Bài giảng cho học viên cao học chuyên ngành trồng trọt

c nhau : Tính trạng chất lượng - Do một gen hay 1 số gen kiểm tra - Di truyền có tính gián đoạn - Ổn định, ít biến động dưới tác động của môi trường. -Trong chọn giống, tiến hành chọn lọc các tổ hợp gen mới, thu nhân các gen mới. Tính trạng số lượng - Do 2 hay nhiều gen kiểm tra, có các kiểu tương tác để quy định độ lứon của tính trạng. - Di truyền có tính chất liên tục. - Kém ổn định, biến động mạnh dưới tác động của môi trường. - Trong chọn giống, tiến hành chọn lọc các tăng tiến. 4.7.2. Mô hình tác động cộng gộp, hiện tượng tăng tiến a. Mô hình tác động cộng gộp - Nilsson (1904) nghiên cứu sự di truyền tính trạng màu sắc hạt lúa mỳ - đưa ra mô hình đa gen có tác động cộng gộp kiểm tra những trạng thái thể hiện của tính trạng này. - Ở F2 sự phân ly của 1 số cặp lai khác nhau theo tỷ lệ các hạt có màu và không màu có thể là 15:1 hoặc 63:1. Tính trạng hạt lúa mỳ có thể do 2 gen hoặn 3 gen kiểm tra. + Trường hợp do hai gen kiểm tra F2: 15:1, phân tích kỹ hơn về số hạt có màu – các lớp theo độ thuần của màu sắc tỷ lệ 1:4: 6:4 :1 (giảm dần của độ thẫm). (Hình 6.1 –tr163) + Trường hợp do 3 gen kiểm tra F2: 63:1, tỷ lệ theo độ thẫm giảm dần 1:6: 15: 20: 15: 6:1. (Hình 6.2 –tr163) - Qua hai trường hợp trên, khi số lượng các gen (các gen phân ly độc lập) kiểm tra số lượng càng tăng thì ở F2 thu được số lượng các kiểu phân ly càng lớn, tức là sự phân bố về các kiểu phân ly ở F2 càng trở lên liên tục và rộng lớn. Kết luận: Trong mô hình tác động cộng gộp, mỗi nhân tố di truyền có sự đóng góp như nhau cho sự tích lũy (tăng) cùng hướng để kiểm tra độ lớn của tính trạng số lượng. Như vậy, mức độ biểu hiện của tính trạng số lượng phụ thuộc vào sự có mặt của ít hay nhiều gen có hiệu quả tác động cộng gộp. Các gen này phân ly độc lập. b. Hiện tương tăng tiến - Khái niệm: là hiện tượng ở đời phân ly F2 thu được các dạng thái cực có độ lớn của tính trạng vượt hơn hoặc kém hơn so với mức độ ở bố mẹ. - Hiện tượng tăng tiến có ý nghĩa lớn trong chọn giống đối với các tính trạng số lượng - chọn lọc ra các dòng cải tiến có độ lớn của tính trạng quan tâm (lớn hơn hay nhỏ hơn) so với dạng bố mẹ khởi đầu. Ví dụ: Tăng tiến xảy ra khi lai hai giống lúa mỳ khác nhau về dạng bông. (Hình 6.3 . – tr165 và hình 6.4 – tr166) - Tăng tiến xảy ra khi ở đời phân ly F2 thu được các kiểu tổ hợp có số lượng các yếu tố trội (tác động cộng gộp) nhiều hơn (tăng tiến +) hay ít hơn (tăng tiến -) so với số lượng các yếu tố này có mặt ở bố mẹ. - Ở F2 có thể thu được tăng tiến (mô hình 1) không thu được tăng tiến (mô hình 2) + Mô hình 1: P đối lập về 3 cặp gen – F1 dị hợp tử về 3 cặp gen – F2 có phổ phân ly rộng – thu được kiểu tăng tiến. + Mô hình 2: P đối lập về 1 cặp gen – F1 dị hợp tử về 1 cặp gen - F2 có phổ phân ly hẹp – không thu được tăng tiến. Như vậy, tùy thuộc vào đặc điểm phân bố về các yếu tố trội tác động cộng gộp có trong kiểu gen bố mẹ mà F2 thu được tăng tiến hay không thu được tăng tiến. 4.7.3. Một số đặc điểm trong phân tích di truyền tính trạng số lượng Ước lượng số lượng gen kiểm ta tính trạng số lượng: Serebrovki, 1970: + Ở F1 tính trạng thể hiện tính trạng trung gian: + Ở F1 tính trạng thể hiệu hiệu ứng trội: + F1 x P có tính trạng thể hiện xa nhất so với F1: n- số lượng gen kiểm tra tính trạng số lượng D = XP2 - XP1 D1 = XF1 – XP1 VF1, VF2, VBCP1 – phương sai của F1, F2 và của F1 x P có tính trạng thể hiện xa nhất so với F1. - Điều kiện của công thức: + Các bố mẹ tham gia vào tổ hợp lai là dòng thuần. + Mức độ tác động của các gen là như nhau. + Hai bố mẹ có sự thể hiện tương phản về tính trạng nghiên cứu. + Các gen phân ly độc lập. + Sức sống của các kiểu gen là như nhau 4.8. Nhiễm sắc thể xác định giới tính và di truyền tính trạng liên kết giới tính 4.8.1. Nhiễm sắc thể xác định giới tính - Bộ NST của các loài động vật bao gồm các NST thường (A) và NST giới tính. Một giới có đôi NST giống nhau, nó tạo ra một kiểu giao tử, còn giới kia có 2 NST giới tính khác nhau, nó tạo ra 2 kiểu giao tử. Sau khi thụ tinh hậu thế luôn có khuynh hướng phân ly giới tính theo tỷ lệ 1:1. + Dạng XX, XY Ở người, động vật có vú, ruồi giấm & XX, % XY Chim, bò sát, ếch nhái, bướm, cây thuộc loài Fragaria orientalis và dâu tây Frangaria elatior & XY, %XX + Dạng XO, XX Bọ xít, châu chấu &XX, %XO Mối & XO, %XX + Ong, kiến xác định giới tính của chúng liên quan đến bộ NST đơn bội hay lưỡng bội & Bộ NST lưỡng bội (ong thợ) % Bộ NST đơn bội + Ruồi giấm: xác định giới tính còn quyết định bởi mối cân bằng giữa NST thường và NST X: Một bộ đơn bội NST thường có giá trị xác định tính % là 1. mỗi một NST X mang giá trị xác định tính & là 11/2 4.8.2. Di truyền tính trạng liên kết giới tính, ý nghĩa Sự di truyền của những tính trạng mà gen