Giáo trình Di Truyền học (Phần 1)

...................... 4 II. Thành phần và cấu tạo hóa học của acid nucleic.............................. 5 1. DNA................................................................................................... 7 1.1. Cấu tạo hóa học của DNA.............................................................. 7 1.2. DNA cuộn lại trong tế bào .......................................................... 11 2. RNA .................................................................................................14 2.1. RNA riboxom (ribosomal RNA-rRNA)....................................... 14 2.2. RNA vận chuyển (Transfer RNA - tRNA)................................... 15 2.3. RNA thông tin (messenger RNA – mRNA)................................. 17 2.4. Ribozym và self-splicing.............................................................. 18 III Các tính chất của DNA................................................................... 20 1. Biến tính (denaturation) và hồi tính (renaturation)........................ 20 2. Lai acid nucleic............................................................................... 22 IV. Những cấu trúc chứa DNA trong tế bào........................................ 23 1. Những đoạn DNA chứa thông tin di truyền.....................................23 2. Virus chứa DNA và virus chứa RNA............................................... 24 3. Nhiễm sắc thể chính và plasmid của vi khuẩn.................................25 4. Nhiễm sắc thể Eukaryota.................................................................25 4.1 Các trình tự lặp lại và đơn độc.......................................................25 4.2 Nhiễm sắc thể của Eukaryota.........................................................27 4.3 Trình tự CEN................................................................................. 29 4.4. Trình tự Tel................................................................................... 29 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 30 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 30 Chương 2. Sao chép DNA................................................................... 31 I. Sự bền vững của DNA với thời gian và qua nhiều thế hệ................ 31 1. DNA bị biến đổi ngay cả không sao chép .......................................31 2. Trình tự nucleotid được duy trì với mức chính xác rất cao qua nhiều thế hệ................................................................................................... 32 3. Các hệ thống bảo vệ DNA............................................................... 33 4. Sửa sai do phục quang hồi.............................................................. 34 5. Hệ thống SOS.................................................................................. 35 II. Cơ chế phân tử của sao chép DNA ................................................ 36 1. Nguyên tắc chung............................................................................ 36 2. Thí nghiệm tổng hợp nhân tạo DNA................................................37 3. Thí nghiệm chứng minh có sự tự nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo tồn........................................................................................................ 37 4. Diễn biến sao chép DNA ở nhiễm sắc thể E.coli.............................38 4.1. Giai đoạn khởi sự (initiation)........................................................38 4.2. Giai đoạn nối dài (elongation)...................................................... 39 III. Sao chép DNA trong tế bào........................................................... 40 1. Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote............................................. 40 2. Sao chép nhiễm sắc thể ở tế bào Eukaryote.................................... 41 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 42 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 42 Chương 3. Cơ sở tế bào học của tính di truyền....................................44 I. Các cấu trúc tế bào và khả năng tự tái sinh...................................... 44 1. Các cấu trúc có khả năng tự tái sinh...............................................44 2. Nhiễm sắc thể.................................................................................. 45 2.1. Hình thái NST............................................................................... 45 2.2. Kiểu nhân và nhiễm sắc đồ:.......................................................... 47 2.3. Chất nhiễm sắc..............................................................................47 3. Các nhiễm sắc thể đặc biệt..............................................................48 II. Chu trình tế bào và phân bào ở Eukaryote...................................... 51 1. Chu trình tế bào...............................................................................51 2. Nguyên phân (Mitosis) ....................................................................52 3. Giảm phân (meiosis)........................................................................53 III. Các kiểu sinh sản........................................................................... 59 1.Sinh sản vô tính................................................................................ 59 2. Sinh sản hữu tính............................................................................. 59 3. Các hình thức sinh sản đặc biệt.......................................................61 4. Chu trình sống hay vòng đời........................................................... 63 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 64 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 64 Chương 4. Các quy luật di truyền của Mendel.................................... 66 I. Phương pháp thí nghiệm của Mendel...............................................66 1. Tính trạng hay dấu hiệu (character)............................................... 66 2. Cách tiến hành thí nghiệm:............................................................. 68 II. Lai một tính trạng-Quy luật giao tử thuần khiết..............................69 1.Thí nghiệm........................................................................................ 69 2. Giải thích của Mendel..................................................................... 70 3.Tính trội không hoàn toàn và sự di truyền tương đương..................70 4. Cơ sở tế bào học.............................................................................. 70 5. Thí nghiệm chứng minh trực tiếp sự phân ly ở mức giao tử .......... 72 6. Quy luật thứ nhất (quy luật giao tử thuần khiết.............................. 72 III. Lai hai tính và nhiều tính............................................................... 73 1. Lai hai tính - Quy luật phân ly độc lập và tổ hợp tự do.................. 73 2. Lai với nhiều cặp tính trạng........................................................... 73 3. Một số tính trạng Mendel ở người...................................................75 4. Các quy luật chung của tính di truyền.............................................77 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 77 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 78 Chương 5. Tương tac gen.................................................................... 79 I. Sự tương tác gen giữa các gen alen................................................. 79 1. Hiện tượng gây chết........................................................................ 79 2. Sự tương tác giữa các alen của cùng một gen.................................82 II. Sự tương tác giữa các gen không alen.............................................83 1. Tương tác át chế.............................................................................. 83 3. Tương tác đa gen.............................................................................88 4. Tính đa hiệu của gen....................................................................... 89 III. Những phức tạp trong biểu hiện cuả gen....................................... 89 1. Gen biến đổi (Modifier gene).......................................................... 89 2. Các tính trạng bị giới hạn bởi giới tính.......................................... 90 3. Các tính trạng có sự biểu hiện phụ thuộc vào giới tính.................. 90 IV Độ thấm (penetrance) và độ biểu hiện (expression)....................... 91 1. Độ thấm (độ thâm nhập)..................................................................91 2. Độ hiện hay độ biểu hiện ................................................................92 V. Tác động của môi trường................................................................ 93 1. Tác động của môi trường bên ngoài............................................... 93 2. Tác động của môi trường bên trong................................................94 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 95 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 95 Chương 6. Học thuyết di truyền nhiễm sắc thể....................................96 I. Sự xác định giới tính và sự di truyền liên kết với giới tính.............. 96 1. Tỉ lệ phân li giới tính....................................................................... 96 2. Các gen liên kết với giới tính...........................................................98 3. Các tính trạng liên kết với giới tính trong di truyền học người... 101 4. Gen nam giới và gen nữ giới ở người............................................101 4.1. Gen xác định nam giới................................................................ 101 4.2. Gen xác định nữ giới...................................................................102 5. NST X bất hoạt ở người................................................................. 102 6. Hiện tượng không chia ly của NST................................................104 7. Xác định giới tính do số bội thể.....................................................106 8. Xác định giới tính do điều kiện môi trường ..................................106 II. Sự di truyền liên kết...................................................................... 107 1. Hiện tượng liên kết........................................................................ 107 2. Liên kết hoàn toàn......................................................................... 108 3. Hiện tượng di truyền liên kết không hoàn toàn............................. 108 4. Các nhóm liên kết(Genelinkage)................................................... 109 III. Hiện tượng tái tổ hợp................................................................... 109 1. Tái tổ hợp và trao đổi chéo........................................................... 109 2. Cở sở tế bào học của trao đổi chéo...............................................111 3. Trao đổi chéo ở trong giai đoạn 4 sợi...........................................112 4. Trao đổi chéo nhiều lần.................................................................114 5. Nhiễu (Interference) và trùng hợp (Coincidence) ........................ 