Файл: азастан Республикасыны Білім жне ылым министрлігі лФараби атындаы аза лтты университеті байкенова аерке айратызы.docx
Добавлен: 07.12.2023
Просмотров: 78
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
БАЙКЕНОВА АҚЕРКЕ ҚАЙРАТҚЫЗЫ
ҚОЛЖЕТІМДІ БИОАҚПАРАТТЫҚ ЗЕРТТЕУ ПЛАТФОРМАЛАРЫНДА ШАРАП АШЫТҚЫЛАРЫНЫҢ МОЛЕКУЛАЛЫҚ-ГЕНЕТИКАЛЫҚ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІН ТАЛДАУ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
5В070100 - "Биотехнология" мамандығы
Алматы 2022
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті
| "Қорғауға жіберілді" Кафедра меңгерушісі доцент м.а. | Жунусбаева Ж.К. |
Дипломдық жұмыс
Тақырыбы: «Қолжетімді биоақпараттық зерттеу платформаларында шарап ашытқыларының молекулалық-генетикалық ерекшеліктерін талдау»
5В070100 - "Биотехнология" мамандығы
| Орындаған 4 курс студенті: | Байкенова А.Қ. |
| Ғылыми жетекшісі профессор | Айташева З.Г. |
| Норма бақылаушы | Әліқұл А.Б |
Алматы, 2022
МАЗМҰНЫ
| | АНЫҚТАМАЛАР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР ................................... | 7 |
| | КІРІСПЕ............................................................................................ | 8 |
| | НЕГІЗГІ БӨЛІМ............................................................................... | 9 |
| 1 | ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ....................................................................... | 9 |
| 1.1 | Ашытқыларға жалпы сипаттама..................................................... | 9 |
| 1.2 | Шарап ашытқылары және оның қасиеттері.................................. | 14 |
| 1.3 | Шарап ашытқыларының молекулалық-генетикалық ерекшеліктері....................................................................................... | 24 |
| 2 | ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ............................. | 33 |
| 2.1 | Зерттеу объектісі............................................................................... | 33 |
| 2.2 | Зерттеу әдістері.................................................................................. | 33 |
| 3 | ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ.............. | 35 |
| 3.1 | Пальма шарабы ашытқыларына филогенетикалық талдау және олардың эволюциялық қатынастарын анықтау | 35 |
| 3.2 | Пальма шарабы ашытқыларының географиялық шығу тегі мен көздері................................................................................................. | 42 |
| | ҚОРЫТЫНДЫ................................................................................... ҰСЫНЫС ЖӘНЕ ПІКІРЛЕР ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ................................ ҚОСЫМША | 45 46 47 55 |
АНЫҚТАМАЛАР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
NCBI – National Center for Biotechnology Information (Ұлттық биотехнологиялық ақпарат орталығы)
Genbank - барлық аннотацияланған ДНҚ және РНҚ тізбегі, сондай-ақ оларда кодталған ақуыздар тізбегі бар жалпыға қолжетімді деректер базасы.
