên cũng đã được trồng tại Suối Dầu – Nha Trang do bác sĩ Yersin (Theo Đặng Văn Vinh, 2000). Có được thành công đó phải kể đến nỗ lực của Seeligmann khi ông liên tiếp trong 2 năm 1881 và 1883 đã gửi cây cao su về Sài Gòn trồng. Yếu tố chính trị quyết định rất lớn đến sự phân bố và phát triển của cây cao su trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng. Sau khi người Pháp đã thành công trong việc đưa cây cao su vào trồng tại Việt Nam, thì hàng loạt vườn cao su đã được trồng với mục đích thí nghiệm trong khoảng thời gian 1900 – 1920. Trong khoảng thời gian đầu thế kỷ 20 từ năm 1920 – 1945, cao su được trồng chủ yếu tại Đông Nam Bộ với diện tích là 10.000 ha, chủ yếu trong các đồn điền của người Pháp. Đến trước những năm 1945, khi mà các công ty tư bản Pháp khuyến khích người dân trồng cao su làm cho diện tích tăng lên 138.000 ha, với sản lượng bình quân là 77.400 tấn/năm (Hourt Borek, 2003). Trong giai đoạn 1945 – 1954, đây là giai đoạn cả Việt Nam và Pháp đều tập trung cho cuộc chiến do vậy mà diện tích cây cao su không những không tăng mà còn giảm đáng kể. Trong những năm đầu thập niên 50, cây cao su đã được trồng tại một số vùng Tây Nguyên, miền Trung và một số tỉnh miền Bắc (Đặng Văn Vinh, 2000). Đến năm 1955, diện tích cây cao su đã giảm xuống chỉ còn 24.000 ha với sản lượng 15.000 tấn/năm, chủ yếu do tư nhân quản lý. Cuối năm 1960, diện tích cây cao su đã tăng nhanh lên 142.000 ha và sản lượng đạt 76.650 tấn/năm (Hourt Borek, 2003) (trích Vũ Thị Quỳnh Chi, 2005). Sau đó, diện tích không tăng do cuộc chiến giữa Pháp và Việt Nam bước vào giai đoạn quyết liệt. Cuối thời kỳ chiến tranh khoảng những năm 1970 – 1975, thì diện tích cây cao su giảm mạnh chỉ còn 25.000 ha và sản lượng chỉ còn 21.000 tấn/năm. Sau giải phóng (năm 1975) theo tài liệu của cục thống kê tháng 5/1975 thì diện tích cây cao su cả nước còn khoảng 75.200 ha. Trong đó, Tổng công ty cao su Việt Nam quản lý 55.790 ha, số còn lại do tư nhân và địa phương quản lý. Đến năm 1995, trên thế giới có khoảng 9,5 triệu ha, trong đó cao su tiểu điền chiếm từ 75% - 95% (theo Báo cáo nghiên cứu phát triển cây cao su tiểu điền - Tổng công ty cao su Việt Nam từ 28/10/1995 – 1/11/1995, Malaysia – Indonesia – Thái Lan). Ở Việt Nam, diện tích cao su cả nước khoảng 450.000 ha và sản lượng đạt 400.000 tấn /năm (Tổng công ty cao su Việt Nam, 2004). Trong số này, Tổng công ty cao su quản lý 219.600 ha, trong đó có 173.700 ha đang khai thác mủ. Năng suất năm 2003 bình quân đạt 0,52 tấn/ha/năm, trong đó năng suất ở khu vực Đông Nam Bộ là cao nhất với 1,56 tấn/ha/năm. 2.1.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ, lƣợng mƣa, tốc độ gió đến sự phát triển cây cao su Nhiệt độ tốt nhất đối với cây cao su là 25 – 30oC, trên 40oC cây sẽ khô héo, còn dưới 10oC trong thời gian dài cây sẽ héo, rụng lá, rụng chồi… Còn nếu nhiệt độ ở 5oC thì cây sẽ chết. Lượng mưa thay đổi tùy theo tình trạng đất. Thông thường lượng mưa thuận lợi nhất là từ 1.500 – 2.000 mm/năm, còn ở những vùng đất không thuận lợi thì lượng mưa cần là 1.800 – 2.000 mm/năm. Tốc độ gió có lợi cho cây cao su là từ 1 – 2 m/giây. Nếu tốc độ gió cao từ 8 – 13,8 m/giây sẽ làm lá cây bị rách, bị co lại, phiến lá dày lên. nhỏ lại. Nhiệt độ, lượng mưa và tốc độ gió thuận lợi cho sự phát triển cây cao su thì cũng thuận lợi cho sự phát triển của nấm. 2.1.3. Tình hình bệnh hại trên cây cao su Cây