114 IV. Xác định vị trí gen và bản đồ di truyền....................................... 115 1.Xác định vi trí gen.......................................................................... 115 2. Bản đồ di truyền của NST và bản đồ di truyền tế bào...................116 V. NST người và bản đồ NST người................................................ 119 1. NST người......................................................................................119 2. Kỹ thuật lai tế bào soma................................................................120 Câu hỏi ôn tập .................................................................................. 122 Tài liệu tham khảo ............................................................................ 122 Chương 7. Di truyền học Vi khuân................................................... 123 I. Ưu thế và các đặc điểm của đối tượng vi sinh vật .........................123 1. Thời gian thế hệ ngắn, tốc độ sinh sản nhanh...............................123 2. Có sự tăng vọt số lượng cá thể...................................................... 123 3. Có cấu tạo bộ máy di truyền đơn giản.......................................... 124 4. Dễ nghiên cứu bằng các kỹ thuật vật lý và hóa học...................... 124 II. Đặc điểm của di truyền vi sinh vật................................................124 III. Sinh học của vi khuẩn.................................................................. 125 1. Cấu tạo tế bào và sinh sản............................................................ 125 2. Đặc điểm nuôi cấy......................................................................... 127 IV. Biến nạp ( Transformation)......................................................... 127 1. Hiện tượng và điều kiện.................................................................127 2. Cơ chế biến nạp.............................................................................128 2.1. Xâm nhập của DNA....................................................................128 2.2. Bắt cặp........................................................................................ 130 2.3. Sao chép...................................................................................... 130 V. Tải nạp (Transduction)..................................................................130 1. Phage là nhân tố chuyển gen.........................................................130 2. cơ chế.............................................................................................131 3. Phân biệt các dạng tải nạp............................................................132 VI. Giao nạp (Conjugation)............................................................... 133 1. Chứng minh có lai ở vi khuẩn....................................................... 134 2. Sự phân hóa giới tính ở vi khuẩn...................................................135 3. Các nhân tố F' và tính nạp (Sexduction)....................................... 137 4. Cơ chế tái tổ hợp .......................................................................... 137 VII. Cơ sở di truyền tính kháng thuốc của các vi khuẩn gây bệnh ở người.................................................................................................. 139 Câu hỏi và Bài tập..............................................................................140 Tài liệu Tham khảo............................................................................140 Chương 8. Di truyền học Virus......................................................... 142 I. Di truyền học thể thực khuẩn (Bacteriophage hay phage)............. 142 1. Sự hình thành vết tan và các thể đột biến phage...........................142 2. Tái tổ hợp di truyền trong một chu kỳ sinh tan (Lytic cycle)........ 144 2.1. Chu trình tan (Lytic cycle)..........................................................144 3. Sự sắp xếp của các gene trong nhiễm sắc thể phage.................... 146 4. Lập bản đồ cấu trúc tinh vi vùng rII của phage T4.......................147 5. Tính tiềm tan (Lysogeny) và phage λ............................................ 151 II. Đặc tính của các virus................................................................... 153 1. Tính đa dạng về cấu trúc và thành phần di truyền....................... 153 2. Tính đặc thù về vật chủ (Host specificity).....................................154 III. Tái bản của các virus................................................................... 154 1. Các virus của vi khuẩn..................................................................157 2. Các virus thực vật......................................................................... 157 3. Các virus động vật........................................................................ 158 4. Virus gây ung thư, HIV/ AIDS.......................................................160 Câu hỏi và Bài tập............................................................................. 163 Tài liệu Tham khảo............................................................................ 163 Chương 9. Di truyền học Vi nấm và Vi tảo.......................................165 I. Đại cương về nghiên cứu di truyền ở một số vi tảo thông dụng.... 165 II. Phân tích di truyền ở vi nấm......................................................... 166 1. Tính không dung hợp (incompatibility) ở vi nấm..........................166 2. Phân tích bộ bốn và lập bản đồ ở vi nấm......................................167 3. Phân tích di truyền trong chu trình cận hữu tính (tái tổ hợp trong nguyên phân)..................................................................................... 171 3.1. Sự đơn bội hoá (Haploidisation).................................................172 3.2. Tái tổ hợp trong nguyên phân (Mitotic recombination)............. 172 III. Nấm men như là E. coli của các tế bào eukaryote.......................173 1. Các nhiễm sắc thể nấm men nhân tạo (YAC)................................173 2. Những hiểu biết mới về tổ chức của các nhiễm sắc thể của nấm men 175................................................................................................... 3. Những hiểu biết mới về tái bản và phiên mã của bộ gen nấm men..... 176 4. Những hiểu biết mới về ADN ty thể của nấm men........................ 177 Câu hỏi và Bài tập..............................................................................178 Tài liệu Tham khảo............................................................................179 Chương 10. Di truyền Tế bào chất ....................................................180 I. Sự di truyền tế bào chất.................................................................. 180 1. Sự di truyền của các gene lạp thể.................................................180 2. Sự di truyền của các gene ty thể.................................................... 183 2.1. Đặc điểm di truyền của các gene ty thể...................................... 183 2.2. Hiện tượng bất dục bào chất đực................................................ 186 3. Hiệu quả của dòng mẹ lên chiều xoắn vỏ ốc................................. 188 II. Lập bản đồ ở lạp thể và ty thể....................................................... 190 1. Lập bản đồ gene của DNA lạp thể.................................................190 2. Lập bản đồ gene của DNA ty thể...................................................192 III. Di truyền học phân tử các bào quan ............................................193 1. Các bộ gene lạp thể (cpDNA)........................................................193 2. Các bộ gene ty thể (mtDNA)..........................................................195 Câu hỏi và Bài tập..............................................................................195 Tài liệu Tham khảo............................................................................195 Chương 11. Sự điều hòa biểu hiện của gene..................................... 197 I. Các nguyên lý điều hòa và mức độ kiểm soát phiên mã................ 197 II. Điều hòa hoạt động gene ở prokaryote......................................... 199 1. Cấu trúc của operon......................................................................200 2. Điều hòa dương tính operon lactose............................................. 202 3. Điều hòa âm tính operon tryptophan............................................ 204 4. Phiên mã dở (Attenuation)............................................................ 205 III. Điều hòa biểu hiện gene ở eukaryote.......................................... 208 1. Sự biến đổi DNA............................................................................209 2. Các promoter................................................................................ 209 3. Những trình tự tăng cường phiên mã (Enhancer).........................210 4. Trình tự bất hoạt gene (gene silencing)........................................ 211 5. Promoter chọn lọc (alternative promoter)....................................211 6. Splicing chọn lọc........................................................................... 212 Câu hỏi và Bài tập............................................................................. 213 Tài liệu tham khảo............................................................................. 213 Chương 12. Đột biến gene, tái tổ hợp và các yếu tố di truyền di động 215 I. Đột biến gene..................................................................................215 1. Các kiểu đột biến gene.................................................................. 215 1.1. Đột biến thay thế cặp base.......................................................... 216 1.2. Đột biến thêm hoặc bớt base ......................................................217 2. Cơ chế gây đột biến điểm.............................................................. 221 II. Sửa chữa và bảo vệ DNA.............................................................. 225 1. Cơ chế sửa sai sinh học.................................................................225 1.1. Quang phục hoạt (photoreactivation) .........................................225 1.2. Sửa sai bằng làm mất nhóm alkyl (dealkylation)........................226 III. Các yếu tố di truyền vận động (Transposable genetic elements).230 1. Các yếu tố di truyền vận động ở prokaryote................................. 230 1.1. Gene nhảy của prokaryote.......................................................... 231 1.2. Cơ chế của sự chuyển vị............................................................. 232 2. Các yếu tố di truyền vận động ở eukaryote................................... 233 2.1. Các retrotransposon.................................................................... 