ДНҚ – дезоксирибонуклеин қышқылы
РНҚ – рибонуклеин қышқылы
рРНҚ – рибосомалық РНҚ
тРНҚ – тасымалдаушы РНҚ
SNP - бірнуклеотидті полиморфизм
ОРС – санаудың ашық рамкасы
ARS – автономды‑репликациялық тізбек
CNV – хромосоманың белгілі бір сегментінің көшірмелерінің санындағы полиморфизм
Indel – нуклеотидтерді енгізу/делеция полиморфизмі
LTR – ретро элементтің ұзақ терминалды қайталануы
QTL – сандық қасиетінің локусы
КІРІСПЕ
Ашытқылар - бір жасушалы саңырауқұлақтардың аскомицеттер класына жатады. Цитология, биохимия, генетикада жүргізілетін әдістер және алғаш рет ашытқыларға жасалынып, тексерістен өткен.Нақтырақ айтсақ, ашытқылардың Saccharomyces тұқымдасы. Ашытқылар – митохондриялық геномда қалыпты дамуына кедергі жасайтын мутациялар түзілгенде өлмейтін, тек гликолиздің арқасында өмір сүруге қабілетті организмдер. Молекулярлық биологияда және генетикада модельдік объект ретінде біржасушалы саңырауқұлақтар кеңінен қолданылады. Saccharomyces cerevisiae - бүкіл геномдық ДНҚ тізбегі зерттелген алғашқы эукариот. Saccharomyces туысының геномы 17 хромосомадан тұрады. Ал жоғары эукариоттармен салыстырғанда оның құрамында қайталанатын ДНҚ 5% ғана болады. Геномның 95% бірегей гендермен ұсынылған. Бұдан шығатыны, ашытқыдағы гендердің максималды саны 5-7 мыңнан аспайды. 1925 жылы Г.А.Надсон мен С.Г.Филиппов генетикалық зерттеулер жүргізді, онда радиациялық мутагенез ашылды, модельдік объект – ашытқыда жүргізілді. Бұл зерттеулерде плоидтылықтың өзгеруімен ашытқылардың өмірлік циклінде ұрпақтар алмасуының болуы туралы дәлелдер зерттелді. Ғалымдар Saccharomyces cerevisiae аскоспораларында хромосомалардың гаплоидты жиынтығы болатынын, ал олардың спораларына немесе олардың ұрпақтарына тән конъюгациялануы сахаромицеттердің вегетативті кезеңіне тән диплоидты жиынтықты қалпына келтіруге әкелетінін анықтады.Көп ұзамай нан ашытқысы генетикалық зерттеулер үшін тамаша үлгі нысаны болды. Ашытқыларға жасалған алғашқы ғылыми тәжірибелерден бері бұл организмдердің генетикасы өте жылдам дамыды.
Теориялық және қолданбалы сипатта, биотехнологиялық өнеркәсіпте әрі қарай пайдалану үшін генетикалық түрлендірілген ашытқы штаммдарын жобалауға қатысты кем дегенде 1000 зерттеу жұмыстары жүргізілді.Ашытқыдағы гомологиялық рекомбинацияның арқасында кез келген таңдалған хромосомалық ДНҚ тізбегін ерікті түрде өзгертуге болады. Сонымен қатар, центромераның қысқа тізбегінің қосылуы және ДНҚ репликациясының шығу тегі есебінен мобильді жылжымалы элементтердің – бөлінетін ашытқы жасушаларының құрамында болатын рекомбинантты плазмидалардың құрамында хромосомалардың бөліктерімен әртүрлі манипуляцияларды жүргізуге болады.
Ашытқылардың генетикалық трансформациясының ашылуы зерттеушілерге гендерді клондау және гендік инженерия үшін құнды құрал берді. Трансформацияның арқасында гендердің реттелуін, сондай-ақ белоктардың құрылымы мен қызметі арасындағы байланыстарды, хромосомалардың құрылымын және жасуша биологиясының басқа да маңызды мәселелерін талдауға тиімді қолданылатын әдістер әзірленді. Белоктардың құрылысы мен қызметі, хромосомалардың құрылымы және жасуша биологиясының басқа да маңызды сұрақтарға жауаптар табыла бастады. Saccharomyces cerevisiae ашытқысын нан пісіру, шарап жасау, сыра қайнату өндірісінде, алкоголь және ақуызды-витаминді препараттарды өндіруде қолдану, оларды биохимиялық, молекулалық-генетикалық және басқа зерттеулерге қол жетімділігі оларды басқа эукариоттарды, соның ішінде адамды зерттеуге арналған әмбебап және бірегей үлгі нысанына айналдырды.