cao su là loại cây công nghiệp dài ngày, rất nhạy cảm với thời tiết. Do vậy, cây cao su bị rất nhiều côn trùng và vi sinh vật gây hại. Hiện nay, trên cây cao su có rất nhiều bệnh như bệnh về lá, bệnh về thân cành, bệnh rễ... (Kỹ thuật bảo vệ thực vật cây cao su – Phan Thành Dũng, 2004). Các bệnh này ảnh hưởng rất lớn đến sản lượng và phẩm chất mủ. Đặc biệt là các bệnh về lá như bệnh phấn trắng do nấm Oidium heveae Steinm gây ra, bệnh héo đen đầu lá do nấm Colletotrichum gloeosporioides (Penz.) gây ra, bệnh rụng lá mùa mưa do nấm Phytophthora spp. Và nghiêm trọng nhất là bệnh rụng lá Corynespora do nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei. gây ra (Báo cáo tại hội thảo chuyên đề “Bảo vệ thực vật cây Cao su Việt nam - Hợp tác nghiên cứu và đào tạo giữa Đại học Nông Lâm và Ngành Cao su Việt Nam” – Phan Thành Dũng, 2006). Bệnh rụng lá Corynespora là một bệnh mới, mức độ tàn phá của nó trên cây cao su và nhiều loại cây trồng khác là vô cùng lớn. Ngoài các bệnh do vi sinh vật gây ra, trên cây cao su còn có các bệnh do côn trùng gây ra. Các loại côn trùng gây hại cây cao su có thể kể đến như: mối, sâu, sùng hại rễ, nhện, ốc sên, rệp… (Kỹ thuật bảo vệ thực vật cây cao su – Phan Thành Dũng, 2004). Theo Chee (1976), cây cao su bị trên 550 loài sinh vật tấn công, trong đó có 24 loài có tầm quan trọng về kinh tế (Kỹ thuật bảo vệ thực vật cây cao su – Phan Thành Dũng, 2004). Theo Nguyễn Hải Đường (1997), có 24 loại bệnh gây hại trên cây cao su ở Việt Nam. 2.2. Giới thiệu về nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei 2.2.1. Lịch sử phát hiện nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei Do nấm Corynespora có phổ ký chủ rộng nên đã có rất nhiều nhà khoa học tìm thấy loại nấm này trên nhiều ký chủ khác nhau. Đầu tiên, vào năm 1896 nó Cooke phát hiện nấm này trên cây dưa leo và cây dưa hấu tại Mỹ, đặt tên là Cercospora melonis. Sau đó, Gusgow (1906) đã đặt tên là Corynespora maizei khi ông tìm thấy chúng trên cây dưa leo tại Đức. Đến năm 1948, các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng loại nấm họ tìm được trên cây đậu nành, đậu đũa tại Trung Quốc tương tự như những loại nấm gây bệnh trên cùng loại ký chủ ở Mỹ trước đó và họ đặt tên là Corynespora vignicola Kawamura. Liu. Mặc dù có rất nhiều tên gọi khác nhau nhưng cuối cùng Wei cũng đã thu thập, phân tích tất cả những tài liệu về nấm này và khẳng định chúng đều thuộc một loài là Corynespora cassiicola. Và ông đã đặt tên cho chúng là Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei. Hiện nay, các kỹ thuật sinh học phân tử phát triển, càng khẳng định nhận định của Wei là hoàn toàn đúng. Nấm C. cassiicola ký sinh trên rất nhiều loài ký chủ khác nhau nhờ khả năng biến đổi sinh hóa rất nhanh. Nhưng mãi đến năm 1949, bệnh mới được phát hiện trên cây cao su đầu tiên ở Sri Lanka. Sau đó chúng xuất hiện rất nhiều ở các quốc gia trồng cao su khác như Thái Lan, Indonesia, Braxin…Tuy xuất hiện sớm nhưng đợt dịch bệnh đầu tiên gây nhiều sự chú ý của các nhà khoa học xảy ra vào năm 1985 tại Sri Lanka. Ở Việt Nam, bệnh được phát hiện đầu tiên tại một số nông trường cao su ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên vào năm 1999. 2.2.2. Đặc điểm phân loại học của nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei Nấm C. cassiicola có hệ thống phân loại học như sau: - Ngành: Ascomycota. - Lớp: Ascomycetes. - Bộ: Pleosporales. - Họ: Corynesporascaceae. - Giống: Corynespora. 