233 2.2. DNA transposon..........................................................................235 Câu hỏi và Bài tập..............................................................................237 Tài liệu Tham khảo............................................................................ 238 Chương 13. Đôt biên nhiêm săc thê...................................................239 I. Đôt biên câu truc nhiêm săc thê......................................................239 1. Biến đổi cấu trúc trên một NST:....................................................240 1.1. Sự phát sinh các đột biến cấu trúc trên NST...............................240 1.2. Mất đoạn..................................................................................... 240 1.3. Lặp đoạn (tăng đoạn - Duplication)............................................ 242 1.4. Đảo đoạn (Inversion).................................................................. 242 1.5. Chuyển đoạn (Translocation)......................................................246 II. Đột biến số lượng NST................................................................. 248 1. Đa bội nguyên................................................................................248 2. Đa bội thể lai................................................................................. 250 3. Đa bội lệch hay đa nhiễm..............................................................251 III. Đột biến gây tạo hay cảm ứng..................................................... 255 1. Tác động gây đột biến của bức xạ ion hóa....................................255 1.1. Bức xạ ion hóa............................................................................ 255 1.2. Ảnh hưởng của liều lượng (dose) và cường độ bức xạ (radiation intensity)............................................................................................ 255 2. Tác động của tia tử ngoại..............................................................255 3. Các tác nhân gây đột biến hóa chất.............................................. 256 Câu hỏi và Bài tập............................................................................. 256 Tài liệu tham khảo............................................................................. 257 Bài giảng điện tử Môn: Di truyền học (45 tiết) Trương Thị Bích Phượng Khoa Sinh học, Trường đại học Khoa học, Đại học Huế Chương 1 Bản chất của vật chất di truyền Mục tiêu của chương Giới thiệu bản chất của vật chất di truyền là DNA, thành phần, cấu trúc của phân tử DNA, dạng DNA khác nhau trong tế bào. Số tiết: 6 Nội dung I. DNA là vật chất di truyền Năm 1968, Frederich Miescher (Thụy Điển) phát hiện ra trong nhân tế bào bạch cầu một chất không phải là protein và gọi là nuclein. Về sau thấy chất này có tính acid nên gọi là acid nucleic. Acid nucleic có 2 loại là desoxyribonucleic (DNA) và ribonucleic (RNA). Năm 1914, R. Feulgen (nhà hóa học người Đức) tìm ra phương pháp nhuộm màu đặc hiệu đối với DNA. Sau đó các nghiên cứu cho thấy DNA của nhân giới hạn trong NST. Nhiều sự kiện cho gián tiếp cho thấy DNA là chất di truyền. Mãi đến năm 1944 vai trò mang thông tin di truyền của DNA mới được chứng minh và đến năm 1952 mới được công nhận. 1. Các chứng minh gián tiếp Nhiều số liệu cho thấy có mối quan hệ giữa DNA và chất di truyền - DNA có trong tế bào của tất cả các vi sinh vật, thực vật, động vật chỉ giới hạn ở trong nhân và là thành phần chủ yếu của nhiễm sắc thể. Đó là một cấu trúc mang nhiều gen xếp theo đường thẳng. 1 - Tất cả các tế bào dinh dưỡng của bất kỳ một loại sinh vật nào đều chứa một lượng DNA rất ổn định, không phụ thuộc vào sự phân hóa chức năng hoặc trạng thái trao đổi chất. Ngược lại, số lượng RNA lại biến đổi tùy theo trạng thái sinh lý của tế bào. - Số lượng DNA tăng theo số lượng bội thể của tế bào. Ở tế bào sinh dục đơn bội (n) số lượng DNA là 1, thì tế bào dinh dưỡng lưỡng bội (2n) có số lượng DNA gấp đôi. - Tia tử ngoại (UV) có hiệu quả gây đột biến cao nhất ở bước sóng 260nm. Đây chính là bước sóng DNA hấp thu tia tử ngoại nhiều nhất. Tuy nhiên trong các số liệu trên, thành phần cấu tạo của NST ngoài DNA còn có các protein. Do đó cần có các chứng minh trực tiếp mới khẳng định vai trò vật chất di truyền của DNA. 2. Thí nghiệm biến nạp DNA (Transformation) Hiện tượng biến nạp do Griffith phát hiện vào năm 1928 ở vi khuẩn Diplococcus pneumoniae (gây sưng phổi ở động vật có vú). Vi khuẩn này có hai dạng: - Dạng S (gây bệnh): có vỏ bao tế bào bằng polysaccharid, ngăn cản bạch cầu phá vỡ tế bào. Dạng này tạo khuẩn lạc láng trên môi trường agar. - Dạng R (không gây bệnh) không có vỏ bao tế bào bằng polysaccharid, tạo khuẩn lạc nhăn. Thí nghiệm được tiến hành như sau: a. Tiêm vi khuẩn dạng S sống gây bệnh cho chuột, sau một thời gian nhiễm bệnh, chuột chết b. Tiêm vi khuẩn dạng R sống không gây bệnh cho chuột, chuột sống c. Tiêm vi khuẩn dạng S bị đun chết cho chuột, chuột chết d. Tiêm hỗn hợp vi khuẩn dạng S bị đun chết trộn với vi khuẩn R sống cho chuột, chuột chết. Trong xác chuột chết có vi khuẩn S và R. 2 Hình 1.1 Thí nghiệm biến nạp ở chuột Hiện tượng trên cho thấy vi khuẩn S không thể tự sống lại được sau khi bị đun chết, nhưng các tế bào chết này đã truyền tính gây bệnh cho tế bào R. Hiện tượng này gọi là biến nạp. Đến 1944, ba nhà khoa học T. Avery, Mc Leod, Mc Carty đã tiến hành thí nghiệm xác định rõ tác nhân gây biến nạp. Nếu tế bào S bị xử lý bởi protease hoặc RNAase. thì hoạt tính biến nạp vẫn còn, cứng tỏ RNA và protein không phải là tác nhân gây bệnh. Nhưng nếu tế bào chết S bị xử lý bằng DNAase thì hoạt tính biến nạp không còn nữa, chứng tỏ DNA là nhân tố biến nạp. Kết quả thí nghiệm được tóm tắc như sau: DNA của S + tế bào R sống  chuột chết (có S, R ) 3 Kết luận: hiện tượng biến nạp là một chứng minh sinh hóa xác nhận rằng DNA mang tín hiệu di truyền. Nhưng vai trò của DNA vẫn chưa được công nhận vì cho rằng trong các thí nghiệm vẫn còn một ít protein. Hình 1.2 Vật chất di truyền của phage là DNA 3. Sự xâm nhập của DNA virus vào vi khuẩn Năm 1952, A. Hershey và M. Chase đã tiến hành thí nghiệm với bacteriophage T2 xâm nhập vi khuẩn E.coli. Phage T2 cấu tạo gồm vỏ protein bên ngoài và ruột DNA bên trong. Thí nghiệm này nhằm xác định xem phage nhiễm vi khuẩn đã bơm chất nào vào tế bào vi khuẩn: chỉ DNA, chỉ protein hay cả hai. Vì DNA chứa nhiều phosphor, không có lưu huỳnh; còn protein chứa lưu huỳnh nhưng không chứa phosphor nên có thể phân biệt giữa DNA và protein nhờ đồng vị phóng xạ. Phage được nuôi trên vi khuẩn mọc trên môi trường chứa các đồng vị phóng xạ P32 và S35. S35 xâm nhập vào protein và P32 xâm nhập vào DNA của phage 4 Thí nghiệm: phage T2 nhiễm phóng xạ được tách ra và đem nhiễm vào các vi khuẩn không nhiễm phóng xạ, chúng sẽ gắn lên mặt ngoài của tế bào vi khuẩn. Cho phage nhiễm trong một khoảng thời gian đủ để bám vào vách tế bào vi khuẩn và bơm chất nào đó vào tế bào vi khuẩn. Dung dịch được lắc mạnh và ly tâm để tách rời tế bào vi khuẩn khỏi phần phage bám bên ngoài vách tế bào. Phân tích phần trong tế bào vi khuẩn thấy chứa nhiều P32 (70%) và rất ít S35, phần bên ngoài tế bào vi khuẩn chứa nhiều S35 và rất ít P32. Thế hệ mới của phage chứa khoảng 30% P32 ban đầu Thí nghiệm này đã được chứng minh trực tiếp rằng DNA của phage T2 đã xâm nhập vào tế bào vi khuẩn và sinh sản để tạo ra thế hệ phage mới mang tính di truyền có khả năng đến nhiễm vào các vi khuẩn khác. Hinh 1.3 Sư xâm nhâp DNA cua virus vao vi khuân II. Thành phần và cấu tạo hóa học của acid nucleic DNA và R...ng phức tạp. Nó bao gồm các quá trình làm tăng hoạt tính tái tổ hợp, thay đổi trong khởi sự sao chép, ức chế nuclease và kích thích phục hồi sao chép và chuyển sai hỏng thành sửa sai úp sấp (error-prone replication). Tế bào bây giờ sẽ xảy ra sự sao chép nhanh hơn bình thường. + Nếu sửa sai kịp, tế bào ổn định, sinh trưởng trở lại + Nếu không sửa sai kịp thì tế bào phải chấp nhận hoặc chết hoặc bị đột biến Hình 2.5 Sửa chữa do quang phục hồi 35 II. Cơ chế phân tử của sao chép DNA 1. Nguyên tắc chung - DNA sao chép theo khuôn. Ưu điểm: + Với phân tử lớn như vậy thì việc tổng hợp theo khuôn sẽ chính xác hơn + Tiết kiệm được ezyme + Đạt hiệu quả nhanh - Sao chép theo nguyên tắc bán bảo tồn (semi-conservative) phân tử DNA mới được tổng hợp gồm một mạch cũ làm khuôn và một mạch mới tổng hợp - Quá trình tổng hợp DNA xảy ra đòi hỏi phải có “ mỗi “ (primer) - Quá trình tổng hợp xảy ra theo chiều 5 - 3. Hình 2.6 Sao chép DNA theo nguyên tắc bán bảo toàn 36 2. Thí nghiệm tổng hợp nhân tạo DNA Kornberg (1956) thực hiện phản ứng tổng hợp DNA in vitro. Trong quá trình tổng hợp ông sử dụng DNA polymerase I, 4 loại desoxynucleotid triphosphate (ATP, GTP, CTP, TTP), Mg2+ làm xúc tác. Ngoài ra còn có ít DNA làm khuôn mẫu. 3. Thí nghiệm chứng minh có sự tự nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo tồn Meselson, Stahl (1958) đã chứng minh kiểu sao chép bán bảo tồn. Nuôi E.coli nhiều thế hệ trên môi trường có nguồn nitơ đồng vị nặng N15. Như vậy tất cả DNA của vi khuẩn đều mang đồng vị nặng N15 thay cho N14 bình thường. Sau đó tế bào được chuyển sang môi trường chỉ chứa N14 nhẹ, mẫu các tế bào được lấy ra theo những khoảng thời gian đều đặn và chiết tách DNA. Bằng phương pháp ly tâm trên thang nồng độ CsCl, các loại DNA nặng, nhẹ và lai được tách ra. Hình 2.7 Thí nghiệm của Meselson và Stahl 37 Kết quả cho thấy DNA nặng ban đầu (thế hệ 0) chứa N15, sau một lần phân chia cho thế hệ I với DNA lai có tỷ trọng nằm giữa DNA nặng N15 và DNA nhẹ N14. Nói cách khác sau một lần sao chép phân tử DNA mới chứa một nữa mang N15 và một nữa N14. Ở thế hệ II một nữa số phân tử DNA là lai, nữa còn lại là DNA nhẹ N14. Thí nghiệm này khẳng định giả thuyết của Watson và Crick là đúng tức 2 mạch DNA mẹ tách ra, mỗi cái làm khuôn để tổng hợp nên mạch mới bổ sung. 4. Diễn biến sao chép DNA ở nhiễm sắc thể E.coli Quá trình sao chép DNA ở E.Coli diễn ra qua hai giai đoạn: 4.1. Giai đoạn khởi sự (initiation) Hình 2.8 Sao chép DNA ở vi khuẩn E.coli 38 + Mở xoắn: Ở E.coli quá trình bắt đầu khi một protein B đặc hiệu nhận biết điểm khởi sự sao chép (replication orgine) ori và gắn vào trình tự base đặc biệt đó. Tiếp theo enzyme gyrase (một loại topoisomerase) cắt DNA làm tháo xoắn ở 2 phía của protein B. Trong khi 2 phân tử enzyme gyrase chuyển động ngược chiều nhau so với điểm ori thì 2 phân tử của enzyme helicase tham gia tách mạch tạo chẻ ba sao chép. Helicase sử dụng năng lượng ATP làm đứt các liên kết hydro giữa 2 base bắt cặp với nhau. + Các protein làm căng mạch SSB (single-strand binding protein) gắn vào các mạch đơn DNA làm chúng tách nhau, thẳng ra và ngăn không cho chập lại hoặc xoắn để việc sao chép được dễ dàng. + Tổng hợp mồi (primer) dặc trưng cho quá trình kéo dài chuỗi là DNA polymerase chỉ hoạt động khi đã có mồi, nên trước khi tổng hợp chuỗi thì phải có qua trình tổng hợp mồi. Mồi là một đoạn khoảng 9 -10 nu, có thể là DNA hoặc ARN. 4.2. Giai đoạn nối dài (elongation) Do tính chất đối song song nên khi tách ra thành 2 mạch đơn khuôn thì một mạch có đầu 3’, mạch kia có đầu 5’ nên để đảm bảo hướng sao chép của DNA theo chiều 5’ -3’ thì sự polymer hóa dựa vào 2 mạch khuôn DNA diễn ra khác nhau. Mạch khuôn có đầu 3’ được DNA polymerase III gắn vào và tổng hợp ngay mạch bổ sung 5’-3’ hướng vào chẻ ba sao chép. Mạch khuôn này được gọi là mạch khuôn trước, còn mạch mới được tổng hợp gọi là mạch trước (leading strand). Ở mạch có đầu 5’ (mạch khuôn sau) việc tổng hợp phức tạp hơn và thực hiện từ chẻ ba sao chép hướng ra ngoài để đảm bảo đúng hướng 5’-3’. Khi mạch kép tách ra ở gần chẻ ba sao chép , enzyme primase gắn mồi (primer) ARN khoảng 10 nucleotid có trình tự bổ sung với mạch khuôn. DNA-polymerase III nối theo mồi ARN, theo hướng ngược với chẻ ba sao chép, tổng hợp các đoạn ngắn 1000-2000 nucleotid, gọi là các đoạn Okazaki (người phát hiện là Reiji Okazaki). DNA polymerase nối dài đoạn Okazaki đến khi gặp ARN mồi phía trước thì dừng lại, rồi lùi ra sau tiếp tục tổng hợp từ ARN mồi mới được tạo nên gần chẻ ba sao chép. Tiếp theo DNA- 39 polymerase I nhờ hoạt tính exonuclease 5’-3’ cắt bỏ mồi ARN, lắp các nucleotid của DNA vào chỗ trống và thực hiện polymer hóa hướng 5’-3’. Đoạn DNA ngắn 10 nucleotid này còn hở 2 đầu, chỗ hở được nối nhờ enzyme ligase của DNA mạch được tổng hợp từ chẻ ba sao chép hướng ra ngoài được tổng hợp chậm hơn nên gọi là mạch sau (lagging strand). Quá trình sao chép DNA ở E.coli diễn ra với tốc độ rất nhanh, có thể đạt đến 50.000 nucleotid/phút. III. Sao chép DNA trong tế bào 1. Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote Để theo dõi sao chép DNA đồng vị phóng xạ Thymidin (tiền chất đặc hiệu cho DNA) được sử dụng. Quá trình sao chép xuất phát từ một điểm ori (điểm xuất phát sao chép) và triển khai ra cả 2 phía. Khi DNA vòng tròn đang sao chép, quan sát thấy dạng DNA hình con mắt. Chẻ ba sao chép lan dần cuối cùng tạo ra 2 phân tử DNA lai: một mạch có mang dấu phóng xạ (thymidin-H3). Có trường hợp sao chép chỉ xảy ra về một phía. E.coli chỉ có một điểm xuất phát sao chép ori nên cả phân tử DNA thành một đơn vị sao chép thống nhất được gọi là replicon. Bộ gen của sinh vật tiền nhân thường chỉ có một replicon. Hình 2.9 Sao chép DNA từ một điểm về 2 phía và về một phía 40 2. Sao chép nhiễm sắc thể ở tế bào eukaryote Tế bào nhân thực có số lượng DNA lớn hơn nhiều so với tế bào tiền nhân, tạo nên nhiều nhiễm sắc thể mà mỗi cái gồm một sợi DNA thẳng kết hợp với protein. Do đó sao chép DNA của tế bào nhân thực phức tạp hơn và tốc độ chậm hơn (khoảng 50 nucleotid/giây). Hình 2.10 Sao chép của nhiều replicon 41 Điểm khác căn bản là DNA của tế bào nhân thực có nhiều replicon Ví dụ: Saccharomyces cerevisiae có tới 500 replicon, tức có 500 điểm xuất phát sao chép. Quá trình sao chép cũng bắt đầu từ ori rồi lan về 2 phía. Tế bào có cơ chế kiểm soát nghiêm ngặt quá trình sao chép, điểm ori nào đã sao chép qua một lần rồi thì không lặp lại trước khi toàn bộ DNA được sao chép hoàn toàn. Ở các eukaryote có 5 loại DNA polymerase được ký hiệu là pol α, pol β, pol γ, pol δ, pol ε. Các loại DNA polymerase này không đồng nhất về phân tử lượng và một số đặc tính hóa học. Pol γ phân bố trong ty thể và tham gia tái bản DNA ở ty thể, các DNA polymerase còn lại ở trong nhân. Trong nhân, DNA polymerase δ và DNA polymerase ε là 2 enzyme chính tham gia tổng hợp trên sợi khuôn dẫn đầu và sợi chậm. Pol β và tiểu đơn vị bé của pol δ có hoạt tính đọc sửa. Câu hỏi ôn tập 1. Hãy trình bày thí nghiệm chứng minh sao chép DNA theo nguyên tắc bán bảo toàn 2. Sao chép DNA trên 2 mạch khuôn xảy ra như thế nào? 3. Các cơ chế nào đã đảm bảo sự ổn định rất cao của thông tin di truyền 4. Hãy nêu các nhân tố tham gia vào sao chép DNA. 5. Trình bày diễn biến sao chép DNA ở nhiễm sắc thể E.coli 6. Mục đích của cơ chế sao chép từ một phân tử DNA cho ra nhiều bản sao Tài liệu tham khảo Phạm Thành Hổ (2000). Di truyền học. NXB Giáo Dục. Nguyễn Bá lộc (2004). Acid nucleic và sinh tổng hợp protein. Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế. Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1998). Cơ sở di truyền học. NXB Giáo Dục. Hoàng Trọng Phán (1995). Di truyền học phân tử. Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế. 42 Anthony J. F. Griffiths, Susan R. Wessler, Richard C. Lewontin, William M. Gelbart, David T. Suzuki, Jeffrey H. Miller. 2004. An introduction to genetics analysis. W.H. Freeman Publishers. Harlt D.L., Jones E.W. (1998). Genetics - Principle and analysis. Jone and Bartlett Publshers. Toronto, Canada. Stansfield W.D. 1991. Schaum’s outline of theory and problems of genetics. McGraw-Hill, Inc., New York. 43 Chương 3 Cơ sở tế bào học của tính di truyền Mục tiêu của chương Giới thiệu các cấu trúc trong tế bào có khả năng tự tái sinh, chu trình tế bào, các hình thức phân bào, các phương thức sinh sản. Số tiết: 3 Nội dung I. Các cấu trúc tế bào và khả năng tự tái sinh Tế bào của những sinh vật ở mức tiến hóa thấp như vi khuẩn, vi khuẩn lam chưa có nhân hoàn chỉnh nên gọi là tế bào tiền nhân và những sinh vật này gọi là những sinh vật tiền nhân (Prokaryote). Các tế bào có nhân hình thành rõ ràng được gọi là tế bào nhân thực, có ở các sinh vật nhân thực (Eukaryote). Sự khác nhau giữa tế bào Prokaryote và Eukaryote lớn hơn sự khác nhau giữa tế bào động vật và thực vật. Các tế bào Prokaryote không có phần lớn các bào quan và màng nhân, có vùng tương tự nhân gọi là nucleoid. Ngoài ra bộ gen gồm DNA không kèm histon. Điểm nổi bậc để phân biệt tế bào Eukaryote là có nhân (nucleus) điển hình với màng nhân bao quanh. Bên trong tế bào có hệ thống màng phức tạp và các bào quan như lưới nội sinh chất, bộ golgi, lysosome, ty thể, lục lạp. Nhiễm sắc thể của Eukaryote thẳng, phức tạp được cấu tạo từ DNA và protein. 1. Các cấu trúc có khả năng tự tái sinh Các tế bào Prokaryote có vùng nhân chứa DNA được tái tạo và phân đều về các tế bào con khi sinh sản. Các tế bào Eukaryote có nhiều bào quan nhưng chỉ có nhân, ty thể, lục lạp có chứa DNA và nhờ khả năng tự tái sinh nên tham gia vào các cơ chế di truyền. 44 Nhân chứa thông tin di truyền giữ vai trò chủ yếu trong sinh sản, chiếm khoảng 10% thể tích và hầu như toàn bộ DNA của tế bào (95%). Nó được giới hạn bởi màng nhân do 2 lớp màng xếp đồng tâm, bên trong có 2 cấu trúc chủ yếu là hạch nhân (nucleolus) như một nhân nhỏ trong nhân và chất nhiễm sắc (chromatin) là dạng tháo xoắn của nhiễm sắc thể (chromosome). Sự phân chia đều NST về các tế bào con đảm bảo sự chia đều thông tin di truyền cho thế hệ sau. 2. Nhiễm sắc thể 2.1. Hình thái NST Hình 3.1. Nhiễm sắc thể với vùng tâm động Khi nhuộm tế bào đang phân chia bằng một số màu base, có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi thường các cấu trúc hình que nhuộm màu đậm, nên được gọi là NST (chromosome). Mỗi NST có hình dạng đặc trưng, rõ nhất ở kỳ giữa của nguyên phân. Tâm động là điểm thắt eo chia NST thành 2 vai với chiều dài khác nhau, vai ngắn hơn là vai p và vai dài hơn là vai q. Dựa vào vị trí của tâm động có thể phân biệt hình thái các NST: - Tâm giữa (metacentric): 2 vai bằng nhau - Tâm đầu (acrocentric): 2 vai không bằng nhau - Tâm mút (telocentric): tâm động nằm gần cuối 45 Ở các tế bào sinh dưỡng (soma), mỗi NST có một cặp giống nhau về hình thái, được gọi là các NST tương đồng (homologous). Bộ NST có cặp gọi là lưỡng bội và khi mỗi NST chỉ có một chiếc gọi là đơn bội. Hình 3.2 Sơ đồ các kiểu nhiễm sắc thể ở kì giữa và kì sau 2.2. Kiểu nhân và nhiễm sắc đồ: Tất cả các tế bào của một loài nói chung có số lượng NST đặc trưng cho loài đó. Mỗi loại NST có hình dáng đặc trưng. Sự mô tả hình thái của NST gọi là kiểu nhân (Karyotype). Kiểu nhân có thể biểu hiện ở dạng nhiễm sắc đồ (Idiogram) khi các NST được xếp theo thứ tự bắt đầu từ dài nhất đến ngắn nhất. 46 Sau này kỹ thuật nhuộm màu (màu giemsa hay quinacrin) hoàn chỉnh làm rõ hơn các vệt đặc trưng, hình thái của mỗi NST được xác định chi tiết hơn. Dựa vào nhiễm sắc đồ nhuộm màu, có thể tìm thấy các đoạn tương đồng trên các NST cùng loại của các loài có họ hàng gần nhau. Ví dụ so sánh nhiễm sắc đồ của người và vượn cho thấy có mối quan hệ họ hàng rất gần và NST thứ hai của người do sự nối lại của 2 NST khác nhau ở vượn người. Hình 3.3 Cặp nhiễm sắc thể tương đồng 2.3. Chất nhiễm sắc Vào những năm 1930, khi quan sát bằng kính hiển vi quang học ở gian kỳ nhận thấy trên NST có vùng nhuộm màu đậm được gọi là chất dị nhiễm sắc (heterochromatin) phân biệt với phần còn lại nhuộm màu nhạt là chất nguyên nhiễm sắc (euchromatin). Chất nguyên nhiễm sắc là chất nhiễm sắc ở trạng thái dãn xoắn, còn chất dị nhiễm sắc là chất nhiễm sắc biểu hiện dạng cuộn xoắn cao. DNA chất nguyên nhiễm sắc ở trạng thái hoạt động, còn ở chất dị nhiễm sắc thì DNA không phiên mã được và thường sao chép muộn hơn. 47 Hình 3.4 Sự phân hóa các phần trên nhiễm sắc thể 3. Các nhiễm sắc thể đặc biệt Bằng các kỹ thuật tế bào học hiện đại, căn cứ các mặt chức năng, cấu trúc, hình thái và đặc thù trong hoạt động, người ta đã phân biệt các loại NST khác nhau: - Nhiễm sắc thể thường (NST A: autosome): giống nhau ở cả 2 giới đực, cái. - Nhiễm sắc thể giới tính (sex chromosome) khác nhau giữa giới đực và cái - Nhiễm sắc thể B (nhiễm sắc thể phụ): được phát hiện ở một số loài thực vật như ngô, mạch đen ngoài các NST A bình thường. Các NST B ít gặp hơn trong các giống đã được chọn lọc của các loài nói trên Ở ngô có 20 NST A, ở một số cây còn có thêm NST B với số lượng biến động từ 1-20 hoặc nhiều hơn. Những cây có NST B thì yếu hơn và kém hữu thụ hơn các cây khác. Ở mạch đen, những cây có hơn 9 NST B thường không có khả năng sống. NST B có hiệu quả di truyền rất thấp. NST B cũng có nhiều ở sâu bọ, giun dẹp nhưng bé và không có hiệu quả di truyền rõ rệt. - NST khổng lồ (polytene chromosome): có trong một số cơ quan, tế bào tuyến nước bọt, tuyến Manpighi, màng ruột một số côn trùng bộ 2 cánh (Diptera): Drosophilidae, Chironomidae. 48 Năm 1981, E. Balbiani phát hiện NST khổng lồ ở tuyến nước bọt ấu trùng Chironomus, chúng có số lượng sợi nhiễm sắc nhiều gấp hàng ngàn lần so với NST thường, có thể chứa tới 1500-1600 sợi nhiễm sắc. Nguyên nhân của hiện tượng này là do cơ chế nội nguyên phân (endomitosis). NST tự nhân đôi bình thường, nhưng không phân ly, nhân tế bào không phân chia, tạo NST có dạng chùm nhiều sợi, bề ngang của NST tăng lên. Chiều dài của NST khổng lồ có thể tới 250-300 µm (gấp 100-200 lần NST thường) do các NST thể này không đóng xoắn. Dọc theo chiều dài của NST khổng lồphân hóa thành những khoanh bắt màu xẫm, nhạt không đồng nhất như các đĩa sáng, tối xen nhau. Người ta cho rằng các đĩa xẫm màu là nơi tích lũy nhiều DNA, được tạo ra do độ xoắn định khu dày đặc hoặc do tập trung nhiều hạt nhiễm sắc. Hinh 3.5. Nhiêm săc thê không lô cua ruôi giâm Ở ruồi giấm, NST khổng lồ ở tuyến nước bọt được hình thành do DNA tự nhân đôi 10 lần, tạo ra 210 = 1024 sợi dính liền nhau suốt dọc theo chiều dài. - NST chổi đèn (lambrush chromosome): NST này có thể dài đến 800µm, có ở tiền kì của giảm phân trong tế bào trứng của động vật có xương sống nhất là ở giai đoạn Diplotene của trứng có nhiều noãn hoàng (trứng gà, chim hoặc bò sát). 