Ашытқы трансформациясы гендік инженериядағы гендерді клондау үшін маңызды ғылыми жаңалық болып табылады. Осы рекомбинация әдісінің арқасында гендердің реттелуін талдау үшін, сонымен қатар белоктардың құрылымы мен қызметі арасындағы байланыстарды, ДНҚ, РНҚ құрылымын және жасуша биологиясының басқа да маңызды мәселелерін талдау үшін қолданылатын әдістер жасалды.
Осылайша, ашытқылар, атап айтқанда Saccharomyces cerevisiae түрі генетикалық зерттеулер үшін маңызды болып саналады. Зерттеудің генетикалық объектісі ретінде олардың бірқатар артықшылықтары бар. Біріншіден, бұл организмдердің өмір сүру ұзақтығы қысқа; екі-төрт күн және қысқа ашытқы өмірлік цикліне ие. Ашытқыда толық анықталған ДНҚ тізбегі бар, бұл да маңызды артықшылық және морфологиясы мен биологиясы жақсы зерттелген болып табылады. Геномында отыз екі хромосома бар. Геномның өлшемі небәрі 12 Мб. 6300 гомологиялық гендердің 11% адам геніне сәйкес келеді.
Зерттеу жұмысының өзектілігі: Шарап ашытқылары генетикалық зерттеулер үшін маңызды объект болып саналады. Қазіргі заманғы геномдық және постгеномдық биоақпараттық құралдарды қолдану ашытқы штамдарының фенотиптік әртүрлілігінің негізінде жатқан молекулалық айырмашылықтардың табиғатын, молекулалық-генетикалық деректер мен белгілі бір өндірістік көрсеткіштер арасындағы байланыстарды түсінуді айтарлықтай тереңдетеді. Мұндай зерттеу нәтижелері «классикалық» және заманауи әдістерді қолдана отырып, бағытталған іріктеу, жаңа штаммдарды құру және шарап жасау технологияларын жетілдіру стратегияларын әзірлеуге ықпал ететіні анық.
Ғылыми жаңалығы мен практикалық маңыздылығы: Алынған нәтижелерді шарап ашытқыларының геномикасы мен филогенетикасын сипаттауға және талдауға пайдалануға болады. Сонымен қатар, әртүрлі пальма ағаштардан алынған шарап ашытқыларын салыстыруға, туыстары басым болатын елдерді көрсетуге, эволюция мен түрлердің миграциясын зерттеуге пайдалануға болады.
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
-
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Ашытқыларға жалпы сипаттама
«Ашытқы» термині ашытумен бірге жүретін құбылыстармен немесе процестермен байланысты. Ашытқы ағзаларының қызметтерін және ашыту процестерін көрсететін терминдердің ортақ шығу тегі адамдардың оларды бұрыннан байланыстырғанын көрсетеді. Ашытқылар – мицелий түзу қабілетін жоғалтқан және нәтижесінде айнала бастаған жоғары сатыдағы саңырауқұлақтар. Ашытқылар саңырауқұлақтар патшалығына (Mycota), нағыз саңырауқұлақтар бөліміне (Eumycota) жатады. Ашытқы жасушаларының пішіні сопақ, жұмыртқа тәрізді және эллипс тәрізді болып келеді. Цилиндрлік (таяқша тәрізді), алмұрт тәрізді және лимон тәрізді пішінді ашытқылар біршама сирек кездеседі (сурет 1).
сопақ, жұмыртқа тәрізді
цилиндрлі
жебе тәрізді
Жарты ай тәрізді
Лимон тәрізді
Алмұрт тәрізді
Сурет 1 – Ашытқы жасушаларының пішіндері
(*С.В.Буряченко «Молекулярная генетика дрожжей сахаромицетов» монографиясынан алынған)
Ашытқы жасушаларының өлшемдері диаметрі 2,5-тен 10 мкм-ге дейін және ұзындығы 4-тен 20 мкм-ге дейін болады. Орташа алғанда, ашытқы жасушасының салмағы шамамен 5 × 10-11 г. Ашытқы жасушаларының пішіні, мөлшері және массасы олар дамитын орта жағдайларына және жасушалардың жасына байланысты өзгереді [1].