2.2.3. Hình thái học và đặc tính sinh học của nấm Corynespora cassiicola (Berk. & Curt.) Wei Trong môi trường tự nhiên, nấm phát triển trên thực vật bằng cách thức ký sinh hay hoại sinh trên xác bã thực vật. Chúng phát triển rất nhanh nhờ phát sinh bào tử. Khuẩn ty của nấm có màu sắc biến thiên từ màu xám trắng đến xám đen và nâu. Hình dạng bào tử cũng rất đa dạng từ hình lưỡi liềm đến hình que. Bào tử có màu nâu nhạt, ở dạng đơn nhưng đôi khi ở dạng chuỗi dính có chứa nhiều vách ngăn chiều dài khoảng 700 m (Kỹ thuật bảo vệ thực vật cây cao su – Phan Thành Dũng, 2004). Bào tử của nấm được phát tán nhờ gió và mưa. Nó được phóng thích vào ban ngày và cao điểm từ 8 – 11 giờ (Kỹ thuật bảo vệ thực vật cây cao su – Phan Thành Dũng, 2004). Trong môi trường tự nhiên, số lượng bào tử phụ thuộc nhiều vào thời tiết, nhiều nhất là sau khoảng thời gian nắng ráo sau những trận mưa dài. Cũng như các nấm khác, bào tử nấm Corynespora có khả năng tồn tại lâu trong vết bệnh cũng như trong đất mà vẫn giữ được khả năng gây bệnh. Hình 2.1: Hình dạng bào tử nấm C. cassiicola (Nguồn: Đây là loại nấm sinh độc tố cassiicoline gây rụng lá rất nhanh. Nấm Corynespora cassiicola xâm nhập chủ yếu ở mặt dưới của lá qua lớp biểu bì và khí khổng. Trái với ngoài tự nhiên, nấm này rất khó sinh bào tử trên môi trường nhân tạo. Chúng chỉ sinh bào tử ở những điều kiện rất đặc biệt về nhu cầu ánh sáng, nhiệt độ hay dinh dưỡng…Trong đó môi trường PDA cải thiện đáng kể khả năng sinh bào tử của nấm. Hình dạng và màu sắc khuẩn lạc thay đổi tùy vào điều kiện nuôi cấy, nó phát triển dàn mỏng và rộng trong điều kiện ánh sáng huỳnh quang và thường tụ lại và dày lên khi phát triển trong môi trường tối. Nấm phát triển ở nhiệt độ 8 – 36oC, thích hợp nhất ở 28oC và ngưng phát triển ở nhiệt độ trên 40oC (Phan Thành Dũng, 1995). Các yếu tố phát sinh nguồn bệnh, gồm 3 yếu tố: - Dòng vô tính cao su mẫn cảm: Tính mẫn cảm của cây cao su đối với bệnh rụng lá Corynespora tùy thuộc vào từng dòng và tùy thuộc vào điều kiện khí hậu từng nước. - Nấm hình thành loài mới: Nấm C. cassiicola là một loài nấm có khả năng thích nghi với điều kiện môi trường cao. Trong những điều kiện khác nhau nấm dễ dàng biến đổi sinh hóa để hình thành nòi mới. Ngoài yếu tố môi trường thì yếu tố ký chủ và các dòng vô tính mẫn cảm cũng là các yếu tố giúp phát sinh nòi mới. - Môi trƣờng thuận lợi: Trong môi trường thuận lợi nấm sẽ phát triển nhanh và gây hại trên diện rộng. 2.2.4. Phạm vi ký chủ, phạm vi phân bố và triệu chứng của bệnh rụng lá Corynespora Nấm Corynespora cassiicola gây bệnh trên rất nhiều loại ký chủ và trên phạm vi toàn thế giới. Nấm tấn công nhiều loại cây trồng từ các cây rau màu như rau diếp, dưa gang, cà chua hay các cây công nghiệp như đu đủ, cao su, cây gai…Trong đó, nấm Corynespora cassiicola gây bệnh trên cây cao su mang tính chuyên biệt cao. Do khả năng thích ứng rất lớn đối với thời tiết mà bệnh do nấm này gây ra đã được ghi nhận ở rất nhiều nước, từ các nước ở vùng ôn đới đến các nước ở vùng nhiệt đới như Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Sri Lanka, Việt Nam… Bệnh này tấn công trên cả lá non, chồi và lá trưởng thành, đặc biệt là gân lá. Triệu chứng của bệnh cũng biến đổi tùy thuộc vào loại ký chủ và vị trí gây bệnh. - Triệu chứng trên lá: Đầu tiên, xuất hiện các đốm nâu hơi vàng