quy định chúng mnằm trên đôi NST giới tính gọi là sự di truyền liên kết với giới tính. Đôi NST XY có 3 vùng NST: + Vùng tương đồng cho cả hai + Vùng đặc trưng cho X + Vùng đặc trưng cho Y (Hình 5.1 – tr133) a. Gen ở bên X không có tương đồng với bên Y XY: Gen trên NST X không có alen nên mặc dù chỉ có 1 gen lặn vẫn được biểu hiện ra kiểu hình. Vì vậy nó tuân theo quy luật di truyền chéo (mẹ cho con trai, bố cho con gái). Ví dụ: gen kiểm tra màu mắt ở ruồi giấm b. Gen nằm ở bên Y không có tương đồng bên X Gen bên Y không có alen bên X, do đó mặc dầu là gen trội hay gen lặn vẫn được biểu hiện tính trạng ở kiểu hình. Tức là NST Y có mặt ở đâu thì tính trạng thể hiện ở đó (NST Y của cha chỉ truyền lại cho con trai – di truyền thẳng). c. Gen nằm trên phần tương đồng của các NST X và Y. Ví dụ: di truyền tính trạng tai có lông ở người. (Hình 5.3. – tr134) - Di truyền liên kết giới tính có ý nghĩa quan trọng trong chọn lọc các cá thể đực và cái. Ví dụ: Sự di truyền lông vằn ở gà Plaimao V – lông vằn v- lông đen %: XVXV - dải màu trắng rộng hơn dải màu đen XVXv - dải màu đen rộng hơn dải màu trắng &: XVY P % Rôt ailen x & Plaimao đỏ nâu F1 có sức sống tốt hơn P Chú ý : F1 chỉ có gà trống mang lông vằn trong kiểu gen, gà cái thì không, lúc mới nở những con có vệt trắng rõ là gà trống - chọn lọc riêng gà mái - nuôi đẻ và gà trống – nuôi thịt. 4.9. Di truyền liên kết, trao đổi chéo 4.9.1. Đánh giá sự di truyền liên kết, liên kết hoàn toàn và không hoàn toàn a. Đánh giá về các hiện tượng di truyền phân ly độc lập, liên kết hoàn toàn và liên kết không hoàn toàn. - Di truyền độc lập: + Các gen/ NST di truyền độc lập nhau. + Các tổ hợp gen chính là các tổ hợp trùng với các tổ hợp hình thành trong quá trình thụ tinh. - Di truyền liên kết: + Nhóm gen /1NST di truyền như những đơn vị độc lập. + Các alen khác nhau/ cặp NST tượng đồng trao đổi các alen khác nhau - > hình thành các tổ hợp gen mới. Di truyền độc lập Liên kết hoàn toàn Liên kết không hoàn toàn P. AABB x aabb P. AB/AB x ab/ab P. AB/AB x ab/ab F1. AaBb F1. AB/ab F1. AB/ab F2. 9A- B- 3A- bb 3aaB- 1aabb Tái tổ hợp chiếm 6/12 F2. AB/AB: 2AB/ab: 1aabb KH: 3AB/ -: 1aabb Liên kết hoàn toàn không thu được tổ hợp gen mới. F2. (lập bảng) Thu được kiểu gen mới. b.Chứng minh di truyền về hiện tượng liên kết hoàn toàn và không hoàn toàn: - 1910, T. Morgan chứng minh hiện tượng di truyền liên kết và trao đổi chéo trên đối tượng ruồi giấm. (Hình 5.4.- tr137) P.% b+vg x & bvg+ B+vg bvg+ Xám, cách cụt đen, cách bình thường F1 b+vg xám, cách bình thường b+vg + Tiến hành 2 phép lai phân tích: (1) % b+vg x & bvg bvg+ bvg Fb. 50% thân xám, cách cụt 50% thân đen, cách bình thường -> Liên kết hoàn toàn. (2) & F1 x % đồng hợp tử lặn theo hai gen Fb. 2 kiểu liên kết 2 kiểu trao đổi chéo (8,5% +8,5%= 17%) ->liên kết không hoàn toàn 4.9.2. Xác định tần số trao đổi chéo Gồm: + phương pháp dựa vào kết quả lai phân tích. + phương pháp dựa vào kết quả phân ly F2. a. Xác định tần số trao đổi chéo dựa vào kết quả lai phân tích - Tần số trao đổi chéo được đo bằng tỷ lệ số lượng các cá thể có trao đổi chéo so với tổng các cá thể ở thế hệ sau khi lai phân tích. Fb. AB Ab aB ab tổng số A1 a2 a3 a4 n +Trạng thái kết (AB/ab) AB, ab - liên kết Ab, aB - tái tổ hợp + Trạng thái đẩy (Ab/aB) Ab, aB – liên kết AB, ab - tái tổ hợp b.Xác định tần số trao đổi chéo dựa vào kết quả phân ly F2 (Hình 5.1 – tr139) Gồm: + Phương pháp gần đúng tối đa (Haldance –1919) + Phương pháp nhân (fisher, Balmukand – 1928) + Phương pháp khai căn (Kuspira, Bham,bhani – 1984) - Phương pháp khai căn: Dựa vào kiểu hình lặn xuất hiện ở quần thể F2: +Trạng thái kết Trạng thái đẩy: 4.9.3. Sơ đồ diễn tả trao đổi chéo và giải thích cơ chế trao đổi chéo a. Diễn tả tế bào học của trao đổi chéo - Thí nghiệm của Craton và b. Mc. Klintock ở ngô (Hình 5.6- tr142) - Kết luận: sự tái tổ hợp của các gen chính là kết quả của sự trao đổi các đoạn của các NST tương đồng trong pha đầu của giảm phân. b. Sơ đồ diễn tả trao đổi chéo ở giai đoạn 4 sợi: (Hình 5.7- tr143) - Trao đổi chéo xảy ra giữa 2 sợi không chị em – tái tổ hợp gen Một số giả thiết giải thích cơ chế trao đổi chéo - Nhóm giả thiết 1: Trao đổi chéo xảy ra ở tiền kỳ 1 giảm phân - xảy ra ở giai đoạn sợi thô khi 2 NST tương đồng tiếp hợp với nhau và kết thúc vào cuối giai đoạn sợi thô. - Nhóm giả thiết 2: Trao đổi chéo xảy ra ở giai đoạn trước tiền kỳ 1 - Như vậy, kết quả trao đổi đoạn ADN ở giai đoạn sợi thô có thể được ấn định từ những giai đoạn trước đó. Sự trao đổi chéo được dẫn như một chương trình, ghi nhận từ những giai đoạn trước giảm phân, còn bản thân tiền kỳ 1 của giảm phân được xem như là giai đoạn cuối và hoàn thiện của quá trình trao đổi chéo. 4.10. Bản đồ NST 4.10.1. Nhóm gen liên kết và bản đồ di truyền