49 Hinh 3.6 Nhiêm săc thê không lô ruôi giâm (a) Nhiêm săc thê không lô cua ruôi giâm tao tâm săc (chromocenter) (b) Bô nhiêm săc thê cơ ban trong tê bao đang phân chia vơi cac nhanh đươc biêu hiên băng cac mau khac nhau (c) Anh chup nhiêm săc thê không lô Hinh 3.7 Nhiêm săc thê chôi đen 50 a. c. b. Đặc điểm của NST kiểu chổi đèn là từ trục của NST có nhiều vòng DNA, cạnh các vòng DNA này là những loại ARN được tổng hợp từ các vòng DNA mở xoắn. II. Chu trình tế bào và phân bào ở Eukaryote 1. Chu trình tế bào Hình 3.8 Chu trình tế bào Các tế bào của sinh vật Eukaryote trải qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau và kết thúc bằng sự phân chia tạo ra tế bào mới. Toàn bộ quá trình từ tế bào đến tế bào thế hệ kế tiếp được gọi là chu trình tế bào, gồm 4 giai 51 đoạn: M, G1, S và G2. Sự phân chia tế bào chỉ chiếm một phần của chu trình tế bào - M (Mitose) là giai đoạn nguyên phân - Giai đoạn G1 (Gap): kéo dài từ sau khi tế bào phân chia đến bắt đầu sao chép vật chất di truyền. Sự tích lũy vật chất nội bào đến một lúc nào đó đạt điểm tới hạn thì tế bào bắt đầu tổng hợp DNA - S (Synthesis) là giai đoạn tổng hợp DNA. Cuối giai đoạn này số lượng DNA tăng gấp đôi - G2 là giai đoạn được nối tiếp sau S đến bắt đầu phân chia tế bào. Khoảng thời gian gồm G1, S và G2 tế bào không phân chia và được gọi chung là gián kỳ hay kỳ trung gian (interphase). Trong kỳ này tế bào thực hiện các hoạt động sống chủ yếu khác và sao chép bộ máy di truyền. 2. Nguyên phân (Mitosis) Sự phân bào ở sinh vật nhân thực gồm 2 quá trình: chia nhân (mitosis) và chia tế bào chất (cytokinesis) Nguyên phân được chia thành 4 kì: a. Kì trước (Prophase) Các trung thể (centriole) chuyển động về 2 cực của nhân, các NST co lại thành sợi. Mỗi NST gồm 2 sợi chromatid gắn nhau nhờ tâm động (centromere). Các sợi vô sắc tỏa ra từ tâm động và trung thể. Màng nhân và hạch nhân biến mất dần. Các tế bào thực vật khác với tế bào động vật là không có trung thể và thoi vô sắc. b. Kì giữa (Metaphase) Tâm động của mỗi NST đôi gắn với thoi vô sắc và xếp ở mặt phẳng xích đạo của tế bào. Kỳ giữa chấm dứt khi mỗi tâm động của mỗi chromatid chị em bắt đầu tách ra. Như vậy tâm động là điểm chia cuối cùng của NST. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhờ đó chất di truyền được chia đều và đồng bộ cho các tế bào con. c. Kì sau (Anaphase) Hai NST đơn tách nhau, mỗi cái chuyển động về một cực tế bào. Các sợi vô sắc co ngắn lại kéo các NST. Sự phân chia tế bào chất thường bắt đầu ở kì này. 52 d. Kì cuối (Telophase) Các NST di chuyển về các cực, màng nhân và hạch nhân lại hình thành, sự chia tế bào chất thực hiện xong, các NST dãn ra và mãnh dần. Sự phân chia tế bào chất: thường kèm theo ngay sau giảm phân. Ở tế bào động vật sự chia tế bào chất bắt đầu bằng nếp nhăn phân cách (cleavage furrow) bao vòng tế bào và mọc sâu dẫn đến chia tế bào thành hai. Ở tế bào thực vật, phiến tế bào (cell plate) hình thành ở trung tâm tế bào chất và lan rộng dần đến cắt tế bào thành hai. Nguyên phân tạo ra 2 tế bào con có số lượng và chất lượng NST như tế bào mẹ. Hình 3.9 Phân bào nguyên nhiễm 3. Giảm phân (meiosis): là quá trình phân bào chuyên biệt trong đó số lượng NST giảm một nữa nhưng đủ bộ, xảy ra ở tế bào sinh dục. Giảm phân trải qua 2 lần phân chia nối tiếp nhau: 53 Hình 3.10 Phân bào giảm nhiễm Giảm nhiễm I: a. Kì trước I (Prophase I) Các sự kiện xảy ra giống kì trước của nguyên phân chỉ khác căn bản ở chỗ các NST tương đồng cùng chuyển động với nhau và nằm kề sóng đôi 54 nhau trong quá trình bứt cặp hay tiếp hợp (synapsis). Các sợi nhiễm sắc chi em được gắn nhẹ nhau nhờ một cặp protein trục (protein axe). Các protein trục của 2 NST tương đồng nối nhau bởi cầu protein để tạo nên phức hợp bắt cặp (synaptonemal complex). Cặp NST tương đồng lúc này tạo thành đôi gọi là lưỡng trị (bivalent). Các NST sau khi tiếp hợp xong bắt đầu tách ra, có thể quan sát thấy các đoạn đan chéo nhau gọi là hình chéo (chiasma). Các hình chéo giữa các chromatid có thể xảy ra trao đổi chéo dính nhau. Hình 3.11 Các quá trình xảy ra trong kỳ đầu I phân bào giảm nhiễm b. Kì giữa I (Metaphase I) Hai NST của một cặp tương đồng gắn với cùng một sợi của thoi vô sắc trên mặt phẳng xích đạo của tế bào. Các tâm động không tách ra. c. Kì sau I (Anaphase I) Hai NST của mỗi cặp tiếp hợp chuyển động về 2 cực đối nhau. d. Kì cuối I (telophase I) 55 Hai nhân mới được hình thành, mỗi cái với nữa bộ NST (n) có ở tế bào mẹ. Các nhân con có số lượng NST bằng nhau nhưng kiểu gen không tương tự nhau. Tiếp theo là thời kì gián kì rất ngắn, trong kì này không xảy ra sao chép vật chất di truyền. Giảm nhiễm II: e. Kì trước II (Prophase II): Các NST co lại f. Kì giữa II (Prophase II): Các NST xếp trên mặt phẳng xích đạo, thường các chromatid đã tách nhau một phần g. Kì sau II (Anaphase II): Các tâm động phân chia, các chromatid đẩy nhau về các cực. h. Kì cuối II (Telophase II): 4 tế bào đơn bội chứa các NST đơn được tạo thành. Như vậy giảm nhiễm I tạo 2 tế bào đơn bội chứa NST đôi, mỗi tế bào đó lại chia lần nữa trong giảm nhiễm II để tạo ra 4 tế bào đơn bội chứa các NST đơn. - Phân bào giảm phân có ý nghĩa rất quan trọng + Đảm bảo số lượng NST trong sinh sản hữu tính không thay đổi. + Đảm bảo cho sự tạo thành của các tế bào sinh dục khác nhau. +Tạo NST có thành phần mới do tái tổ hợp giữa các NST bố mẹ. So sánh nguyên phân và giảm phân Giống nhau - Sao chép DNA trước khi vào phân bào - Đều phân thành 4 kỳ - Sự phân đều mỗi loại NST về các tế bào con - Màng nhân và nhân con biến mất cho đến gần cuối - Hình thành thoi vô sắc 56 Khác nhau So sánh các đặc tính chủ yếu của nguyên phân và giảm phân Nguyên phân (Mitose) Giảm phân (Meiose) 1. Xảy ra ở tế bào soma 2. Một lần phân bào: 2 tế bào con 3. Số NST giữ nguyên: 1 tế bào 2n  2 tế bào 2n 4. Một lần sao chép DNA , một lần chia 5. Thường các NST tương đồng không bắt cặp 6. Thường không có trao đổi chéo 7. Tâm động chia ở kỳ sau 8. Duy trì sự giống nhau: tế bào con có kiểu gen giống kiểu gen tế bào mẹ 9. Tế bào chia nguyên phân có thể là lưỡng bội (2n) hay đơn bội (n) 1. Xảy ra ở tế bào sinh dục 2. Hai lần phân chia tạo 4 tế bào con 3. Số NST giảm đi một nữa: 1 tế bào 2n  4 tế bào n 4. Một lần sao chép DNA , 2 lần chia 5. Các NST tương đồng bắt cặp ở kỳ trước I 6. nhất 1 trao đổi chéo cho 1 cặp tương đồng 7. Tâm động không chia ở kỳ sau I mà chia ở kỳ sau II 8. Tạo sự đa dạng trong các sản phẩm của giảm phân 9. Giảm phân luôn luôn xảy ra ở tế bào lưỡng bội (2n) hoặc đa bội (>2n) Sự khác nhau thể hiện ở nhiều chi tiết. Đáng lưu ý là trong kỳ trước I của giảm phân, các NST tương đồng bắt cặp rồi sau đó đẩy nhau ra đi về các cực. Nhờ đó mỗi tế bào con trong giảm phân chỉ nhân 1 NST của cặp tương đồng. Sự kiên này tương đương với việc tâm động giữa 2 chromatid chị em cùng đi với nhau trong nguyên phân và khi tâm động chia thì mỗi tế bào con chỉ nhận 1 chromatid. Cơ chế thực hiện tuy có khác nhau nhưng giống nhau ở chỗ chia đều một cách đồng bộ các NST về các tế bào con. 57 Hình 3.12 So sánh nguyên phân và giảm phân Sự biến đổi trong quá trình phân bào 58 - Hình thành NST khổng lồ: vào kì trước, sau khi DNA tự nhân đôi, hình thành các nhiễm sắc tử, nhưng sau đó chúng không tách rời nhau. - Nội nguyên phân: ở tiền kì, màng nhân không tiêu biến, quá trình phân chia sẽ xảy ra ở bên trong màng nhân. Kết quả tạo ra nhân mới có bộ NST tăng gấp đôi. - Hình thành thể đa bội: Sau khi NST tự nhân đôi, màng nhân tiêu biến nhưng thoi vô sắc không xuất hiện, tạo ra những tế bào có số lượng NST tăng gấp bội. - Tế bào 2 nhân: sau khi phân chia nhân, tế bào chất không phân chia hình thành tế bào mới có hai nhân. Trong giảm phân cũng xảy ra những biến đổi: do sự tiếp hợp và phân ly không bình thường của các NST, có thể làm phát sinh các giao tử thừa hoặc thiếu NST. Có trường hợp thoi vô sắc không xuất hiện, sẽ tạo thành các giao tử không giảm nhiễm. III. Các kiểu sinh sản 1.Sinh sản vô tính Sinh sản vô tính là kiểu sinh sản từ một tế bào hoặc một nhóm tế bào mẹ chỉ qua nguyên phân để tạo ra các cơ thể con. Kiểu sinh sản này giữ nguyên các đặc tính di truyền của cá thể mẹ ban đầu ở cơ thể con. Nguyên phân là cơ sở của sự tăng trưởng ở các sinh vật đa bào và sinh sản vô tính ở các sinh vật nói chung. Sinh sản vô tính có ở cả sinh vật đơn bội và lưỡng bội, là cơ chế ổn định bộ gen qua nhiều thế hệ. Sự tăng số lượng tế bào của sinh vật đa bào nhờ nguyên phân. Ở người hợp tử sau nhiều lần nguyên phân hình thành nên cơ thể gồm nhiều tỉ tế bào. Nhờ đó, trừ tế bào sinh dục các tế bào của cơ thể đều có bộ NST như nhau, tương ứng có lượng thông tin di truyền giống nhau. Sinh sản vô tính được ứng dụng rộng rãi trong nhân giống và nuôi cấy mô tế bào thực vật và động vật. 2. Sinh sản hữu tính Sinh sản hữu tính là kiểu sinh sản trong đó có sự kết hợp các tế bào sinh dục của 2 cá thể khác nhau. Sinh sản hữu tính tạo sự đa dạng di truyền 59 làm nguồn nguyên liệu cho tiến hóa. Một trong những xu hướng tiến hóa của sinh giới là sinh sản hữu tính. Sự đa dạng của các kiểu sinh sản hữu tính thể hiện một phần ở các kiểu xác định giới tính. Sự tiến hóa tạo ra nhiều cơ chế để duy trì sự đa dạng. * Hướng tiến hóa trong sinh sản hữu tính Theo sự phân hóa tế bào, có 3 hướng tiến hóa: + Hình thái các giao tử: theo hình thái giao tử, sinh vật tiến hóa từ chỗ giao tử đực và giao tử cái đều có hình thái và chức năng giống nhau (đẳng giao) đến chỗ khác nhau: giao tử đực nhỏ có khả năng di động, giao tử cái lớn chứa các chất dinh dưỡng (dị giao và noãn giao) + Theo sự phân hóa của các tế bào trong cơ thể: từ chỗ tế bào nào trong cơ thể cũng có khả năng làm nhiệm vụ sinh sản đến chỗ phân hóa thành tế bào sinh sục và tế bào sinh dưỡng. + Phân hóa giới tính: ở đa số thực vật và động vật bậc thấp, cơ quan sinh dục đực, cái ở ngay trên một cơ thể, gọi là sinh vật lưỡng tính. Ở một số thực vật và động vật bậc cao, mỗi cơ thể chỉ mang một cơ quan sinh dục (hoặc đực hoặc cái) gọi là sinh vật đơn tính. Theo hình thức thụ tinh Ở các động vật bậc thấp đặc biệt là động vật thủy sinh, tinh trùng được thụ tinh với trứng ở ngoài môi trường nên hiệu quả thụ tinh thấp. Hình thức thụ tinh này được gọi là thụ tinh ngoài. Ví dụ: ruột túi, cá ... chúng phóng tinh vào nước để thụ tinh, lưỡng cư (ếch nhái) con đực rưới tinh trùng lên trứng của con cái. Hình thức thụ tinh cao hơn là thụ tinh trong. Phần lớn cấc loài ở cạn, con đực đưa tinh trùng vào ống sinh dục cái nhờ cơ quan giao cấu, nhờ vậy hiệu suất thụ tinh cao hơn. Theo hình thức bảo vệ trứng Các loài động vật bậc thấp đẻ trứng ở nước và ít có khả năng bảo vệ trứng như cá, lưỡng cư. Các loài bò sát như rắn đẻ trứng có vỏ để bảo vệ bào thai. Các loài chim có bản năng bảo vệ trứng tốt hơn, làm tổ, đẻ trứng, ấp trứng và chăm sóc chim non. Các loài có vú, trứng không đẻ ra ngoài, bào thai phát triển trong tử cung mẹ, phôi thai được bảo vệ chu đáo chống những tác hại của ngoại cảnh, sau khi đẻ, con được mẹ cho bú tới khi có khả năng tự kiếm ăn. 60 3. Các hình thức sinh sản đặc biệt - Lưỡng tính sinh Phần lớn các loài thực vật và những động vật lưỡng tính, trên một cơ thể có cả cơ quan sinh dục đực và cơ quan sinh dục cái. Quá trình thụ tinh, thụ phấn có thể