sau đó vết bệnh lan rộng thành đốm tròn hoặc phân nhánh theo hình xương cá. Trên lá trưởng thành, nấm sẽ gây chết từng phần tại các vết bệnh, sau đó lá chuyển sang màu vàng và bị rụng. Trên lá non, nấm sẽ làm lá quăn và rụng. - Trên chồi và cuống lá: Chồi xanh dễ bị nhiễm hơn chồi đã hóa nâu. Dấu hiệu đầu tiên với vết nứt dọc theo cuống và chồi có dạng hình thoi, có mủ rỉ ra và sau đó hóa đen. Vết bệnh phát triển dài đến khoảng 20 cm sẽ gây chết chồi, đôi khi chết cả cây. Nếu bệnh phát triển trên chồi thì sẽ gây rụng hết lá chét ngay khi còn xanh (Phan Thành Dũng, 2004). 2.2.5. Tình hình bệnh rụng lá Corynespora ở các nƣớc trồng nhiều cao su trên thế giới Hiện nay, bệnh rụng lá Corynespora đã xuất hiện và gây thiệt hại ở hầu hết các quốc gia trồng cao su. - Tại Indonesia: Bệnh bùng phát lần đầu tiên vào năm 1980, do đa số (90%) diện tích trồng cao su là cao su tiểu điền nên những thiệt hại chưa được thống kê một cách đầy đủ. Ảnh hưởng rõ nhất là làm tăng thời kỳ kiến thiết cơ bản và làm giảm sản lượng mủ ở vườn khai thác. Một số dòng vô tính cây cao su bị nhiễm bệnh từ năm 1980 đến năm 1999 là: RRIC 103 (1980); PNN 2058, 2444, 2447 (1982); GT 1, KRS 21, FX 25, BPM 6, RRIM 725 (1984); RRIM 600 (1991); IAN 837 (1995); AV 2037 (1999). Đối với các dòng bị bệnh thì đa số phải nhổ bỏ và trồng mới. - Tại Malaysia: Dịch bệnh bùng phát vào năm 1985 trên một số dòng vô tính như RRIC 103, KRS 21, RRIM 725 đã gây thiệt hại nặng về kinh tế. Hiện nay, đã có thêm rất nhiều dòng vô tính bị nhiễm bệnh như GT 1, RRIM 600, 701, 702, 703… - Tại Thái Lan: Đầu tiên bệnh xuất hiện và gây chết đối với dòng vô tính RRIC 103 và rụng lá nặng trên dòng vô tính KRS 21. Hiện bệnh đã xuất hiện trên toàn bộ diện tích cao su của Thái Lan. - Tại Sri Lanka: Đợt dịch bùng phát vào năm 1985 trên dòng vô tính cao su RRIC 103 đang được trồng đại trà, do đó đã gây thiệt hại lớn về kinh tế. Hiện nay đã có thêm rất nhiều dòng vô tính bị nhiễm bệnh như RRII 105, RRIM 600, GT 1… - Tại Việt Nam: Bệnh được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1999 trên một số dòng vô tính như LH 88/372, RRIC 103, RRIC 104, do chưa có biện pháp chữa trị và phòng ngừa nên đã tiến hành chặt bỏ và khuyến cáo không trồng các dòng mẫn cảm với nấm C. cassiicola. 2.3. Giới thiệu về phản ứng PCR (Polymerase Chain Reaction) 2.3.1. Sơ lƣợc về kỹ thuật PCR Việc triển khai các ứng dụng của sinh học phân tử thường vấp phải nhiều trở ngại về số lượng vật liệu di truyền cần sử dụng. Mặc dù đã có những phương pháp để làm tăng số lượng vật liệu di truyền như tạo dòng nhờ vi khuẩn, tuy nhiên các kỹ thuật này thường phức tạp và cần nhiều thời gian. Do đó, việc phát minh ra kỹ thuật PCR là một bước tiến vĩ đại trong lịch sử nghiên cứu sinh học phân tử. Năm 1985, Kary Mullis và cộng sự đã phát minh ra kỹ thuật PCR và đến năm 1988 thì Saiki đã hoàn thiện kỹ thuật này. Việc sử dụng enzyme Taq DNA polymerase trong phản ứng PCR là một bước tiến cực kỳ quan trọng trong các thí nghiệm sinh học phân tử (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 1999). Kỹ thuật PCR về bản chất là phương pháp tạo dòng in vitro không cần sự hiện diện của tế bào (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). Phương pháp PCR sẽ khuếch đại đoạn DNA nằm giữa cặp primer. Theo nguyên tắc trên thì yêu cầu của phản ứng PCR là phải biết được trình tự đoạn DNA, đặc biệt là trình tự hai đầu của đoạn DNA cần khuếch đại (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). 