HAPLOTYPE: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, CHẨN ĐOÁN, BỆNH TẬT, VÍ DỤ - SINH HỌC - 2026

Một haplotype là một vùng của bộ gen có xu hướng được di truyền cùng nhau qua nhiều thế hệ; điển hình là tất cả trên cùng một nhiễm sắc thể. Các kiểu đơn bội là sản phẩm của liên kết di truyền và vẫn còn nguyên vẹn trong quá trình tái tổ hợp di truyền.

Từ "haplotype" có nguồn gốc từ sự kết hợp của từ "đơn bội" và từ "kiểu gen". "Đơn bội" đề cập đến các tế bào có một bộ nhiễm sắc thể duy nhất và "kiểu gen" đề cập đến cấu trúc di truyền của một sinh vật.

Sơ đồ phân bố các dạng đơn bội nhiễm sắc thể Y trong các quần thể châu Á (Nguồn: Moogalord qua Wikimedia Commons) Theo định nghĩa, một dạng đơn bội có thể mô tả một cặp gen hoặc nhiều gen được di truyền cùng nhau trên một nhiễm sắc thể từ cha mẹ, hoặc nó có thể mô tả một nhiễm sắc thể được thừa hưởng hoàn toàn từ cha mẹ, chẳng hạn như nhiễm sắc thể Y ở nam giới.

Ví dụ, khi các cá thể đơn bội chia sẻ các gen cho hai đặc điểm kiểu hình khác nhau, chẳng hạn như màu tóc và màu mắt, thì các cá thể sở hữu gen này cho màu tóc cũng sẽ sở hữu gen khác cho màu mắt.

Haplotypes là một trong những công cụ được sử dụng nhiều nhất hiện nay để nghiên cứu phả hệ, truy tìm nguồn gốc bệnh tật, xác định đặc điểm biến dị di truyền và phân loại thực vật của các quần thể của các loại sinh vật khác nhau.

Có rất nhiều công cụ để nghiên cứu về các dạng haplotype, một trong những công cụ được sử dụng nhiều nhất hiện nay là "Bản đồ Haplotype" (HapMap), là một trang web cho phép xác định đâu là các đoạn gen là các kiểu haplotype.

Phương pháp học

Haplotypes đại diện cho một cơ hội để hiểu sự thừa kế của các gen và tính đa hình của chúng. Với việc phát hiện ra kỹ thuật "Phản ứng chuỗi polymerase" (PCR), nhiều tiến bộ đã đạt được trong việc nghiên cứu các dạng đơn bội.

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp luận để nghiên cứu các dạng đơn bội, một số phương pháp nổi bật nhất là:

Xác định trình tự DNA và phát hiện các đa hình nucleotide đơn (SNP)

Sự phát triển của công nghệ giải trình tự thế hệ tiếp theo đại diện cho một bước nhảy vọt cho việc nghiên cứu các dạng đơn bội. Công nghệ mới giúp phát hiện các biến thể của tối đa một cơ sở nucleotide trong các vùng cụ thể của một haplotype.

Trong tin sinh học, thuật ngữ haplotype cũng được dùng để chỉ sự kế thừa của một nhóm đa hình nucleotide đơn (SNP) trong trình tự DNA.

Bằng cách kết hợp các chương trình tin sinh học với phát hiện haplotype bằng cách sử dụng giải trình tự thế hệ tiếp theo, vị trí, sự thay thế và ảnh hưởng của mỗi thay đổi cơ bản trong bộ gen của một quần thể có thể được xác định chính xác.

Tế bào vi mô (SSRS)

Các vi tế bào hoặc SSRS, lấy tên của chúng từ tiếng Anh “S imple Sequence Lặp lại và Short Tandem Repeat”. Đây là những trình tự nucleotide ngắn lặp lại liên tiếp trong một vùng của bộ gen.

Người ta thường tìm thấy các tế bào vi mô bên trong các dạng đơn bội không mã hóa, do đó, thông qua việc phát hiện các biến thể về số lần lặp lại tế bào vi mô, có thể quan sát thấy các alen khác nhau trong các dạng đơn bội của các cá thể.