a. Nhóm gen liên kết Các gen cùng nằm trên 1 NST luôn có xu hướng di truyền cùng nhau tạo nên một tập hợp gọi là nhóm liên kết. Số lượng nhóm gen liên kết bằng số lượng đơn bội (n) NST. Các nhóm gen liên kết được xếp thứ tự theo thứ tự của các cặp NST của kiểu nhân. Việc định vị gen nghiên cứu thuộc về nhóm liên kết nào đó là xác định nhóm gen liên kết của nó. Gồm các phương pháp: + Lai phân tích + Phân tích các thể lệch bội + Sử dụng những sai hình NST + Phương pháp marker phân tử ................. b. Khái niện bản đồ di truyền Tần số trao đổi chéo được lấy làm đơn vị vật lý để diễn tả khoảng cách giữa các gen liên kết nằm theo một trật tự đường thẳng. Sơ đồ diễn tả các gen như vậy gọi là bản đồ di truyền của NST. 4.10.2. Phân tích ba locus (Hình 5.8 - tr147) - Ở bộ gồm 3 gen liên kết có xảy ra 2 trao đổi chéo đơn độc lập và trao đổi chéo kép. Đơn (1) :x x+m y+m Đơn (2):y Trao đổi chéo kép : m a b c Ví dụ phân tích ba gen liên kết ở ngô (Bảng 5.2- tr 147) 4.10.3. Khái niệm bản đồ tế bào học, bản đồ chỉ thị phân tử liên kết gen a. Khái niệm bản đồ tế bào học - Định vị các gen nghiên cứu ở những vị trí nào đó trên 1NST cụ thể gọi là sự thiết lập bản đồ tế bào học của NST. - Để lập bản đồ tế bào học người ta dựa vào hiện tượng chuyển đoạn NST, các băng tối ổn định trên NST, NST khổng lồ... b. Sự giống nhau và khác nhau giữa bản đồ di truyền và bản đồ tế bào học của NST: + Tương đồng : trật tự sắp xếp tương đối theo đường thẳng của các gen + Không tương đồng: khoảng cách tương đối giữa các gen (Hình 5.13 – tr152) c. Bản đồ chỉ thị phân tử liên kết 4.11. Di truyền tế bào chất 4.11.1. Những đặc điểm về di truyền tính trạng do gen ở tế bào chất kiểm tra - Di truyền theo dòng mẹ. Lai thuận, lai nghịch – con phụ thuộc vào dạng làm mẹ. ->là chỉ tiêu quan trọng để phân biệt gen nhân và gen tế bào chất kiểm soát. - Không có quy luật phân ly rõ ràng. - Có tính chất thể khảm. - Đột biến ở tế bào chất có thể được khác phục bằng cách loại bỏ đột biến thay bằng các cơ quan bình thường - đột biến tế bào chất có thể nhanh bị mất đi. 4.11.2. Di truyền lục lạp a. Di truyền tính trạng lá sọc ở cây hoa phấn (mirabilis jalapa) (Hình 7.1 – tr184) Cây hoa phấn có 3 dạng lá: màu trắng, màu xanh và sọc & bạch tạng x % bình thường (xanh) - > toàn bạch tạng & xanh x % bạch tạng - > toàn màu xanh & sọc x % xanh - > xanh, sọc, bạch tạng & xanh x % sọc -> xanh - Tế bào chất của cây hoa phấn có 2 dạng lục lạp - dạng bình thường chứa chlorophyl và dạng bị hỏng không chứa chlorophyl. - Khi phân chia tế bào: nhân phân chia đều, còn tế bào chất phân chia không đều. - Nếu: nhiều lục lạp bình thường – lá xanh Nhiều lục lạp không bình thường - bạch tạng Cả hai lục lạp tương đương – lá sọc b. ADN lạp thể - Nghiên cứu về genom lạp thể (lục lạp, sắc lạp, bột lạp) được tập trung vào cấu trúc ADN lục lạp (cp ADN). - Cp ADN: + Có cấu trúc dạng vòng, kích thước khác nhau. + Tồn tại nhiều bản sao trong 1 lục lạp. + Tự tái bản, tự tổng hợp protêin cho mình. + Sao mã : sao cả ADN đó, sau đó tách các gen -> gen nào cần tổng hợp protêin làm khuôn để ARN đọc – protêin. + Có một số gen chống chịu. + Có một số gen tham gia vào quá trình quang hợp. + Kém đa dạng. Ví dụ: tảo lục đơn bào chlamydomonas (Di truyền theo dòng mẹ, tính kháng steptomysin do gen ở lục lạp kiểm tra) 4.11.3. Di truyền ty thể a. Đột biến khuẩn lạc nhỏ ở nấm men Nấm men (Saccharomycer cerevisiae) là đối tượng thuận lợi cho nghiên cứu di truyền ty thể. Pet+ - kiểu dại: khuẩn lạc phát triển có kích thước lớn bình thường Pet- - đột biến khuẩn lạc nhỏ do thiếu hụt enzim hô hấp cytochrom oxydase. TH1: pet+ x pet- -> pet+ -> 2pet+ :2 pet- TH2: pet+ x pet- -> pet+ -> 4 pet+ : 0 pet- TH1 đột biến khuẩn lạc nhỏ xảy ra ở NST của nhân tế bào TH2 xảy ra ở tế bào chất - Phân lập đột biến khuẩn lạc nhỏ có nguồn gốc bào chất để phân tích ty thể của pet-: + mt ADN có xảy ra mất đoạn với những độ dài khác nhau – ty thể mất khả năng thực hiện chức năng năng lượng của tế bào -> đột biến pet- có nguồn gốc bào chất liên quan đến ty thể. b. ADN ty thể - Có cấu trúc dạng vòng, kích thước khác nhau. - Tồn tại nhiều bản sao trong 1 ty thể. Số lượng ty thể rất khác nhau ở các tế bào của cơ thể. - mt ADN rất đa dạng. - ADN ty thể tái bản độc lập. - ADN ty thể mã hoá cho một số nhóm gen: protêin, tham gia vào chuỗi hô hấp. - Có mối quan hệ với gen nhân. 4.11.4. Di truyền các thể ký sinh, công sinh ở bào chất a. Vi khuẩn cộng sinh ở tế bào chất của thảo trùng (paramecium) (Hình 7.8 – tr199) b. Xoắn khuẩn cộng sinh ở ruồi Virus s ở ruồi mẫn cảm với khí CO2 4.11.5. Ảnh hưởng của hệ mẹ, hiện tượng tiền định tế bào chất - Khái niệm: Hiện tượng tiền định tế bào chất là khi sản phẩm do gen ở nhân tạo ra (trước khi thụ tinh) tồn tại qua tế bào chất của bào trứng tác động đến sự biểu hiện kiểu hình của tính trạng ở đời sau. - Ví dụ: di truyền tính trạng hướng xoắn ở vỏ ốc sên (Limnaea) (Hình 7.8 – tr200) Chương 5: Các nguyên lý về biến dị Mục tiêu: - Phân loại. - Biết rõ nguyên nhân và cơ chế hình thành. - Ý nghĩa ứng dụng của biến dị trong phân tích di truyền và trong chọn giống. 