2.3.2. Thành phần phản ứng PCR và các yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả phản ứng PCR 2.3.2.1. DNA mẫu Ưu điểm lớn nhất của phản ứng PCR là có độ nhạy cao. Kết quả phản ứng PCR tối ưu khi DNA sử dụng có độ tinh sạch cao. Mặc dù vậy phản ứng PCR cũng cho kết quả tốt đối với những mẫu thu trực tiếp mà không qua tinh sạch hay DNA thu được từ những mẫu không được bảo quản tốt, những mẫu đã bị phân hủy một phần như máu khô hóa thạch, tóc, móng tay người chết… Tuy nhiên, khi mẫu không sạch có lẫn protein sẽ làm cho hiệu quả phản ứng PCR giảm theo (Khuất Hữu Thanh, 2003). Lượng DNA sử dụng có khuynh hướng giảm từ 1 g xuống còn 100 ng, khi giảm nồng độ DNA ban đầu sẽ hạn chế được các khuếch đại “kí sinh” tạo những sản phẩm phụ không mong muốn (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). Việc sử dụng nồng độ DNA quá cao sẽ tạo ra những kết quả dương tính giả. 2.3.2.2. Primer và nhiệt độ lai Primer là yếu tố quyết định đến hiệu quả khuếch đại của phản ứng PCR. Một phản ứng PCR chuẩn gồm 2 loại primer: primer xuôi và primer ngược. Trong đó, primer xuôi bắt cặp bổ sung trên sợi sen, còn primer ngược bắt cặp trên sợi antisen của phân tử DNA mẫu. Việc thiết kế primer đòi hỏi phải đáp ứng được những nhu cầu sau: - Trình tự primer được chọn sao cho không có sự bắt cặp bổ sung giữa primer xuôi và primer ngược, không có cấu trúc “kẹp tóc” do sự bắt cặp bổ sung giữa các thành phần khác nhau của một primer (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). - Thành phần các nucleotide phải cân bằng. Nếu tỉ lệ G, C cao thì số lượng nucleotide của mỗi primer sẽ giảm từ 15- 30 nu xuống còn 18 – 20 nu (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 1999). Tỉ lệ các nu sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ bắt cặp của primer, nhiệt độ này được tính theo công thức: Tm = 2 x (A + T) + 4 x (G + C). Đồng thời nhiệt độ bắt cặp của hai primer không cách biệt quá xa. - Trình tự được khuếch đại là trình tự DNA nằm giữa hai primer xuôi và ngược, trình tự này không được quá lớn. Phải nhỏ hơn 1 Kb đối với phản ứng PCR chuẩn (Khuất Hữu Thanh, 2003) (trích Vũ Thị Quỳnh Chi, 2005). - Các primer phải đặc trưng cho trình tự được khuếch đại, không bắt cặp bổ sung với nhiều trình tự trên hệ gene. Trong phản ứng PCR thì nồng độ primer khoảng 1 – 25 pM cho phản ứng 25 – 50 l (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 1999). 2.3.2.3. Enzyme Enzyme được sử dụng lần đầu tiên là đoạn Klenow của DNA polymerase I (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). Tuy nhiên, hiệu quả mang lại không cao do enzyme này bị bất hoạt ở nhiệt độ cao. Việc phát minh và sử dụng enzyme Taq DNA polymerase trong phản ứng PCR là một bước ngoặc cực kỳ quan trọng trong các thí nghiệm về sinh học phân tử (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 1999). Enzyme Taq polymerase được chiết tách từ vi khuẩn Thermus aquaticus. Đây là vi khuẩn sống ở suối nước nóng, vì vậy chịu được nhiệt độ cao. Enzyme Taq polymerase thu được từ vi khuẩn này cũng chịu đựng được nhiệt độ cao, đặc điểm này rất phù hợp với điều kiện của phản ứng PCR. 2.3.2.4. Mg2+ Là thành phần trong dung dịch đệm, là chất xúc tác của enzyme DNA polymerase. Do đó, Mg2+ ảnh hưởng đến kết quả của phản ứng PCR. Nồng độ cao hay thấp của