là tự thụ tinh, tự thụ phấn hay thụ tinh, thụ phấn chéo. Ví dụ sán dây, trong ruột người bị mắc sán dây chỉ có một con sán. Cơ thể sán dây có nhiều đốt, mỗi đốt có cả cơ quan sinh dục đực và cơ quan sinh dục cái. Các đốt ở gần đầu, cơ quan sinh dục đực phát triển mạnh, các đốt ở cuối cơ quan sinh dục cái phát triển mạnh. Khi thụ tinh, các đốt ở gần đầu áp vào các đốt ở gần cuối cơ thể để thụ tinh cho các đốt đó nhờ cơ quan giao cấu. Đa số động vật lưỡng tính không tự thụ tinh được mà hai cá thể khác nhau giao hợp chéo cho nhau như ở sán lá, giun đất. Đa số các loài thực vật là các loài lưỡng tính. Các loài lưỡng tính này thường thụ phấn chéo nhưng cũng có một số loài có cấu tạo thích nghi với tự thụ phấn. - Đơn tính sinh Đơn tính sinh (còn gọi là trinh sản) là hình thức sinh sản trong đó trứng không thụ tinh vẫn phát triển thành cơ thể sinh vật. Đơn tính sinh khác với sinh sản vô tính vì trứng ở đây vẫn được hình thành từ quá trình giảm phân của tế bào sinh dục. Về mặt di truyền, người ta phân ra 2 loại đơn tính sinh: là đơn tính sinh đơn bội trong đó cơ thể đơn tính sinh trưởng thành giữ nguyên bộ NST 1n ở trứng không thụ tinh; loại đơn tính sinh lưỡng bội cơ sự tạo bộ NST 2n nhưng bộ gen này đều lấy từ một nguồn từ mẹ (các gen thường đồng hợp tử). Liên quan đến giới tính, phân biệt 3 loại đơn tính sinh: + Đơn tính sinh nam Kiểu đơn tính sinh này gặp ở nhiều loài ong nên còn gọi là đơn tính sinh kiểu ong + Đơn tính sinh nữ Ở nhiều vùng, một số loài động vật chỉ có con cái không có con đực như một số loài ốc, tôm, cua ... chúng vẫn đẻ trứng và nở toàn cá thể cái. Có nhiều cơ chế để tạo tế bào 2n của cơ thể mới trong đơn tính sinh: 61 Tế bào sinh dục cái khi giảm phân tế bào chất không phân chia tạo tế bào 2n NST, nở ra cơ thể cái. Tế bào sinh dục cái giảm phân bính thường nhưng thể cực II lại hòa hợp với noãn bào tạo tế bào 2n NST, nở ra cơ thể cái. + Đơn tính sinh chu kỳ Nhiều loài sinh vật có mùa sinh sản hữu tính, có mùa sinh sản vô tính. Ví dụ: luân trùng Rotatoria về mùa xuân, từ những trứng nằm suốt mùa đông sẽ nở ra những con cái sinh sản đơn tính sinh nữ, trứng không thụ tinh của nó sẽ nở ra con cái. Về sau, đến thời kỳ sinh sản hữu tính, một thế hệ sẽ thay đổi lối sinh sản đẻ trứng nhỏ hơn, nở ra con đực (đơn tính sinh nam), con đực sẽ giao phối với những con cái thế hệ mẹ. Những con cái đó sẽ đẻ ra những trứng thụ tinh có khả năng sống qua mùa đông, trứng có 2n NST, đến mùa xuân sẽ nở ra con cái tiếp tục sinh sản đơn tính sinh như trên. + Đơn tính sinh nhân tạo Trứng của các loài không sinh sản đơn tính có thể dùng phương pháp nhân tạo để cho trứng phát triển mà không cần thụ tinh. Trứng ếch có thể kích thích bằng châm kim, trứng của cầu gai có thể kích thích bằng cách lắc hoặc bằng chất hóa học như thay đổi độ đậm muối của nước. Các loài sinh sản đơn tính nhân tạo thường yếu, nhỏ hơn bình thường và không phát triển đầy đủ. + Đơn tính sinh ở người Ở người đã gặp trường hợp trứng không thụ tinh mà phân chia thành 50 phôi bào. Buồng trứng có thể có các u nang, bên trong chứa một số bộ phận của cơ thể phát triển không đầy đủ và sắp xếp lộn xộn như tóc, răng, tay, mắt, chân ... những u này gọi là u quái. Người ta cho rằng nang đó sinh ra bởi sự phát triển bất thường của trứng không thụ tinh. - Mẫu sinh: Mẫu sinh là hiện tượng sinh sản dựa trên sự phát triển của trứng được thụ tinh nhưng sau đó nhân tinh trùng bị mất hoạt tính và bị loại bỏ, chỉ có nhân của trứng tham gia vào quá trình phát triển tạo cơ thể mới. Hiện tượng này gặp ở một số loài cá, ví dụ cá diếc bạc mẫu sinh tự nhiên tạo các cá diếc bạc cái. Để sinh sản cá diếc bạc cái phải giao phối với cá chép đực hoặc cá diếc 62 vàng đực hoặc ...gọi là tính trạng trội (dominant) và gen quy định nó được kí hiệu bằng chữ A, tính trạng hạt lục gọi là lặn (recessive) và gen quy định nó được kí hiệu bằng chữ a. Để dễ dàng theo dõi F2, nhà di truyền học người Anh R.C Punnett đưa ra khung kẻ ô được gọi là khung Punnett đến nay vẫn được sử dụng. 69 2. Giải thích của Mendel: Ông cho rằng mỗi tính trạng do một cặp nhân tố kiểm tra và mỗi cá thể có 2 nhân tố đó: một nhận từ cha và một nhận từ mẹ. Mendel dùng khái niệm nhân tố di truyền để chỉ các nhân tố này, giao tử chỉ chứa một nhân tố và con lai sẽ tạo ra 2 loại giao tử. Để chứng minh điều này, ông đem lai phân tích (Test cross) F1 F1 : Aa x aa  1Aa : 1aa Hiện nay gen được hiểu là nhân tố di truyền xác định các tính trạng của sinh vật như hình dạng, màu sắc... Khái niệm alelle được nêu ra để chỉ các trạng thái khác nhau của một gen. Các thể có 2 alelle giống nhau như AA và aa được gọi là đồng hợp tử (homozygote), còn cá thể mang hai alelle khác nhau gọi là dị hợp tử (heterozygote). - Kiểu gen: tập hợp các nhân tố di truyền của cơ thể - Kiểu hình: biểu hiện ra bên ngoài của tính trạng, nó là kết quả của sự tương tác giữa kiểu gen với môi trường bên ngoài. 3.Tính trội không hoàn toàn và sự di truyền tương đương. Ở cây hoa mom cho, khi lai cây co hoa đo vơi cây co hoa trăng co kết quả: P: hoa đỏ x hoa trắng AA aa F1: Aa (hoa hồng) F2: 1 AA : 2Aa : 1 aa 1 đỏ : 2 hồng : 1 trắng Ở trường hợp đồng trội, con lai F1 biểu hiện các tính trạng giống cả bố và mẹ. Trong trường hợp này tính trội không hoàn toàn và tỉ lệ phân ly kiểu gen bằng tỉ lệ phân ly kiểu hình. Phép lai giữa hạt đậu lăng có vết khoang thuần chủng với hạt có nhiều đốm thuần chủng sinh ra con lai dị hợp tử có cả các đốm và vết khoang. Bởi vì mỗi kiểu gen đều tự nó biểu hiện ra kiểu hình, tỷ lệ ở F2 là 1:2:1. 70 Hinh 4.5 Sơ đồ phép lai một tinh với tinh trội không hoan toan ơ hoa mom cho Hinh 4.6 Sơ đồ phép lai một tinh với tinh trội không hoan toan ơ vo hat đâu lăng 71 Sự di truyền tương đương: khi 2 alelle có giá trị như nhau. Ở nhóm máu ABO của người, IA và IB đều có biểu hiện như nhau. Hinh 4.4 Các allele nhom máu IA và IB là đồng trội bởi vì tế bào hồng cầu chứa dị hợp tử IAIB chứa cả 2 dạng đường trên bề mặt của chúng 4. Cơ sở tế bào học Theo dõi sự truyền đạt alelle qua các thế hệ NST trong phân bào giảm nhiễm rồi các giao tử được thụ tinh thấy có sự trùng hợp. 5. Thí nghiệm chứng minh trực tiếp sự phân ly ở mức giao tử Kết quả lai phân tích cho tỉ lệ 1:1 chứng tỏ có sự phân li khi tạo thành giao tử. Những kết quả này gián tiếp vì ta chỉ quan sát kết quả ở cá thể lưỡng bội. Để chứng minh trực tiếp sự phân li khi tạo thành giao tử, cho lai bắp tẻ với bắp nếp rồi xem tỷ lệ phân li ở phấn hoa. Gen Wx (quy định bắp tẻ) tạo tinh bột sẽ cho màu xanh khi phản ứng với iod, còn gen wx (bắp nếp) cho màu hồng nâu. Lấy phấn hoa của cây lai 72 Wxwx thử iod và quan sát dưới kính hiển vi thấy tỷ lệ hạt nhân xanh và hồng nâu là 1:1. Kết quả này chứng tỏ các quy luật của Mendel có cơ sở khoa học là sự phân li khi tạo thành giao tử. 6. Quy luật thứ nhất (quy luật giao tử thuần khiết): trong cơ thể các gen tồn tại theo từng đôi, khi tạo thành giao tử từng đôi gen phân li nhau và mỗi gen đi vào một giao tử. Sau khi 2 giao tử phối hợp nhau các gen tương ứng lại hợp thành từng đôi trong hợp tử. Quy luật này áp dụng cho các sinh vật lưỡng bội (2n NST). Đối với các sinh vật đơn bội thì tỷ lệ phân li giống như lai phân tích. III. Lai hai tính và nhiều tính 1. Lai hai tính - Quy luật phân ly độc lập và tổ hợp tự do Lai 2 tính là lai với 2 cặp tính trạng Thí nghiệm : P: hạt vàng trơn x hạt lục nhăn AABB aabb F1: vàng trơn AaBb F1 x F1: vàng trơn × vàng trơn AaBb AaBb F2: 4AaBb : 2 AaBB : 2Aabb : 2 AABb: 2aaBb : 1AABB : 1 Aabb: 1aaBB: 1aabb ( 9 kiểu gen) Kiểu hình: 9A -B- : 3A-bb : 3aaB- : 1aabb 9 vàng trơn : 3 vàng nhăn : 3 lục trơn : 1 lục nhăn Xét tỉ lệ: vàng / lục = 12 /4 =3/1 trơn / nhăn = 12/ 4 =3/1 Kết quả thí nghiệm cho thấy thế hệ F1 cũng đồng nhất và biểu hiện các tính trạng trội vàng trơn. Sang F2 tỉ lệ phân li kiểu hình là: 9 vàng trơn : 3 vàng nhăn : 3 lục trơn : 1 lục nhăn. Xét riêng từng cặp tính trạng, tỉ lệ phân li theo kiểu hình cũng là 3:1. Điều đó cho thấy sự di truyền từng cặp 73 tính trạng độc lập nhau. Sự độc lập này có thể chứng minh bằng toán học và xác suất của 2 sự kiện độc lập với nhau cùng trùng hợp bằng tích xác suất của 2 sự kiện đó. Tỉ lệ phân li của cặp vàng - lục là 3/4 vàng : 1/4 lục và của cặp trơn - nhăn là 3/4 trơn : 1/4 nhăn. Tổ hợp của tính trạng trơn vàng sẽ có xác suất là: 3/4 × 3/4 = 9/16, trơn xanh: 3/4 × 1/4 = 3/16, vàng nhăn: 3/4 × 1/4 = 3/16, lục nhăn: 1/4 × 1/4 = 1/16 Hình 4.5 Sơ đồ mô tả phép lai hai cặp tính trạng 74 Quy luật thứ hai của Mendel: (quy luật phân ly độc lập và tổ hợp tự do): Các gen của từng cặp trong phân bào giảm nhiễm phân ly nhau độc lập với các thành viên của các cặp gen khác và chúng hợp lại trong các giao tử đang được hình thành một cách ngẫu nhiên. 2. Lai với nhiều cặp tính trạng Công thức chung của lai nhiều tính: Số cặp gen dị hợp tử F1 số loại giao tử số loại tố hợp ở F2 số kiểu gen F2 Số kiểu hình F2 1 2 3 ... n 2 22 = 4 23 = 8 2n 4 42 = 16 43 = 64 4n 3 32 = 9 33 = 27 3n 2 22 = 4 23 =8 2n Có thể lai với 3 cặp tính trạng hoặc nhiều hơn. P: AABBDD x aabbdd G: ABD abd F1: AaBbDd F1 × F1: AaBbDd x AaBbDd G: ABD, AbD, ABd, aBD, Abd, abD, aBd,abd. F2: Sự phân ly kiểu hình theo tỷ lệ: 27 A-B-D- : 9A-B-dd : 9A-bbD- : 9aaB-D-: 9A-bbdd : 3aaB-dd : 3aabbD- : 1aabbdd 3. Một số tính trạng Mendel ở người: Rất nhiều tính trạng của người có sự di truyền theo các quy luật Mendel. Một số tính trạng thường gặp: khớp ngón cái ngược ra phía sau được hay không, tóc mọc thành đỉnh nhọn ở trán, nhiều tàn nhan, lúm đồng tiền trên gò má, bạch tạng, dái tai người có thể thòng hay liền (dái tai thòng là trội). Có 2 gen trội ảnh hưởng đến khả năng cuốn lưỡi, một gen tạo khả năng cuốn lưỡi tròn và gen trội thứ hai cho phép gập ngược. 