5.1. Khái niệm biến dị, phân loại 5.1.1.Khái niệm về biến dị, phân loại các biến dị a. Khái niệm: Biến dị là những biến đổi mới mà cơ thể sinh vật thu được do tác động của các yếu tố môi trường và do quá trình tái tổ hợp di truyền. b. Phân loại biến dị. Biến dị Biến dị di truyền Biến dị không di truyền Biến dị đột biến biến dị tổ hợp (sắp xếp các gen) 5.1.2. Khái niệm đột biến, phân loại các đột biến a. Khái niệm: Đột biến là những biến đổi có tính chất hóa học vật liệu di truyền, xảy ra do tác động của yếu tố môi trường và bên trong tế bào. b. Phân loại đột biến - Đột biến gen - Đột biến cấu trúc NST : + Mất đoạn + Thêm đoạn + Đảo đoạn + Chuyển đoạn - Đột biến số lượng NST - Đột biến gen ở tế bào chất Ngoài ra còn có nhiều cách phân loại khác (SGK) 5.2. Quy luật về dãy biến dị tương đồng của Vavilov - Các loài (chi), họ gần nhau (theo nguồn gốc phát sinh) được đặc trưng bởi các dãy biến dị di truyền theo một nguyên tác chung là: nếu biết dãy các biến dị ở phạm vi một loài nào đó thì có thể dự đoán được sự tồn tại của các dạng song song của các loài, họ khác nhau. Những loài càng gần nhau (về chủng loại phát sinh) thì càng có sự giống nhau hơn trong dãy biến dị di truyền của chúng. - Cả 1 họ thực vật trọn vẹn, nhìn chung được đặc trưng bởi 1 chu kỳ xác định về các biến dị thấu suốt các loài, các chi của họ nó. G1(a, b, c) G1a1 G2a2 G3a2 G2(a, b, c) G2a1 G2a2 G3a3 G3(a, b, c) G3a1 G3a2 G3a3 ........... ........... 5.3. Đột biến gen 5.3.1. Những nguyên nhân và cơ chế gây nên đột biến gen - Đột biến gen là những biến đổi hóa học trong cấu trúc phân tử của gen dẫn tới biến đổi hoạt động chức năng của nó. - Nguyên nhân: Những biến đổi ở phân tử ADN là nguyên nhân dẫn tới đột biến gen. + Chuyển đổi cặp bazơ: AT Û GC ; TA Û CG + Đảo ngược cặp bazơ: AT Û TA ; GCÛ CG + Thêm một hoặc một số cặp bazơ vào phân tử ADN. + Mất một hoặc một số cặp bazơ. -> nó xảy ra ngẫu nhiên hay do tác động của các yếu tố gây đột biến. - Cơ chế gây nên các đột biến gen + Sai sót trong sao chép: ghép đôi sai -> đột biến đột biến dịch khung ngẫu nhiên trong sao chép + Thay thế ngẫu nhiên các bazơ: Trường hợp mất nhóm amino Trường hợp do hỗ biến + Đột biến gen do tác dụng của phóng xạ và hóa học - Một số trường hợp: + Adenin bình thường tồn tại ở dạng amino và kết cặp với T Lần tái bản 2 lần tái bản 1 Do hiện tượng hỗ biến adenin chuyển sang dạng imino và kết cặp với X-> cặp TA thay bằng cặp XG. TA (dạng ban đầu amino) XA (dạng imino) XG + Timin thường tồn tại ở dạng keto và kết cặp với adenin. T chuyển sang dạng enol và kết cặp với G: AT -> GX Lần tái bản 2 Lần tái bản 1 AT (dạng keto) GT (dạng enol) GX + 5 - bromuraxin (BU) (Hình 8.2- tr210) ATÛ GC : đồng hoán hai chiều Nếu BU kết cặp với A: AT-> GC BU kết cặp với G: GC-> AT + HNO2: AT-> GC: đồng hoán hai chiều (Hình 8.4- tr211) + Hydroxylamin (NH2OH) GC -> AT - đồng hoán 1 chiều + Acridin: xen vào 1 vị trí của sợi khuôn -> thêm một cặp bazơ xen vào một vị trí của sợi đạng tổng hợp: mất một cặp bazơ (Hình 8.5 a,b- tr212) 5.3.2. Tái bản, sửa chữa ADN và phát sinh các đột biến - Sửa chữa ADN + Quang phục hoạt (quang hoạt hóa) Quang hoạt hóa là quá trình phục hồi các dimer pyrimidin do tia cực tím gây nên, dưới tác động của ánh sáng. (Hình 8.6 – tr215) Quá trình hồi biến được xúc tác bởi enzim photolyase, enzim này có tác dụng đơn phân hóa các dimer sau khi nó được hoạt hóa bởi phôton áng sáng l- 320 –370nm. - Sửa chữa bằng cắt bỏ: (Hình 8.6b – tr215) + Ngay sau khi ADN bị tổn hại, enzim UF nhận biết chỗ tổn hại và tạo một điểm cắt ở liên kết photphodieste ngay cạch dimer ở đầu 5’. + Enzim exonuclease cắt bỏ đoạn hỏng theo chiều 5’ –3’ +Tổng hợp ADN mới theo chiều 5’ – 3’ lấy mạch nguyên làm khuôn +Khe hở được gắn liền nhờ enzim ligase - Sửa chữa sau tái bản: (Hình 8.6c – tr215) Ở ADN mang dimer vẫn xảy ra tái bản. Khi tái bản ở sợi mới bị hở một đoạn trống đối diện với vị trí dimer. Chỗ trống này lập tức được lấp bằng 1 đoạn tương ứng chuyển từ 1 sợi của ADN theo cơ chế tái tổ hợp. - Sửa chữa cấp cứu (SOS) - Hiệu quả gây tăng và kháng cự phát sinh đột biến của kiểu gen. Những trạng thái khác nhau của ADN - polimerase làm cho nó có hoạt tính 3’–5’ exonuclease bị yếu đi hoặc tăng nên – gây tăng hay kháng cự phát sinh đột biến của kiểu gen. Trường hợp yếu -> tăng phát sinh đột biến: kiểu gen có hoạt tính gây tăng sự đột biến (mutator). Trường hợp hoạt tính 3’ – 5’ exonuclease tăng -> giảm phát sinh đột