Mg2+ ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của enzyme Taq polymerase, ảnh hưởng đến quá trình tách mạch đơn của phân tử DNA. Nếu nồng độ enzyme thấp sẽ ức chế hoạt động của enzyme, còn nếu nồng độ cao tuy giúp mạch kép của DNA ổn định hơn nhưng lại ức chế sự biến tính hoàn toàn chuỗi DNA. Nồng độ Mg2+ ở mức quá cao sẽ dẫn đến sự bắt cặp sai giữa primer và khuôn. Nồng độ tối ưu của Mg2+ cho từng phản ứng phải được xác định qua nhiều phản ứng thử nghiệm (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). 2.3.2.5. dNTPs Nồng độ và thành phần các nucleotide cũng ảnh hưởng đến kết quả PCR. Nồng độ dNTPs thường sử dụng là 20 – 200 M. Nồng độ dNTPs cao sẽ dẫn đến sự khuếch đại “ký sinh”. Sự mất cân bằng trong thành phần các nucleotide sẽ làm tăng các lỗi sao chép của DNA polymerase (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). 2.3.2.6. Số lƣợng chu kỳ Tuy về mặt lý thuyết thì số lượng chu kỳ là không giới hạn, nhưng trên thực tế thì số lượng chu kỳ thường không vượt quá 40 chu kỳ. Khi số lượng chu kỳ quá lớn thì hiệu quả của phản ứng PCR sẽ bị giảm theo số lượng chu kỳ. Nguyên nhân của việc giảm hiệu quả phản ứng PCR là rất nhiều, ví dụ như việc cạn kiệt các thành phần phản ứng, xuất hiện sản phẩm phụ… Do nhiều lý do như vậy, nên việc xác định số lượng chu kỳ phụ thuộc rất nhiều vào số lượng mẫu ban đầu. 2.3.2.7. Nhiệt độ và pH Do liên kết hydro trong phân tử DNA rất nhạy cảm với nhiệt độ nên việc xác định nhiệt độ cho phản ứng PCR là vô cùng quan trọng. Với mục đích biến tính DNA thì thường sử dụng nhiệt độ từ 94 – 96oC. Còn trong giai đoạn bắt cặp thì nhiệt độ thường được sử dụng là 50 – 56oC, tuy nhiên nhiệt độ này còn tùy thuộc vào đặc tính của primer (tỉ lệ G, C). Nếu tỉ lệ G, C cao thì nhiệt độ bắt cặp cũng sẽ cao theo. Ở nhiệt độ 72oC thì enzyme Taq polymerase hoạt động tốt nhất và hiệu quả kéo dài cao nhất. Trong phân tử DNA, pH ảnh hưởng đến liên kết phosphodiester. Khi môi trường có pH = 8 thì DNA sẽ ổn định nhờ sự bền vững của liên kết này. Còn nếu pH là acid thì liên kết này sẽ bị phá vỡ. Tuy nhiên, pH của phản ứng PCR có thể thay đổi từ 6,8 – 7,8. 2.3.2.8. Thiết bị và dụng cụ phản ứng PCR Yêu cầu đối với thiết bị phản ứng PCR là rất phức tạp. Các thiết bị phải chịu được nhiệt độ, chịu được sự biến thiên liên tục của nhiệt độ và phải tránh được tối đa sự thoát hơi nước của phản ứng PCR. Mọi dụng cụ dùng trong phản ứng PCR phải hoàn toàn sạch để tránh tạp nhiễm. Dụng cụ phải chịu được nhiệt độ, chịu được sự biến thiên nhiệt độ cũng như phải truyền nhiệt tốt… 2.3.3. Các bƣớc thực hiện một phản ứng PCR Một phản ứng PCR bao gồm nhiều chu kỳ nối tiếp nhau. Mỗi chu kỳ đều gồm 3 giai đoạn: biến tính, giai đoạn lai, giai đoạn kéo dài. - Giai đoạn 1: Giai đoạn biến tính (denature). Trong giai đoạn này thì phản ứng PCR sẽ được đưa lên nhiệt độ 94 – 96oC trong thời gian 30 – 60 giây. Ở nhiệt độ này thì phân tử DNA sẽ tách thành hai chuỗi đơn. - Giai đoạn 2: Giai đoạn lai (annealing). Nhiệt độ của phản ứng được hạ xuống trong khoảng 40 – 70oC, và nó tùy thuộc vào Tm của primer. Ở nhiệt độ này, các primer sẽ bắt cặp với khuôn DNA. Thời gian cho sự bắt cặp này từ 30 – 60 giây. - Giai đoạn 3: Giai đoạn kéo dài (extension). Thông thường nhiệt độ cho giai đoạn này là 72oC, đây là nhiệt độ hoạt động tối ưu của enzyme Taq polymerase. Enzyme này sẽ giúp kéo dài mạch mới của phân tử DNA từ primer. Thời gian của giai đoạn này tùy thuộc vào chiều dài của phân tử DNA. Nhưng thường thì thay đổi từ 30 giây đến một vài phút. Trong phản ứng PCR, mỗi chu kỳ gồm 3 giai đoạn, và các chu kỳ sẽ được lặp đi lặp lại nhiều lần. Mỗi lần lặp lại như vậy thì lượng DNA sẽ tăng gấp đôi. Như vậy lượng DNA sẽ được khuếch đại theo hàm số mũ: M = m . 