75 * Đặc điểm của bệnh di truyền gen trội trên NST thường Các bệnh di truyền gen trội trên NST thường được gặp với tần số 1/200 cá thể. Ví dụ: tất thừa ngón sau trục (postaxial polydactyly) với biểu hiện thừa ngón cạnh ngón út. Tật này di truyền kiểu trội trên NST thường. Trong đó gen A quy định thừa ngón, a quy định ngón bình thường. Đặc điểm quan trọng của các bệnh di truyền do gen trội trên NST thường: - Cả 2 giới đều có tỷ lệ mắc bệnh ngang nhau. - Không có sự gián đoạn giữa các thế hệ. - Người mang gen bệnh ở trạng thái dị hợp kết hôn với người bình thường sẽ truyền cho con của họ với xác suất là 1/2. * Đặc điểm của bệnh di truyền gen lặn trên NST thường Ví dụ: Bệnh bạch tạng là một bệnh di truyền gen lặn gây ra do đột biến gen mã hóa enzyme chuyển hóa tyrosine. Sự thiếu hụt enzyme này làm đình trệ quá trình chuyển hóa để tổng hợp sắc tố melanin. Người mắc bệnh sẽ có rất ít sắc tố ở da, tóc và mắt. Vì melanin cũng cần cho sự phát triển của các sợi thần kinh thị giác nên người mắc bệnh bạch tạng cũng có thể bị tật rung giật nhãn cầu, lác mắt giảm thị lực. Đặc điểm chính của bệnh di truyền do gen lặn trên NST thường: - Bệnh thường được thấy ở một hoặc một số anh chị em ruột nhưng lại không có ở thế hệ bố mẹ. - Một cặp vợ chồng mang gen bệnh sẽ có trung bình 1/4 con cái mang mắc bệnh. - Nam và nữ đều có khả năng mắc bệnh như nhau. - Hôn nhân giữa những người có quan hệ họ hàng được gặp nhiều trong phả hệ của loại bệnh di truyền này. Nhiều bệnh di truyền gen trội thật ra có biểu hiện ở những người đồng hợp tử nặng hơn so với những người dị hợp tử. Ví dụ: ở bệnh loạn sản sụn bẩm sinh (achondroplasia) là bệnh di truyền gen trội trên NST thường với biểu hiện lùn. Những người dị hợp tử gần như có một cuộc sống bình thường với tuổi thọ trung bình ít hơn người bình thường 76 khoảng 10 năm. Tuy nhiên những người đồng hợp có biểu hiện nặng hơn và thường chết ở tuổi thiếu niên do suy hô hấp. Có thể phân biệt bệnh di truyền gen trội và gen lặn dựa trên biểu hiện lâm sàng của người dị hợp tử: bệnh di truyền trội có biểu hiện trên lâm sàng, trong khi đó bệnh di truyền lặn luôn luôn bình thường trên lâm sàng. Một điểm cần lưu ý là thuật ngữ trội và lặn trong cách nói được dùng để chỉ kiểu di truyền chứ không phải để nói về gen. Xét trường hợp bệnh hồng cầu hình liềm, người đồng hợp tử đột biến này có biểu hiện bệnh, người dị hợp tử bình thường về mặt lâm sàng nhưng có nguy cơ bị nhồi máu lách rất cao. Rõ ràng là bệnh hồng cầu hình liềm có đặc điểm của một bệnh di truyền gen lặn nhưng đặc điểm của người dị hợp làm bệnh này có tính chất của một bệnh di truyền trội. 4. Các quy luật chung của tính di truyền Các quy luật di truyền Mendel gọi là các quy luật truyền đạt tính trạng từ thế hệ này sang thế hệ khác. Từ đó người ta rút ra được các quy luật của tính di truyền cho các sinh vật nhân thực bậc cao: - Tính di truyền có tính gián đoạn do những nguyên tố riêng biệt đảm bảo (các gen). - Mỗi tính trạng được xác định bởi các nhân tố di truyền riêng biệt là các gen gen. các gen này truyền cho thế hệ sau qua tế bào sinh dục - Các gen được duy trì ở dạng thuần khiết qua nhiều thế hệ, không bị biến đổi và cũng không bị mất đi. - Cả hai giới đều tham gia như nhau vào việc truyền đạt các dấu hiệu di truyền. - Các gen có cặp ở trong tế bào cơ thể, đơn độc trong tế bào sinh dục. Ở các con lai một có nguồn gốc từ bố, một có nguồn gốc từ mẹ, có thể là trội hoặc lặn. Việc tìm ra các quy luật Mendel không những có ý nghĩa lý thuyết mà có nhiều ứng dụng trong việc lai tạo giống. Câu hỏi ôn tập 1. Đặc điểm của phương pháp thí nghiệm của Mendel là gì? 77 2. Mối quan hệ giữa nguyên phân, giảm phân và quy luật phân ly độc lập của Mendel. 3. Nêu thí nghiệm chứng minh trực tiếp sự phân ly ở mức giao tử. 4. Ý nghĩa của sự phân ly ở mức giao tử. 5. Khi có hiện tượng trội không hoàn toàn và di truyền tương đương thì tỷ lệ phân ly kiểu gen và kiểu hình như thế nào? Tài liệu tham khảo Phạm Thành Hổ (2000). Di truyền học. NXB Giáo Dục. Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1998). Cơ sở di truyền học. NXB Giáo Dục. Hoàng Trọng Phán (1995). Di truyền học phân tử. Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế. Anthony J. F. Griffiths, Susan R. Wessler, Richard C. Lewontin, William M. Gelbart, David T. Suzuki, Jeffrey H. Miller. 2004. An introduction to genetics analysis. W.H. Freeman Publishers. Harlt D.L., Jones E.W. (1998). Genetics - Principle and analysis. Jone and Bartlett Publshers. Toronto, Canada. Stansfield W.D. 1991. Schaum’s outline of theory and problems of genetics. McGraw-Hill, Inc., New York. 78 Chương 5 Tương tac gen Mục tiêu của chương Giới thiệu vê tương tac gen allele, tương tac giưa cac gene không allele, nhưng phưc tap trong biêu hiện gen va tac đông cua môi trương đên sư hinh thanh kiêu hinh. Số tiết: 3 Nội dung I. Sự tương tác gen giữa các gen alen 1. Hiện tượng gây chết Sự tương tác giữa các alen trong trường hợp lai một tính đó là trường hợp gen gây chết. Đây là trường hợp làm biến đổi tỉ lệ theo định luật Mendel đơn giản nhất. Vi du: Ở chuôt , Ay: lông vàng (trội) a: đen hoặc sôcôla (lặn) Khi người ta lai chuột vàng × vàng F1: thu được hai loại chuột: 2 lông vàng : 1 lông khác (sô cô la), đồng thời trong các lứa chuột đẻ ra thì số con của nó ít hơn 1/4 so với các tổ hợp lai khác. Các nhận xét này được đưa đến giả thiết là chuột lông vàng có kiểu gen dị hợp tử Aya khi chúng lai với nhau làm xuất hiện chuột AyAy không có sức sống và chúng bị chết ở giai đoạn sớm của phôi. Người ta làm thí nghiệm giải phẫu chuột cái lông vàng đang mang thai trong tổ hợp lai giữa lông vàng × vàng đều xác định hiện tượng trên. Đó là trong dạ con của chuột mẹ có một số bào thai lông vàng không phát triển vì một số bộ phận trong cỏ thể mang đặc điểm dị hình. Như thế chuột đồng hợp tử AyAy không có sức sống do alen Ay là alen gây chết không cho đồng hợp tử sống được. Tác động của alen Ay về màu lông là trội so với alen a vì cơ thể dị hợp tử Aya có màu lông vàng. Nhưng về mặt sức sống thì 79 Ay lại lặn so với a vì tổ hợp Aya vẫn sống bình thường do alen a lấn át sự gây chết của Ay. Đây là ví dụ về gen có tác động này trội nhưng tác động kia là lặn so với alen tương ứng. Hình 5.1 Hiện tượng gen gây chết ở chuột Hinh 5.2 Kêt qua phep lai giưa cac chuôt di hơp tư lông vang. Không phai tât ca cac chuôt ơ thê hê sau đêu sông sot 80 Hình 5.3 Sự tương tác giữa các alen của cùng một gen ở chuột lang agouti (1 allen dạng hoang dại và nhiều allen đột biến) a. Chuột lưng đen, bụng vàng (trên - trái), bụng đen (trên - phải) và chuột lang agouti (dưới). b. Kiểu gen và kiểu hình tương ứng của các allele của gen agouti. c. Lai giữa các dòng thuần tạo ra một dãy có thể có 3 allele theo một thứ tự trội. Cho các cá thể F1 giao phối với nhau cho ra thế hệ F2 có tỷ lệ kiểu hình là 3:1. điều này cho thấy A, at và a là các allele khác nhau của cùng một gen 81 Trường hợp này còn gặp một số đối tượng khác như cá chép Khi lai cá chép kính với nhau F1 : 1/4 AA : 2/4 Aa : 1/4 aa chết : 2 chép kính : 1 chép vảy Ở người bệnh thiếu máu hồng cầu liềm do đột biến: Người có kiểu gen SS: thiếu máu nặng chết trước khi trưởng thành. SA: sức khỏe bình thường nhưng đôi khi có triệu chứng thiếu máu nhẹ. Hình 5.4 Bệnh hồng cầu lưỡi liềm ở người 2. Sự tương tác giữa các alen của cùng một gen Giữa các alen của cùng một gen có mối quan hệ trội và lặn. Trong mối tương tác gen này người ta phát hiện ra hiện tượng một gen có nhiều hơn 2 alen. Ví dụ: - Sự di truyền nhóm máu A,B,O do 3 alen IA, IB, Io. Nhóm máu của đại gia súc có hơn 100 alen. - Sự di truyền màu mắt ruồi giấm do 1 gen gồm 1 dãy 12 alen quy định, alen cuối cùng mắt trắng (w) và tính trội giảm dần theo hướng sau: 82 W+ > Wsat > Wco > WW > Wap3 > Wch > We > Wbl > Wap > Wi > Wt > W Tương ứng: đỏ dại - đỏ satsuma - san hô (coral) - rượu nho (wine) - trái đào (apricot) - cheri - son (eosin) - máu (blood) - trái đào (apricot) - ngà voi (ivory) - trắng đục (tinged) - trắng (white) Sự biểu hiện tính trạng màu mắt do sự tương tác giữa hai alen với nhau: W+Wbl: hoang dại WcoWbl: đỏ san hô - Dãy alen trong việc xác định nhóm máu ở người Các alen làm xuất hiện nhiều nhóm máu đặc trưng ở người, liên quan với đặc điểm kháng nguyên của thể máu, quy định sự xuất hiện kháng thể đặc hiệu trong huyết thanh máu. Sự phát hiện ra nhóm máu là do Landsteiner, ông thấy trong một số trường hợp nhất định, khi truyền hồng cầu người này vào huyết thanh người khác có hiện tượng ngưng kết các thể máu. Khi truyền máu, hiện tượng này có thể gây chết. Người ta đã xác định trong hồng cầu có 2 kháng nguyên A và B, còn trong huyết thanh có 2 kháng thể làm ngưng kết chúng. Quần thể người được phân ra theo đặc tính của máu thành 4 nhóm: nhóm A có kháng nguyên A và kháng thể kháng B, nhóm B có kháng nguyên B và kháng thể kháng A, nhóm AB có cả 2 kháng nguyên không có kháng thể, nhóm O không có kháng nguyên và có cả 2 kháng thể. Phản ứng của 4 nhóm máu với huyết thanh có kháng thể kháng B và kháng thể kháng A như sau: hồng cầu nhóm máu AB ngưng kết với huyết thanh có kháng thể kháng B và kháng thể kháng A. Hồng cầu nhóm A chỉ bị ngưng kết bởi huyết thanh nhóm B. hồng cầu nhóm B chỉ bị ngưng kết bởi huyết thanh nhóm máu A. Hồng cầu nhóm O không bị ngưng kết trong cả 2 trường hợp. Phân tích quá trình di truyền các nhóm máu ở người đã chứng minh rằng 4 nhóm máu được quy định do sự di truyền của 3 alen (IA, IB, Io). Nhóm máu AB là thể dị hợp có kiểu gen IAIB, nhóm A: IAIA, IAIO, nhóm B: IBIB, IBIO, nhóm O: IOIO. II. Sự tương tác giữa các gen không alen 1. Tương tác át chế - Tỉ lệ 13:3 83 Ở gà 2 kiểu gen CCII và ccii đều xác định màu lông trắng. Màu trắng ở kiểu gen CCII là do gen C tạo màu bị gen I át đi, còn kiểu gen ccii cho kiểu hình trắng là do gen tạo màu ở trạng thái đồng hợp lặn P: gà trắng × gà trắng CCII ccii F1 CcIi (gà trắng) F2 9 C-I- : 3 C-ii : 3ccI- : 1 ccii 13 trắng: 3 màu - Tỉ lệ 12:3:1 Alen trội A kìm hãm sự biểu hiện của B ở locus khác. B chỉ biểu hiện ở aa. Aabb có kiểu hình khác Thi nghiệm: Lai bi qua mau xanh co kiêu gen AABB với bi qua trăng co kiêu gen aabb thi bi F1 AaBb co mau trăng. Lai F1 với nhau cho F2 tỷ lệ 12 trăng : 3 vang : 1 xanh P Bi qua trăng × Bi qua trăng F1: AaBb (qua trăng) F2: 9 A-B- : 3A-bb : 3 aaB- : 1 aabb 12 qua trăng : 3 qua vang : 1 qua xanh Hình 5.5 Tương tác át chế Ưc chê trôi tao ra ty lê kiêu hinh 12:3:1 (a) va ty lê 13:3 (b) 84 - Tỷ lệ 9 : 3 : 4 Kiểu gen aa cản trở sự biểu hiện của các alen locus B, gọi là át chế lặn đối với locus B Thí nghiệm: P: Chuột đen × Chuột trắng AAbb aaBB F1: AaBb (xám nâu) F2: 9 A-B- : 3 A-bb : 3 aaB : 1aabb 9 xám nâu : 3 đen : 4 trắng Hinh 5.6 Tương tac at chê do đông hơp tư gen lăn 2. Tương tác bổ sung - Tỉ lệ 9 : 3 : 3 : 1 Ví dụ sự di truyền hình dạng mào gà P: gà mào hoa hồng × hạt đậu AAbb aaBB 85 F1: AaBb (mào quả óc chó) F2: 9 A-B- : 3 A-bb : 3 aaB- : 1 aabb 9 mào quả óc chó : 3 hoa hồng : 3 hạt đậu : 1 mào đơn Hình 5.7 Hình dạng mào gà - Tỉ lệ 9 : 6 : 1 Ở bí đỏ, 2 cặp alen xác định hình dạng quả: tròn, dẹt và dài P: tròn × tròn AAbb aaBB F1 AaBb (dẹt) F2 9 A-B- : 3 A-bb : 3 aaB- : 1 aabb 9 dẹt : 6 tròn : 1 dài 86 Hinh 5.8 Sư hinh thanh cac dang qua ơ bi - Tỉ lê 9 : 7 Hình 5.9 Sự hình thành màu hoa ở đậu thơm Lathyrus odoratus Thí nghiệm ở đậu thơm Lathyrus odoratus A-B-: hoa đỏ 87 A-bb, aaB- : hoa trắng P Đậu thơm hoa trắng × hoa trắng AAbb aaBB F1: AaBb (hoa đỏ) F2: 9 A-B- : 3A-bb : 3 aaB- : 1aabb 9 đỏ : 7 trắng 3. Tương tác đa gen a. Tương tác cộng gộp Các tính trạng chịu sự chi phối của nhiều gen được gọi là sự di truyền đa gen. Mỗi gen đều có kiểu hình ở mức độ nhất định, nhiều gen đơn này có tác dụng cộng gộp theo một hướng. Các cá thể có biểu hiện kiểu hình dao động khác nhau do nhận nhiều hay ít gen, có thể xếp chúng theo mức độ biểu hiện thành một dãy liên tục gọi là số lượng. Tính trạng do nhiều gen xác định, nên biểu hiện kiểu hình của chúng dễ bị biến đổi do tác động của môi trường. b. Tỷ lệ phân ly ở F2 Năm 1908 nhà di truyền học Thụy Điển Nilson - Ehler khi nghiên cứu ở lúa mì: Thế hệ F1 A1a1A2a2 có màu đỏ hồng do mang 2 alen trội A1 và A2, ở F2: A1A1A2A2 -----------> a1a1a2a2 Đỏ đậm trắng Ở F2 giữa màu đỏ đậm và màu trắng có các mức màu trung gian: đỏ (3A), đỏ hồng (2A) và hồng (A) Chiều dài trái bắp và màu lông xám ở chuột cũng là những ví dụ về sự di truyền đa gen. Ở người nhiều tính trạng có sự di truyền số lượng như tính trạng màu da, chiều cao... Sự di truyền màu da có thể liên quan đến 3 cặp gen, giữa dạng đen sậm A1A1A2A2A3A3 và dạng trắng a1a1a2a2a3a3 có các màu da đen trung gian. Tỷ lệ phân ly giữa da màu và da trắng là 63 : 1. 