biến: kiểu gen có hoạt tính gây giảm hoặc kháng cự sự phát sinh đột biến (antimutator). Hoạt tính của các gen kiểm tra ADN - lygase, các protein trong hệ thống tái bản cũng ảnh hưởng tới hiệu quả răng hay giảm sự phát sinh đột biến. Những biến đổi của 1 số gen chịu trách nhiệm về quá trình sửa chữa ADN -> gây hiệu quả tăng hoặc kháng cự sự phát sinh đột biến. 5.3.3. Phân lập các thể đột biến Tách các thể đột biến phải dựa vào đối tượng sinh vật và dạng đột biến a. Đột biến trông thấy: là đột biến mà kiểu hình của chúng có thể quan sát được bằng mắt thường hoặc qua các dụng cụ quang học. Ví dụ: Màu mắt, hình dạng cách, màu thân ở ruồi giấm.. Màu lông ở động vật Màu cách hoa ở thực vật Khuẩn lạc xù xì so với khuẩn lạc trơn nhẵn ở nấm men Khuẩn lạc nhỏ so với khuẩn lạc lớn do đột biến thiểu năng hô hấp Khuẩn lạc màu hồng (mất khả năng tổng hợp adenin) thay vì màu trăng sữa ở nấm mem ........... b. Đột biến sinh trưởng - Dùng phương pháp đánh dấu để phát hiện đột biến khuyết dưỡng Dịch huyền phù có chứa các tế bào đột biến và không đột biến được cấy trên đĩa thạch có môi truờng đủ -> mọc thành khuẩn lạc riêng rẽ. Sau đó áp mặt con dấu nhung nên mặt thạch môi trường đủ in các khuẩn lạc nên mặt nhung. Dùng con dấu này in nên mặt thạch có môi trường tối thiểu, ủ nhiệt độ thích hợp. Những khuẩn lạc mọc trên môi truờng đủ mà không mọc trên môi trường tối thiểu chính là các đột biến khuyết dưỡng. - Phương pháp làm giàu môi trường một cách hạn chế -> phát hiện đột biến khuyết dưỡng. Các tế bào đột biến và các tế bào không đột biến được cấy lên môi trường thạch thiểu có chứa 1 số hạn chế các chất dinh dưỡng cần thiết sao cho mỗi tế bào mọc thành một khuẩn lạc riêng rẽ. Sau khi ủ 1-2 ngày xuất hiện các khuẩn lạc to và nhỏ. Khuẩn lạc nhỏ: là các thể đột biến vì sau khi dùng hết số lượng hạn chế chất dinh dưỡng cần thiết trong môi trường chúng không thể mọc thêm được nữa. Khuẩn lạc to: không đột biến vẫn sinh trưởng tiếp. c. Đột biến có điều kiện Đột biến mẫn cảm với nhiệt độ: mọc không tốt hoặc hoàn toàn không mọc ở nhiệt độ cao hoặc thấp -> dễ dàng phân tách bằng phương pháp đánh dấu rồi sau đó ủ các khuẩn lạc đã đánh dấu ở nhiệt độ cao hoặc thấp. 5.4. đột biến tự nhiên và nhân tạo 5.4.1. Quá trình đột biến tự nhiên - Đột biến tự nhiên xuất hiện do tác động của tổ hợp các yếu tố (vật lý, hóa học...) có trong môi trường sống và do những biến loạn trao đổi chất trong tế bào. - Đột biến tự nhiên xuất hiện với tần số thấp. Mức đột biến tự nhiên của các gen cũng là một khía cạnh biểu hiện tính thích nghi của loài. - Những yếu tố cơ bản ở môi trường sống làm tăng tần số đột biến tự nhiên là: + Tăng nền phóng xạ tự nhiên. +Tăng những hóa chất có khả năng gây đột biến do hoạt động của con người. +Sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ. 5.4.2. Đột biến phóng xạ - Thường dùng tia g,c tia cực tím trong các thực nghiệm gây đột biến nhân tạo. - Cơ chế tác động của tia phóng xạ: + Tác động thẳng (thuyết bia): Năng lượng chiếu xạ bắn phá trực tiếp vào các cấu trúc của tế bào, gây ra những tổn thương riêng biệt. Theo cơ chế này những tổn thương tỷ lệ với liều lượng chiếu xạ. + Tác động gián tiếp (thuyết ion hóa): Phóng xạ gây ion hóa khi xâm nhập vào đối tượng bị chiếu, năng lượng va chạm đã tạo ra các gốc tự do có khả năng hóa hợp cao. Các gốc tự do là yếu tố gián tiếp có tác dụng đột biến ở ADN. Ví dụ: hiệu ứng oxy - Đơn vị liều lượng chiếu xạ: R (rơnghen) 1rad = 1.07r - Thang liều lượng thường được chia làm 3 mức sau: + Nhẹ: gây hiệu quả kích thích +Tối ưu: thu được phổ và tần số đột biến lớn, tế bào có sức sống đảm bảo. + Gây chết: tế bào hầu như mất sức sống. - Trong cơ thể đa bào , các đối tượng tế bào chiếu xạ có mức độ mẫn cảm với phóng xạ khác nhau. Phóng xạ có thể gây đột biến khi xử lý vào tất cả các giai đoạn của vòng đời tế bào. Tuy nhiên, tùy từng giai đoạn mà cho từng tần số đột biến khác nhau. - Phóng xạ còn gây các đột biến như: mất đoạn, chuyển đoạn, đảo đoạn, bán gây chết, gây chết... y =k+ad y: tần số đột biến quan sát được k:tần số đột biến tự nhiên d:liều lượng phóng xạ (r) a: hệ số diễn tả mức độ mẫn cảm với phóng xạ của đối tượng chiếu 5.4.3. Đột biến hóa học - Nhóm hóa chất gây đột biến + Nhóm hợp chất alkyl hóa: tan trong dung dịch -> gốc alkyl Khi thấm vào tế bào các gốc alkyl thâm nhập vào sợi NS -> quá trình alkyl hóa ADN (pha S) -> đột biến. + Nhóm hợp chất oxy hóa khử: HNO2, H2O2... Có khả năng khử nhóm amin trong phân tử các gốc bazơ của ADN-> biến đổi về thành phần bazơ trong ADN -> đột biến + Các chất đồng đẳng bazơ: 5BU... Làm thây thế các gốc bazơ, kìm hãm sự tổng hợp ADN + Các thuốc nhuộm kiềm tính: acridin... - Cơ chế tác động gây đột biến - Thang nồng độ chia 3 mức: nhẹ, tối ưu, gây chết 5.4.4. Khả năng ứng dụng