2 n Trong đó: M: lượng DNA sau khi khuếch đại. m: lượng DNA mẫu ban đầu. n: số chu kỳ của phản ứng PCR. 2.3.4. Ƣu và nhƣợc điểm của phản ứng PCR Ưu điểm của phản ứng PCR: - Thời gian thực hiện nhanh, đơn giản, ít tốn kém. - Không đòi hỏi mẫu phải tinh sạch cao. Nhược điểm của phản ứng PCR: - Đòi hỏi phải biết trình tự nucleotide của đoạn DNA cần khuếch đại, hay chí ít cũng phải biết trình tự hai đầu của phân tử DNA. - Chỉ khuếch đại những phân tử DNA có kích thước nhỏ hơn 3 Kb, tốt nhất là 1 Kb. - Rất dễ bị nhiễm, dẫn đến tạo sản phẩm phụ (dương tính giả). 2.3.5. Ứng dụng của kỹ thuật PCR Do có khả năng khuếch đại một lượng DNA cực nhanh và chuyên biệt nên kỹ thuật PCR được áp dụng rộng rãi trên rất nhiều lĩnh vực. - Sản xuất các mẫu dò Trước khi kỹ thuật PCR ra đời, việc sản xuất các mẫu dò đòi hỏi phải qua nhiều giai đoạn phức tạp như: tạo dòng, nuôi cấy, sử dụng nick translation hay random priming…. Khi kỹ thuật PCR ra đời việc tạo mẫu dò đơn giản hơn nhiều, đồng thời có thể sản xuất một số lượng lớn mẫu dò. - Ứng dụng trong khuếch đại DNA, RNA. - Ứng dụng để phân tích đa dạng di truyền. - Ứng dụng trong chẩn đoán bệnh Kỹ thuật PCR rất nhạy, do đó với một hay nhiều cặp primer ta có thể xác định được sinh vật gây bệnh thông qua các đặc trưng về hệ gene của chúng (Nguyễn Văn Uyển, 1995). 2.4. Giới thiệu về kỹ thuật RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism Polymerase Chain Reaction) 2.4.1. Sơ lƣợc về enzyme cắt giới hạn 2.4.1.1. Giới thiệu chung Enzyme cắt giới hạn là các endonuclease có khả năng thủy giải DNA sợi đôi một cách đặc hiệu và lặp lại ở những trình tự xác định (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). Nó đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong phân tích hệ gene, và được xem là một công cụ không thể thiếu để thực hiện kỹ thuật DNA tái tổ hợp. Trong thế giới các loài vi khuẩn, khi vi khuẩn bị thực khuẩn thể xâm nhiễm thì một số dòng vi khuẩn có khả năng tự bảo vệ mình bằng hệ thống R – M. Hệ thống này có bản chất là enzyme cắt giới hạn. Nó sẽ cắt sợi DNA tại những vị trí rất chuyên biệt trên phân tử DNA ngoại sinh nhưng nó không bao giờ cắt trên bộ gene của nó. Do đó các enzyme có đặc tính này có tên là enzyme cắt giới hạn (restriction endonuclease). Hệ thống R – M bảo vệ sợi DNA bằng cách làm biến đổi (modification) trong thành phần hóa học của phân tử DNA. Phân tử được gắn thêm nhóm methyl vào A hoặc C ở vị trí các enzyme cắt giới hạn. Khi vị trí A hoặc C bị methyl hóa, các enzyme cắt giới hạn sẽ không còn nhận biết được vị trí cắt này. Do vậy vi khuẩn sẽ tránh bị các enzyme RE cắt chính hệ gene của chúng. 