88 4. Tính đa hiệu của gen: Ngay từ thời Mendel, ông đã nhận thấy 1 gen có thể tác động đến nhiều tính trạng. Ví dụ: ở đậu Hà lan, gen ảnh hưởng đến màu hoa đồng thời ảnh hưởng cả màu vỏ hạt, như hoa đỏ hạt xám, còn hoa trắng hạt trắng. Hiện tượng 1 gen ảnh hưởng đến nhiều tính trạng gọi là tính đa hiệu của gen. Hội chứng Marfan: bệnh di truyền gen trội trên NST thường với biểu hiện ở mắt, xương và hệ tim mạch. Gen gây ra hội chứng Marfan ở trên nhánh dài của NST 15, mã hóa cho fibrilin (thành phần mô liên kết). Bệnh xuất phát từ tình trạng tổ chức mô liên kết bị kéo dãn không bình thường gây nhiều hậu quả khác nhau. Người bệnh có tay chân dài, khuôn mặt hẹp. Ở người, sai hỏng gen của bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm gây ra hàng loạt chứng bệnh khác. Khoảng 25% các bệnh di truyền sai hỏng cấu trúc tim bẩm sinh có thể dẫn đến biến dạng cơ xương (9%), hệ thần kinh trung ương bất thường (4%), sai hỏng đường tiết niệu hay thận (5%) và tiêu hóa (4%). Thực tế bất kỳ gen nào cũng có tính đa hiệu vì một gen không ít thì nhiều đều có ảnh hưởng đến gen khác. Những gen có hoạt động sớm trong quá trình phát triển cá thể sẽ có tác động nhiều hơn và lâu hơn. III. Những phức tạp trong biểu hiện cuả gen 1. Gen biến đổi (Modifier gene) các gen xác định có tính trạng hay không có tính trạng được gọi là các gen căn bản hay gen nền. Gen biến đổi là những gen không có biểu hiện kiểu hình riêng của nó nhưng lại có ảnh hưởng đến sự biểu hiện kiểu hình của những gen căn bản khác. Ví dụ: Ở bò, lông đều do gen trội S, có đốm do gen lặn s quy định. Bò có đốm hay không có đốm là do các gen căn bản xác định. Nhưng ở bò có đốm, đốm ít hay nhiều là do tác động của các gen biến đổi. Số đốm ở lông chó cũng có sự biểu hiện tương tự: đốm nhiều hay ít là do tác động của gen biến đổi. 89 Hinh 5.10 Biêu hiên cua gen biên đôi trong hinh thanh 10 loai cho đôm 2. Các tính trạng bị giới hạn bởi giới tính Có những tính trạng mà gen của chúng chỉ biểu hiện ở một giới được gọi là gen bị giới hạn bởi giới tính. Ở đại gia súc có sừng số lượng sũa và lượng mỡ trong sữa được biểu hiện ở giống cái. Các con bò đực mang các gen xác định lượng sữa và độ mỡ trong sữa không có biểu hiện nhưng các gen này được truyền cho bò cái con. Do đó trong chọn giống bò sữa phải tuyển các bò đực mang các gen tạo sữa tốt để đem lai. Ở gà trống cũng vậy, chúng mang các gen đẻ trứng nhiều hay ít, lớn hay nhỏ nhưng không có biểu hiện. 3. Các tính trạng có sự biểu hiện phụ thuộc vào giới tính Có những tính trạng mà sự biểu hiện trội hay lặn phu thuôc vao giới tính. 90 Ví dụ: ở đại gia súc có sừng, gen có sừng: H Gen không sừng: h Kiểu gen HH tạo sừng ở cả con đực lẫn con cái, kiểu gen hh không có sừng ở cả 2 giới. Kiểu gen dị hợp tử Hh nếu ở con đực sẽ có sừng (H là trội), nếu ở con cái lại không có sừng (H lặn). Ở dê, tính trạng có râu xồm hay không cũng thuộc loại có biểu hiện phụ thuộc giới tính, con đực dị hợp tử có râu xồm, dê cái dị hợp tử không râu. Ở người hói đầu do gen B (ballness) xác định. Kiểu gen Bb có biểu hiện trội ở đàn ông, nhưng biểu hiện lặn ở nữ. Điều này giải thích vì sao ít có phụ nữ hói đầu. Hinh 5.11 Tinh hoi đâu co sư biêu hiên phu thuôc vao giơi tinh Ngón tay áp út của bàn tay người có thể dài hơn hay ngắn hơn ngón trỏ. Người ta cho rằng sự giảm chiều dài ngón trỏ do một gen trội ở nam và lặn ở nữ. IV Độ thấm (penetrance) và độ biểu hiện (expression) 1. Độ thấm (độ thâm nhập) Độ thấm là khái niệm để chỉ mức độ tham gia của alen vào kiểu hình. 91 Ví dụ: người có Kiểu gen IAIo có nhóm máu A thì IA có độ thấm 100%, còn IO thì 0% vì không thâm nhập vào kiểu hình. Trường hợp người có nhóm máu AB thì cả IA lẫn IB đều có độ thấm 100%. Nhiều gen có độ thấm khác nhau tùy lứa tuổi. Những người mang gen epiloia (bệnh di truyền) có người chết sớm, có người sống và có thể sinh con. Các gen không thấm vẫn có thể truyền cho đời sau như các gen có độ thấm hoàn toàn. Ví dụ: Bệnh Alzheimer làm rối loạn trí nhớ, mất định hướng không gian và thời gian, có biểu hiện ở người già sau 60 tuổi. Hiện nay đã xác định được bệnh do môt gen trôi trên NST thư 14 cua ngươi.. Đây la trương hợp đặc biệt cho thấy môt gen cua ngươi co đô thấm sau 60 năm hoặc lâu hơn. Nhiều nhân vật nổi tiếng mắc bệnh Alzheimer như cựu tổng thống Mỹ R. Reagan. Bệnh Huntington là bệnh gây ra do rối loạn thần kinh với biểu hiện mất trí (dementia) và gia tăng các vận động không kiểm soát được của các chi dẫn đến hiện tượng múa vờn (chorea) nên đôi khi bệnh còn được gọi là bệnh múa vờn Huntington. Triệu chứng của bệnh thường không biểu hiện trước 30 tuổi. Tỷ lệ thấm thường được đánh giá dựa trên việc xem xét một số lượng lớn gia đình và xác định tỷ lệ người bắt buộc mang gen và những ngươi đồng hợp tử vê gen bệnh co biêu hiện bệnh. Khi tỷ lệ nhưng ngươi này ít hơn 100% ta nói là có tính thấm giảm hay tính thấm không hoàn toàn (incomplate penetrance). 2. Độ hiện hay độ biểu hiện Độ biểu hiện được dùng để chỉ mức độ nhiều ít của tính trạng khi đã thấm hoàn toàn. Ví dụ: sự cảm nhận vị đắng của chất phenylthiocarbamide (PTC) hay không cảm nhận ở người do 1 gen xác định. Tuy nhiên những người cảm nhận vị đắng có độ hiện khác nhau: có người cảm nhận vị đắng ở nồng độ 1.300 mg/l hoặc cao hơn, trong khi cá biệt có những người cảm nhận vị đắng ở nồng độ rất thấp là 0,16 mg/l, nhiều người khác cảm nhận vị đáng ở các nồng độ trung gian. 92 Nhiều tính trạng ở người có độ hiện ổn định suốt dời như nhóm máu, màu mắt... - Biểu hiện đa dạng (Variable Expression) Một tình trạng phức tạp khác là sự biểu hiện đa dạng của bệnh. Bệnh có thể có tính thấm hoàn toàn nhưng mức độ nghiệm trọng của bệnh có sự thay đổi rất lớn. Ví dụ: Bệnh u xơ thần kinh (neurofibromatosis) type I (còn gọi là bệnh Von Recklinghausen). Bố hoặc mẹ có thể có bệnh rất nhẹ, nhẹ đến nỗi họ không nghĩ là mình mắc bệnh. Nhưng họ có thể truyền gen bệnh cho con và đôi khi chúng có biểu hiện bệnh rất nặng. Biểu hiện của bệnh là bệnh nhân có các chấm cà phê - sữa trên bụng và các u xơ thần kinh bì hay các u xơ thần kinh ở phía lưng. Cả 2 khái niệm độ thấm và độ biểu hiện được nhà di truyền học người Nga Timofeev - Resopski nêu ra vào năm 1925 để đánh giá mức độ thể hiện ra kiểu hình của các gen. Ngoài ra, sự biểu hiện của kiểu gen ra kiểu hình còn phụ thuộc vào mức phản ứng. V. Tác động của môi trường Kiểu gen còn chịu nhiều tác động khác nhau của môi trường bên trong và ngoài cơ thể 1. Tác động của môi trường bên ngoài a. Nhiệt độ Tác động căn bản của nhiều gen chủ yếu là kiểm soát tốc độ phản ứng sinh hóa thông qua enzyme là những chất được các gen xác định về mặt di truyền. Giữa nhiệt độ và tốc độ phản ứng có sự liên quan chặt chẽ. Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự biểu hiện kiểu hình trong nhiều trường hợp. Ví dụ: sự biểu hiện tính trạng lông đen ở chóp mũi, tai và chân của giống thỏ Himalaya ở nhiệt độ thấp khi phát triển bộ lông. Nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến độ thấm và độ hiện. b. Dinh dưỡng 93 Trong một số trường hợp chế độ dinh dưỡng ảnh hưởng đến biểu hiện kiểu hình. Ví dụ sự biểu hiện mỡ vàng của thỏ do 2 yếu tố: sự hiện diện của gen đồng hợp tử lặn yy và lượng thực vật xanh (xanthophyll) trong thức ăn. Nếu thiếu thực vật xanh trong thức ăn, mỡ vàng không xuất hiện. Bệnh phenylketonuria (PKU) được gặp ở người da trắng với tỷ lệ 1/10.000 lần sinh. Các đột biến ở locus mã hóa cho enzyme chuyển hóa phenylalanine hydroxylase làm cho người mang kiểu gen đồng hợp không thể chuyển hóa amino acid phenylalanine. Trong khi những trẻ sơ sinh mắc bệnh phenylketon niệu có biểu hiện bình thường sau sinh thì sự khiếm khuyết chuyển hóa sẽ làm tích lũy dần phenylalanine và các sản phẩm chuyển hóa độc khác dẫn đến tổn thương hệ thần kinh trung ương và gây ra biểu hiện chậm phát triển trí tuệ trầm trọng. Như vậy kiểu gen PKU sẽ gây ra kiểu hình bệnh lý nghiêm trọng. Tuy nhiên nếu trẻ mang kiểu gen bệnh được phát hiện sớm qua sàng lọc trước sinh, biểu hiện của bệnh có thể tránh bằng chế độ ăn nghèo phenylalanine. Như vậy, mặc dầu trẻ mang kiểu gen PKU nhưng nhờ chế độ ăn phù hợp đã tránh được tình trạng chậm trí. c. Ảnh hưởng của cơ thể mẹ Sau khi trứng đã được thụ tinh, cơ thể mẹ có thể ảnh hưởng đến sự phát triển. Ví dụ máu người mẹ có kiểu gen rh- (nhân tố rhesus âm), nếu đứa con thứ nhất có Rh+ sinh ra sẽ không sao, nhưng đứa con thứ hai có thể bị chết. 2. Tác động của môi trường bên trong Quá trình phát triển cá thể trải qua nhiều bước trung gian phức tạp. Ngay trong cơ thể có nhiều tác động giữa các cấu trúc khác nhau và với kiểu gen như các tương tác: gen với gen, gen với NST, NST - nhân, nhân - tế bào chất, tế bào - mô... ở đây chỉ nêu vài tác động có tính chất chung tổng quát: a. Tuổi Nhiều tính trạng và bệnh di truyền ở người có biểu hiện trong một độ tuổi nhất định. Bệnh alcaptonuria (nước tiểu có acid homogentisic bị đen khi có O2) biểu hiện ngay lúc mới sinh ra. Bệnh vảy cá biểu hiện trong 4 tháng đầu. Bệnh tiểu đường và chứng co giật Huntington biểu hiện ở nhiều độ tuổi khác nhau. Bệnh Alzheimer biểu hiện sau 60 tuổi. b. Giới tính 94 Giới tính có nhiều ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen như giới hạn sự biểu hiện hay tính trội lặn phụ thuộc vào giưói tính. Ngoài ra có những gen liên kết với giới tính. Có thể hormone sinh dục tác động đến biểu hiện của các gen. Như vậy môi trường bên trong và ngoài cơ thể có nhiều ảnh hưởng phức tạp khác nhau lên sự biểu hiện kiểu hình của các gen. Nhiều bệnh ở người như tim mạch, huyết áp... trước đây không coi là các bệnh di truyền. Quan điểm mới hiện nay cho rằng đó là những bệnh di truyền mà biểu hiện phụ thuộc môi trường. Trên thực tế các gen liên quan đến bệnh này được truyền thụ trong các gia đình có bệnh. Câu hỏi ôn tập 1. Phân biệt gen alen và gen không alen 2. Nêu sự khác nhau giữa át chế gen trội và át chế gen lặn 3. Xác định bản chất di truyền của sự xác định các dạng mào gà. 4.. Khi nghiên cứu hiện tượng di truyền, các nhà di truyền học đã phát hiện tỷ lệ 9 : 6 : 1 trong thế hệ con. Hãy giải thích kết quả di truyền này. Có thể kiểm tra giả thuyết này như thế nào. 5. Phân biệt đa gen và đa hiệu của gen. Tài liệu tham khảo Phạm Thành Hổ (2000). Di truyền học. NXB Giáo Dục. Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1998). Cơ sở di truyền học. NXB Giáo Dục. Hoàng Trọng Phán (1995). Di truyền học phân tử. Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế. Anthony J. F. Griffiths, Susan R. Wessler, Richard C. Lewontin, William M. Gelbart, David T. Suzuki, Jeffrey H. Miller. 2004. An introduction to genetics analysis. W.H. Freeman Publishers. Harlt D.L., Jones E.W. (1998). Genetics - Principle and analysis. Jone and Bartlett Publshers. Toronto, Canada. 95 Stansfield W.D. 1991. Schaum’s outline of theory and problems of genetics. McGraw-Hill, Inc., New York. 96