Các chất đánh dấu vi tế bào phân tử đã được phát triển để phát hiện vô số loại đơn bội, từ sự phân biệt giới tính của thực vật như Đu đủ (Carica đu đủ) đến phát hiện các bệnh ở người như bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm.

Đa hình độ dài đoạn khuếch đại (AFLP)

Kỹ thuật này kết hợp sự khuếch đại với phản ứng PCR với sự phân hủy DNA bằng hai loại enzym giới hạn khác nhau. Kỹ thuật này phát hiện các locus đa hình ở dạng đơn bội theo các vị trí phân cắt khác nhau trong chuỗi DNA.

Để minh họa rõ hơn kỹ thuật này, hãy tưởng tượng ba mảnh vải có cùng chiều dài, nhưng được cắt ở các vị trí khác nhau (những mảnh này đại diện cho ba mảnh haplotype được khuếch đại PCR).

Khi cắt vải, sẽ thu được nhiều mảnh vải với kích thước khác nhau, vì mỗi tấm vải được cắt ở những nơi khác nhau. Bằng cách sắp xếp thứ tự các mảnh theo loại vải mà chúng xuất phát, chúng ta có thể thấy sự khác biệt giữa các loại vải hoặc các loại haplotype.

Chẩn đoán và bệnh

Một lợi thế quan trọng của việc nghiên cứu di truyền của các loài đơn bội là chúng hầu như vẫn còn nguyên vẹn hoặc không bị thay đổi trong hàng nghìn thế hệ, và điều này cho phép xác định các tổ tiên từ xa và từng đột biến mà các cá thể góp phần vào sự phát triển của bệnh.

Các kiểu đơn bội ở loài người khác nhau tùy thuộc vào các chủng tộc và dựa trên điều này đầu tiên, các gen đã được phát hiện trong các dạng đơn bội gây ra các bệnh nghiêm trọng ở mỗi chủng tộc người.

Dự án HapMap bao gồm bốn nhóm chủng tộc: người Châu Âu, người Nigeria, người Yoruba, người Hán và người Nhật.

Bằng cách này, dự án HapMap có thể bao gồm các nhóm dân cư khác nhau và truy tìm nguồn gốc và sự tiến hóa của nhiều bệnh di truyền ảnh hưởng đến từng chủng tộc trong số bốn chủng tộc.

Một trong những bệnh thường được chẩn đoán bằng phân tích haplotype là bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm ở người. Căn bệnh này được chẩn đoán bằng cách theo dõi tần suất xuất hiện của các loài đơn sắc châu Phi trong một quần thể.

Là một bệnh có nguồn gốc từ Châu Phi, việc xác định các haplotype Châu Phi trong quần thể giúp dễ dàng tìm ra những người có đột biến trong trình tự di truyền đối với các beta globins trong hồng cầu hình liềm (đặc trưng của bệnh lý này).

Ví dụ

Với các kiểu đơn bội, cây phát sinh loài được xây dựng đại diện cho các mối quan hệ tiến hóa giữa mỗi kiểu đơn bội được tìm thấy trong một mẫu phân tử ADN tương đồng hoặc của cùng một loài, trong một vùng có ít hoặc không có sự tái tổ hợp.

Một trong những nhánh được nghiên cứu nhiều nhất thông qua haplotypes là sự tiến hóa của hệ thống miễn dịch của con người. Haplotype mã hóa thụ thể giống TOll (một thành phần chính của hệ thống miễn dịch bẩm sinh) đã được xác định cho bộ gen của người Neanderthal và Denisovan.

Điều này cho phép họ theo dõi trình tự di truyền trong quần thể người "hiện đại" đã thay đổi như thế nào so với trình tự haplotype tương ứng với người "tổ tiên".