2.4.1.2. Tên gọi các enzyme cắt giới hạn Tên gọi thống nhất cho các enzyme cắt được quy định như sau: - Chữ đầu viết hoa là chữ đầu tên giống vi khuẩn dùng để ly trích enzyme RE. - Hai chữ kế không viết hoa tương ứng với loài của vi khuẩn nói trên. - Tiếp theo là một chữ số la mã chỉ thứ tự RE được phát hiện (trong trường hợp nhiều RE cùng được tìm thấy ở một loài vi khuẩn). Đôi khi còn sử dụng một chữ viết hoa để chỉ chủng của vi khuẩn sử dụng (Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). Ví dụ: Escherichia coli Ry13 và được viết tắt là EcoR. Giống Loài Chủng. Bảng 2.1: Một vài RE và vị trí phân cắt của nó Nguồn vi khuẩn Ký hiệu enzyme Trình tự 5’ – 3’ 3’ – 5’ Haemophilus aegyptius Staphylococcus aureus 3A Bacillus amyloliquefaciens H Escherichia coli RY13 Haemophilus influenzae Rd Providencia stuartii Seratia marcesens Xanthomonas malvacearum HaeIII Sau3AI BamHI EcoRI HindIII PstI SmaI XmaI GG/CC CC/GG GATC CTAG G/GATCC CCTAG/G G/AATTC CTTAA/G A/AGCTT TTCGA/A CTGCA/G G/ACGTC CCC/GGG GGG/CCC C/CCGGG GGGCC/C (Nguồn: Hồ Huỳnh Thùy Dương, 1998). 2.4.1.3. Các loại RE Do đặc tính nhận biết và cắt DNA tại những vị trí khác nhau, người ta chia các enzyme cắt giới hạn thành 3 loại: - Loại 1: Khi enzyme nhận biết trình tự cắt, nó sẽ di chuyển trên phân tử DNA đến cách đó khoảng 1.000 – 5.000 nu và giải phóng độ vài chục nu. - Loại 2: Enzyme nhận biết trình tự và cắt luôn tại trình tự đó. - Loại 3: Enzyme nhận biết một trình tự đặc trưng và cắt DNA ở vị trí cách đó khoảng 20 nu. Tuy có 3 loại enzyme cắt giới hạn nhưng chỉ có loại 2 là được sử dụng trong nghiên cứu sinh học phân tử. 2.4.1.4. Ứng dụng của các enzyme RE Ở sinh vật nhân thật, việc phân tích cả hệ gene là rất khó khăn. Do đó việc sử dụng enzyme cắt giới hạn để cắt nhỏ bộ gene khổng lồ là cần thiết để dễ dàng hơn trong nghiên cứu. Các nhà khoa học còn sử dụng RE trong nghiên cứu tạo dòng vi khuẩn, lập bản đồ giới hạn hay so sánh bộ gene ở các loài khác nhau bằng kỹ thuật RFLP. 2.4.2. Sơ lƣợc về phƣơng pháp RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) 2.4.2.1. Giới thiệu chung RFLP là phương pháp sử dụng một enzyme cắt giới hạn (RE) để cắt một mẫu DNA, sau đó sẽ so sánh số band DNA tạo thành thông qua kỹ thuật điện di để xác định đột biến điểm hay sự khác nhau của các trình tự DNA. Khi trình tự DNA của hai cá thể hoàn toàn khác nhau về kích thước và số lượng thì khi thực hiện cắt bằng cùng một enzyme thì sẽ cho số vạch và kích thước của các vạch khác nhau. Do đó, dựa vào kích thước và số lượng band khác nhau, ta có thể xác định có sự khác nhau trong trình tự đoạn DNA nghiên cứu. 2.4.2.2. Quy trình thực hiện một phản ứng RFLP Một phản ứng RFLP chuẩn bao gồm các bước sau: - Bước 1: Tách chiết DNA và tinh sạch DNA. - Bước 2: Cắt mẫu DNA bằng cùng một enzyme cắt giới hạn RE. - Bước 3: Điện di và thực hiện phản ứng lai Southern blot. Tuy nhiên, khi thực hiện phản ứng RFLP cần phải thực hiện một phản ứng trung gian là Southern blot (Hình 2.2). Do đó kỹ thuật này rất tốn kém và phức tạp. Hình 2.2: Mô tả phản ứng RFLP (Nguồn: 2.4.3. Sơ lƣợc về kỹ thuật RFLP – PCR Do sự phức tạp, tốn kém và khó khăn khi phải thực hiện Southern blot nên khi nghiên cứu bộ gene người ta thường thực hiện phản ứng RFLP dựa trên PCR. Phương pháp này được thực hiện trên cơ sở khuếch đại có chọn lọc một đoạn DNA bằng PCR. Sau đó tiến hành phân cắt sản phẩm PCR bằng enzyme thích hợp. Dựa vào kết quả cắt sản phẩm PCR bằng enzyme cắt để đánh giá sự đa hình của DNA. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này không phải thiết kế probe. Đồng thời phương pháp này tạo ra ít band hơn phương pháp RFLP nguyên thủy, tạo điều kiện dễ dàng hơn trong phân tích kết quả. Quy trình thực hiện: - Tách chiết DNA. - Thực hiện PCR khuếch đại trình tự đích bằng một cặp pri