của đột biến thực nghiệm trong chọn giống - Gây đột biến thực nghiệm là phương pháp tạo vật liệu khởi đầu cho chọn giống và cải tiến một số tính trạng ở cây trồng. - Gây đột biến nhân tạo có hiệu quả ứng dụng tốt đối với những cây tự thụ phấn, cây sinh sản sing dưỡng. Những ưu thế và hướng ứng dụng của 2 nhóm này: (5 kết luận – tr223-224) 5.5. Đột biến cấu trúc NST 5.5.1. Mất đoạn - Đoạn mất có thể ở đầu mút hoặc ở bên trong NST với các độ lớn khác nhau. + Mất đoạn ở đầu mút: Hình thành do đứt đoạn ở gần đầu mút của 1 cách hoặc 2 cách NST A B C D E F G H mất đoạn đầu mút B C D E F G H Hiệu quả của đứt NST trước lúc tái bản và nối hai đầu đứt của hai cromatit đứt tương đồng. + Mất đoạn trong: Có thể được tạo thành do tạo thành nút, điểm chéo bị đứt, đoạn đỉnh nối lại với đọan mang tâm động, còn hai đầu của đoạn giữa đứt ra nối lại tạo thành vòng. Khi tiếp hợp giữa NST mất đoạn trong và NST bình thường -> hình thành nút chứa gen tương ứng với đoạn bị đứt. (Hình 9.1.- tr226) - Mất đoạn có thể ảnh hưởng tới sự phát triển của tế bào và sức sống của cơ thể. - Thông qua phân tích di truyền và phân tích tế bào để xác định vị trí của gen trên NST (Hình 9.2 – tr 227) - Ví dụ: Người NST 21 bị mất đoạn -> ung thư 5.5.2. Lặp đoạn - Là hiện tượng 1 đoạn được lặp lại 1 lần hay 1 số lần trên 1 NST. - Gồm: theo vị trí và trình tự của đoạn lặp lại so với đoạn ban đầu: + Lặp lại liên tiếp nhau (lặp đoạn cùng chiều) (1) + Lặp liên tiếp có đảo đoạn (lặp đoạn ngược chiều (2) + Đoạn lặp bị dịch chỗ (lặp đoạn chuyển vị trí) (3) A B C D E F G H (NST bình thường) A B C B C D E F G H (1) A B C C B D E F G H (2) A B C D E F B C G H (3) - Lặp đoạn có thể xảy ra do trao đổi chất không cân giữa hai NST tương đồng -> 1 sợi NST thêm một đoạn, 1 sợi NST mất 1 đoạn. Sau khi tách tâm động sẽ tạo ra 1 NST đơn có đoạn lặp lại 1 lần và 1 NST đơn bị thiếu đoạn. - Lặp đoạn có thể xảy ra do trao đổi chất không cân giữa các cromatit không chị em của 2 NST tương đồng. - Ví dụ: đột biến trội mất thỏi B(bar) do lặp đoạn nhỏ (16A) ở ruồi giấm (Hình 9.3 – tr228) 5.5.3. Đảo đoạn - Ở NST, 1 đoạn nào đó bị đảo ngược 1800 gọi là đảo đoạn. Gồm: + Đảo đoạn mang tâm động +Đảo đoạn không mang tâm động -> làm thay đổi trật tự các gen trên NST. - Đảo đoạn thường xuất hiện theo cơ chế đứt - nối lại: sợi NST vòng lại sự đứt xảy ra ở điểm mút, khi nối lại có thể làm đảo trật tự. (Hình 9.4.- tr229) - Trong giảm phân, sự tiếp hợp giữa NST bình thường và NST đảo đoạn rất khó khăn, vùng đảo tạo thành hình uốn -> hình thành nút lồi lớn. - Đảo đoạn có ý nghĩa lớn trong phân hóa loài. - Đảo đoạn hạn chế trao đổi chất. 5.5.4. Chuyển đoạn - Chuyển đoạn là hiện tượng chuyển 1 đoạn NST gắn vào vị trí mới trên cùng 1 NST hoặc vào NST khác không tương đồng. - Gồm: + Chuyển đoạn trong 1 NST: Chuyển đoạn cùng cách (1) và chuyển đoạn khác cách (2) + Chuyển đoạn giữa các NST không tương đồng: Chuyển đoạn không tương hỗ: Chuyển đoạn cuối (3) và chuyển đoạn trong (4) Chuyển đoạn tương hỗ: Chuyển đoạn đối xứng (5) và chuyển đoạn không đối xứng (6). - Chuyển đoạn không tương hỗ: 1 NST cho 1 NST khác không tương đồng một NST. Chuyển đoạn Robertson. (Hình 9.6. –tr231) Hai NST tâm mút đứt và 1 nST cho NST kia 1 đoạn dài để tạo thành 1 NST tâm lệch và 1 NST có hai vai ngắn. a b c d e f g h k l m n o p q r a b c d e f g h a b c d e f g h k l m n o p q r k l m n o p q r a b c f g h a b c d e f k l m n d e o p q r k l m n o p q r g h (4) - Chuyển đoạn tương hỗ: các NST không tương đồng trao đổi với nhau bằng các đoạn. a b c d e f g h a b c d e f g h k l m n o p q r k l m n o p q r a b c d e p q r a b c d e f g h k l m n o f g h k l m n o p q r (5) (6) (5)- 2 NST, mỗi NST 1 tâm động (6)- 1 NST chứa 2 tâm động, 1 đoạn không mang tâm động Ngoài ra còn chia chuyển đoạn tương hỗ thành: chuyển đoạn tương hỗ đồng hợp (7) và chuyển đoạn tương hỗ dị hợp (8) a b c d e p q r a b c d e f g h a b c d e p q r a b c d e p q r k l m n o f g h k l m n o f g h k l m n o f g h k l m n o p q r (8) (7) – hình thành khi cả 4 NST thuộc 2 cặp NST tương đồng tham gia trao đổi đoạn (8)– hình thành do trao đổi đoạn giữa 2 NST không tương đồng. - Chuyển đoạn làm thay đổi nhóm gen liên kết -> tạo ra các liên kết gen mới. - Chuyển đoạn ảnh hưởng đến độ hữu dục (giao tử không cân đối). Có ý nghĩa trong tiến hóa hình thành loài mới. - Trong thực nghiệm, chuyển đoạn thường được áp dụng để chuyển gen mong muốn từ NST này sang NST khác. 5. 