Ашытқылар саңырауқұлақтардан мәдени қасиеттерімен ерекшеленетіндіктен, Кудрявцева бойынша жеке классификациялар бар. Осы классификация бойынша ашытқылар Ascomycetes класына, біржасушалы саңырауқұлақтар қатарына жатады. Ашытқылар үш тұқымдастарды қамтиды: сахаромицеттер, шизосахаромицеттер және сахаромикодтар. Олар бір-бірінен жасушалардың пішіні, вегетативті көбеюі бойынша ерекшеленеді.
1. Saccharomycetae тұқымдасы – бүршіктеніп көбейеді. Бұл тұқымдасқа Saccharomyces туысы жатады. Бұл тұқымдасының өкілдері сопақ немесе жұмыртқа тәрізді пішінді, бүршіктену арқылы вегетативті түрде көбейеді. Олар спорасының түзілуі және өнуі бойынша ерекшеленеді.
2. Schizosaccharomycetaceae тұқымдасы - бөліну арқылы көбейеді. Бұл тұқымдасқа екі туыс кіреді: шизосахаромицеттер (schizosaccharomyces) және октоспоромицеттер (octosporomyces).
3. Saccharomycodaceae тұқымдасы – көбеюі бүршіктенуден басталып, бөлінумен аяқталады. Бұл тұқымдастың негізгі туыстары – сахаромикодтар және хансениаспоралар [2, 3].
Saccharomyces cerevisiae жасушалары бүршіктену арқылы вегетативтік жолмен көбейеді. Алдымен аналық жасушада өсінді пайда болады, содан кейін ядроның митоздық бөлінуі жүреді, жасуша қабырғасының пайда болуы және жасушалардың бір-бірінен ажырауы жүреді. Аналық жасушада бүршіктенудің іздері пайда болады, бұл оның жасын анықтауға мүмкіндік береді. Әдетте аналық жасуша 20-30 рет бүршіктене алады. Saccharomyces cerevisiae ашытқысының қалыпты өмір сүруі үшін қоректік заттары бар сұйық орта, ортаның сәйкес реакциясы және температуралық жағдайлар қажет [4].
Ашытқыға әсер ететін сыртқы орта факторлары:
- физикалық (температура, ылғалдылық);
- химиялық (қоректік ортаның химиялық құрамы);
- биологиялық факторлар (микроорганизмдердің басқа организмдермен байланысы).
а) б)
Сурет 2 - Saccharomyces cerevisiae ашытқысының жасушалары.
а) ашытқы жасушаларының бүршіктену арқылы белсенді көбеюі;
б) аналық (үлкен) және жас жасушалардың жұбы (аналық жасушаның бетінде алдыңғы бүршіктенудің «іздері» көрінеді).
(*С.В.Буряченко «Молекулярная генетика дрожжей сахаромицетов» монографиясынан алынған)
Гаплоидты және диплоидты жасушалардың өлшемдері әртүрлі штаммдарға және әртүрлі таралу жағдайларына байланысты өзгереді. Типтік диплоидты жасушалар 5 х 6 мкм эллипсоидтар, типтік гаплоидты жасушалар 4 мкм сфероидтар. Ашытқы жасушаларының мөлшері мен химиялық құрамы туралы жалпы мәліметтер төмендегі кестеде келтірілген [5].
Кесте 1 - Ашытқы жасушасының көлемі мен құрамы
| Сипаттамасы | Гаплоидты жасуша | Диплоидты жасуша |
| Көлемі (мкм3) | 70 | 120 |
| Ылғалды салмағы (пг) | 60 | 80 |
| Құрғақ салмағы (пг) | 15 | 20 |
| ДНҚ | 0,017 | 0,034 |
| РНҚ | 1,2 | 1,9 |
| Ақуыз | 6 | 8 |