Việc xây dựng một mạng lưới các mối quan hệ di truyền từ các kiểu đơn bội của ty thể nghiên cứu cách thức hiệu ứng người sáng lập xảy ra ở các loài, vì điều này cho phép các nhà khoa học xác định khi nào các quần thể ngừng sinh sản giữa chúng và tự thiết lập thành các loài riêng biệt.

Phân bố Haplotype R (Y-DNA) trong các quần thể bản địa (Nguồn: Maulucioni, qua Wikimedia Commons) Đa dạng Haplotype được sử dụng để theo dõi và nghiên cứu sự đa dạng di truyền của các loài động vật nuôi nhốt. Những kỹ thuật này được sử dụng đặc biệt cho các loài khó theo dõi trong tự nhiên.

Các loài động vật như cá mập, chim và động vật có vú lớn như báo đốm, voi, và những loài khác, liên tục được đánh giá di truyền thông qua các đơn bội ti thể để theo dõi tình trạng di truyền của các quần thể nuôi nhốt.

Người giới thiệu

1. Bahlo, M., Stankovich, J., Tốc độ, TP, Rubio, JP, Burfoot, RK, & Foote, SJ (2006). Phát hiện chia sẻ haplotype trên diện rộng bộ gen bằng cách sử dụng SNP hoặc dữ liệu haplotype của microsatellite. Di truyền học ở người, 119 (1-2), 38-50.
2. Dannemann, M., Andrés, AM, & Kelso, J. (2016). Sự xâm nhập của các dạng haplotype giống Neandertal và Denisovan góp phần vào sự biến đổi thích nghi ở các thụ thể giống Toll ở người. Tạp chí Di truyền Người Hoa Kỳ, 98 (1), 22-33.
3. De Vries, HG, van der Meulen, MA, Rozen, R., Halley, DJ, Scheffer, H., Leo, P.,… & te Meerman, GJ (1996). Nhận dạng haplotype giữa các cá thể có chung alen đột biến CFTR "giống nhau về dòng dõi": chứng minh tính hữu ích của khái niệm chia sẻ haplotype đối với việc lập bản đồ gen trong các quần thể thực. Di truyền học con người, 98 (3), 304-309
4. Degli-Esposti, MA, Leaver, AL, Christiansen, FT, Witt, CS, Abraham, LJ, & Dawkins, RL (1992). Các kiểu đơn bội tổ tiên: các kiểu đơn bội MHC trong quần thể được bảo tồn. Miễn dịch học ở người, 34 (4), 242-252.
5. Nghiên cứu sinh, MR, Hartman, T., Hermelin, D., Landau, GM, Rosamond, F., & Rozenberg, L. (2009, tháng 6). Suy luận haplotype bị hạn chế bởi dữ liệu haplotype hợp lý. Trong Hội nghị chuyên đề hàng năm về đối sánh mẫu kết hợp (trang 339-352). Springer, Berlin, Heidelberg.
6. Gabriel, SB, Schaffner, SF, Nguyen, H., Moore, JM, Roy, J., Blumenstiel, B., … & Liu-Cordero, SN (2002). Cấu trúc của khối haplotype trong hệ gen của con người. Khoa học, 296 (5576), 2225-2229.
7. Tổ chức HapMap Quốc tế. (2005). Một bản đồ haplotype của bộ gen người. Thiên nhiên, 437 (7063), 1299.
8. Wynne, R., & Wilding, C. (2018). Sự đa dạng đơn bội DNA ty thể và nguồn gốc của cá mập hổ cát nuôi nhốt (Carcharias taurus). Tạp chí Nghiên cứu Vườn thú và Thủy sinh, 6 (3), 74-78.
9. Yoo, YJ, Tang, J., Kaslow, RA, & Zhang, K. (2007). Suy luận haplotype cho dữ liệu kiểu gen hiện tại - không có bằng cách sử dụng các kiểu haplotype và kiểu haplotype đã xác định trước đó. Tin sinh học, 23 (18), 2399-2406.
10. Trẻ, NS (2018). Thiếu máu không tái tạo. Tạp chí Y học New England, 379 (17), 1643-1656.