6. Đa bội thể 5.6.1. khái niện, phân loại - Đa bội thể là sự tăng số lượng cả bộ đơn bội của các NST. 3n – tam bội, 4n - tử bội... - Gồm: + Đa bội thể nguyên (euploid): bộ NST trong nhân tế bào chứa 1 số nguyên lần số tổ hợp đơn bội NST. Tự đa bội thể (autopolyploid): đa bội thể cùng nguồn Dị đa bội thể (allopolyploid) : đa bội thể khác nguồn + Đa bội thể lệch: bộ NST trong nhân tế bào của nó chứa không phải nguyên lần số tổ hợp đơn bội NST. 5.6.2. Sự hình thành đa bội thể cùng nguồn a. Cơ chế hình thành - Do rối loạn trong quá trình phân bào: + Chỉ có nhân phân chia mà tế bào không phân chia hoặc nhân sau lúc phân chia không phân ly. + Có sự gấp bội NST sau lúc phân chia không phân ly về các cực hay phân ly không đều. + Có sự gấp bội NST mà không có sự phân ly của chúng về hai cực. Sự rối loạn của quá trình nguyên phân có thể xảy ra ở các tế bào soma hoặc vào thời kỳ phân chia thứ nhất của hợp tử: * Các mô hoặc cơ thể đa bội được hình thành từ những tế bào đa bội thường thể hiện không hoàn toàn - thể khảm. * Nếu sự tăng bội bộ NST xảy ra vào thời kỳ phân chia thứ nhất của hợp tử thì tất cả các tế bào phôi sẽ là đa bội – cơ thể đa bội hoàn toàn. Sự rối loạn trong quá trình phân ly NST có thể xảy ra trong lúc hình thành tế bào sing dục. Sự không phân ly của các NST về 2 cực trong giảm phân- hình thành giao tử lưỡng bội. Sự thụ tinh xảy ra giữa các giao tử này – cơ thể tứ bội. (Hình 9.7- tr232 và 9.8 –tr 233) - Do quá trình lai tạp b. Phương pháp gây tạo - Colchixin: phá hủy sợi tơ vô sắc làm cho NST không vận động được về hai cực của tế bào. - Choáng nhiệt. - Các phytohoocmon trong nuôi cấy invitro - xuất hiện thể đa bộ. - Mô sẹo tái sinh ở in vivo - xuất hiện thể đa bội. - Lai giữa các dạng đa bội: 2n x 4n -> 3n... 5.6.3. Đặc điểm giảm phân và phân ly tính trạng của da bội cùng nguồn a. Đặc điểm giảm phân - Do có mặt một số lượng lớn các NST tương đồng nên sự tiếp hợp giữa chúng gặp nhiều khó khăn. - Thể tự tứ bội: trong kỳ trước của giảm phân. Các NST tương đồng có thể đứng đơn độc (thể đơn trị - univalent) hoặc tiếp hợp thành nhóm hai cái (thể lưỡng trị - bivalent) hay từng nhóm 3 cái (thể tam trị - trivalent) hoặc từng nhóm 4 cái (thể tứ trị - tetravalent). -> xuất hiện sự phân chia không đồng đều về các NST – hình thành các bào tử có số lượng NST thừa hoặc thiếu so với bình thường - thường bất dục. - Những dạng đa bội thể (3n...) không có sự cân bằng trong NST nên giảm phân ở chúng bị rối loạn - bất dục hoàn toàn. b. Đặc điểm phân ly tính trạng Trong giảm phân của thể tự tứ bội dị hợp tử về gen A ta có các kiểu gen đồng hợp tử và dị hợp tử sau: AAAA - trị bốn AAAa- trị ba AAaa - trị hai Aaaa - trị một Aaaa - trị không - Chúng có nhiều kiểu gen dị hợp - rất phức tạp trong sự phân ly kiểu gen. (Bảng 9.1 – tr235) Sự phân ly dạng lưỡng bội và thể tự đa bội khi có sự dị hợp tử về nhiều cặp gen: Mức độ dị hợp tử Lưỡng bội Tự tứ bội Dị hợp tử về 1 cặp gen 3:1 35:1 Dị hợp tử về 2 cặp gen (3:1)1 (35:1)1 Dị hợp tử về 3 cặp gen (3:1)3 (35:1)3 ................. Dị hợp tử về n cặp gen (3:1)n (35:1)n Nhận xét: Sự phân ly kiểu gen ở đa bội cùng nguồn rất phức tạp, trong đó các kiểu gen dị hợp tử chiếm tỷ lệ rất lớn. Xác suất để chọn lọc được kiểu gen đồng hợp tử lặn là rất thấp. - Một số đặc điểm ứng dụng khi làm việc với quần thể đa bội: + Quần thể đa bội có sự đa dạng rất lớn về các kiểu gen, phần lớn bao gồm các kiểu gen dị hợp tử. + Sự xuất hiện những kiểu gen lặn ở quần thể cây đa bội là rất hiếm. Sự thể hiện tính trạng là kết quả đa dạng về những tương tác của các gen trong kiểu gen đa bội. + Tính đa dạng và dị hợp tử cao về kiểu gen - kiểu có hiệu ứng ưu thế lai có giá trị cho chọn lọc. Những kiểu này duy trì qua sinh sản sinh dưỡng. + Sinh sản hữu tính xen kẽ với những chu kỳ nhân vô tính là ưu thế thích ứng cơ bản và tuyệt vời của quần thể loài đa bội. 5.6.4. Dãy đa bội, đa bội thể trong tự nhiên - Ở thực vật, nhiều loài họ hàng với nhau khi xếp thứ tự theo chiều tăng về số lượng NST, thì hình thành một dãy theo bội số tăng dần của 1 số NST cơ bản nào đó (x) - gọi là dãy đa bội. - Ví dụ : Khoai tây (x= 12): 24, 36, 48, 60, 72, 96 , 104, 144 Lúa mỳ: (x=7) Triticum monococum 2x=14 T. durum 2x=48 T. oestium 6x=42 ............... - Một số đặc điểm nông sinh học của cây đa bội: + Kích thước một số cơ quan sinh dưỡng (lá, thân...)lớn, tế bào sợi dài, kích thước hoa quả, hạt lớn hơn cây lưỡng bội. Tuy nhiên, số lượng hạt trong quả thường ít. + Kích thước khí khổng khá lớn. Tốc độ phân ly chậm hơn cây lưỡng bội. Cây đa bội có tốc độ nảy mầm chậm, thời gian sinh trưởng dài. 5.6.5. Đa bội khác nguồn - Trong tế bào, hai bộ NST có nguồn gốc khác nhau (của hai loài) được bội hóa lên gội là đa bội khác nguồn (song lưỡng bội). - Ví dụ: Bắp cải x củ cải (Hình 9.10 - 9.11- tr238) - Đa bội thể khác nguồn có ý nghĩa lớn trong tiến hóa hình thành loài mới ở thực vật. - Con đường hình thành loài bằng lai xa kết hợp đa bội hóa - gọi là tái tổng hợp loài. (Hình 9.12 - tr239) 5.7. Lệch bội 5.7.1. Nguyên nhân hình thành - Hiện tượng đa bội lệch là trường hợp ở bộ NST có sự thay đổi số lượng theo từng cặp NST. - Gồm: Thể 1 (2n-1) Thể ba (2n+1) Thể không (2n-2) Thể bốn (2n+2) - Sự hình thành thể lệch bội: + Trong phân bào nguyên nhiễm hay giảm nhiễm, thì lý do nào đó mà 1 hay vài NST bị rơi không chạy về hai cực của tế bào. + Ở phân bào giảm nhiễm, khi 2 NST tương đồng tiếp hợp với nhau mà không phân chia, cả hai dồn về một tế bào - hình thành các giao tử thừa và giao tử thiếu theo 1 NST nào đó. Các dạng thừa, thiều, bình thường về số lượng NST phối hợp với nhau tạo nên nhiều thể lêch bội khác nhau. Ví dụ: n x (n -1) – 2n -1 n x (n+1) – 2n +1............ Ở con lai xa thường có rối loạn trong phân chia các NST – hình thành các giao tử có biến động về số lượng NST ở 1 số đôi – các dạng lệch bội. Ví dụ: cà độc dược, lúa mỳ, ngô, bông... (Hình 9.13 –tr240) - Các thể lệch bội do sự mất cân bằng trong bộ NST, do sự thiếu hụt những gen quan trọng nên dẫn tới các biến dị, dị hình, sức sống cơ thể giảm. - Trong quá trình hình thành giao tử, các NST thừa, thiếu ở tế bào trứng có khả năng thụ tinh cao hơn so với NST thừa, thiếu ở hạt phấn - hậu thế nhận được những NST thừa, thiều phần lớn là từ mẹ. (Bảng 9.4 - tr241) - Các thể lệch bội có ý nghĩa trong phân tích di truyền, xác định nhóm gen liên kết, trong các thực nghiệm chuyển, thay thế NST... 5.7.2. Đặc điểm của các thể lệch bội, các dạng lệch bội và những ứng dụng của chúng a. Thể không - Các thể không có sức sống kém, mức độ bất dục cao, khó duy trì. Dùng thể không để xác định nhóm liên kết của gen nghiên cứu. + Trường hợp gen nghiên cứu là đột biến lặn: (Hình 9.14a – tr242) + Trường hợp gen nghiên cứu là đột biến trội: (Hình 9.14b - tr242) b. Thể một - Là vật liệu để xác định nhóm liên kết gen + Trường hợp gen gnhiên cứu thể hiện lặn: (Hình 9.15a - tr243) + Truờng hợp gen nghiên cứu thể hiện trội: (Hình 9. 15b - tr243) - Thể một còn được sử dụng trong việc phân tích về đặc điểm di truyền của tính trạng quan tâm. c. Thể ba: - Ở thể ba, locus có theo 3 alen: AAA, Aaa, Aaa, aaa. Có hai kiểu dị hợp, mồi kiểu có sự phân ly khác nhau. (Bảng 9.5 - tr343) - 3 NST tương đồng của thể ba tiếp hợp trong giảm phân theo hai cách: + Theo 1 trị ba hoặc theo 1 lưỡng trị cộng với một đơn vị. (Hình 9.16 – tr144) - Để xác định nhóm liên kết của gen nghiên cứu: P. dạng 2n bình thường mang gen nghiên cứu x các thể ba F1 phân ly tính trạng có sai khác bình thường ->lai đúng + Trường hợp gen nghiên cứu là đột biến lặn: Ví dụ: Ngô r- đột biến hạt không màu R – có màu Nếu kiểu gen của thể ba là dị hợp tử: F1 có sự phân ly sai khác binhg thường P . % rr x & RRr Gp. r 1RR: 2Rr :2R:1r F1. 1RRr: 2Rrr: 2Rr:1rr - 5 có màu ; 1 không màu Kiểu gen thể ba là đồng hợp tử: F2 có sự phân ly khác bình thường (Hình 9.17 - tr245) + Trường hợp gen nghiên cứu thể hiện trội: F2 có sự phân ly tính trạng sai khác bình thường P. & aaa x % AA Gp. aa, a A F1. Aaa : Aa GF1 1aa : 2Aa : 2a: 1A F2. 2Aaa: 5Aaa: 2aaa: 4Aa: 1AA: 4aa ->12 A : 6a – 2 trội : 1 lặn 5.8. Đơn bội, nguyên nhân hình thành, các phương pháp gây tạo, ý nghĩa ứng dụng - Đơn bội là trường hợp có thể có số lượng NST giảm đi một nửa (bộ đơn bội) so với dạng bình thường (2n) của sinh vật lưỡng bội. - Cây đơn bội có kích thước nhỏ, sức sống yếu hơn so với cây lưỡng bội. Các cây đơn bội hầu như bất dục hoàn toàn. Muốn duy trì chúng phải nhân chúng qua sinh sản hữu tính. - Cây đơn bội luỡng bội hóa thành dạng hữu dục, đồng hợp tử về tất cả các gen. - Nguyên nhân xuất hiện cây đơn bội: + Do sinh sản vô phối n -> cây đơn bội tự lưỡng bội cây đơn bội lưỡng bội hóa. - Những phương pháp gây tạo cây đơn bội: + Các biện pháp nhằm tăng kết quả thu các phôi từ tế bào trứng mà không có phối hợp nhân của tinh trùng. Phấn đã qua chiếu xạ để gây bất hoạt hóa tinh trùng đem thụ tinh cho nhụy cái. Xử lý hạt phấn bằng choáng nhiệt Thụ phấn của cây khác loài để kích thích bào trứng phát triển thành phôi + Biện pháp tạo cây đơn bội bằng lợi dụng hiện tượng đào thải NST sau thụ tinh: Phương pháp tạo cây đơn bội bằng nuôi cấy tiểu bào tử. - Ý nghĩa ứng dụng của cây đơn bội: + Đột biến được gây ở mức đơn bội, sau khi lưỡng bội hóa -> phát hiện được gen đột biến. +Gây tạo cây đơn bội hóa bằng lưỡng bội hóa cho phép trong thời gian ngắn thu được dòng thuần - đồng hợp tử ở các gen. + Tế bào đơn bội là đối tượng tốt cho chuyển nạp gen, dung hợp tế bào trần ở mức đơn bội. 5.9. Thường biến và mức phản ứng 5.9.1. Khái niệm về thường biến và mức phản ứng +Thường biến là những biến đổi trong thể hiện kiểu hình của các kiểu gen giống nhau ở những điều kiện tác động môi trường khác nhau. Môi trường 1 - kiểu hình 1 Môi trường 2 - kiểu hình 2 kiểu gen + Môi trường 3 - kiểu hình 3 -> các thường biến .............. Môi trường n - kiểu hình n - Mức phản ứng cho biết khả năng của một kiểu gen trả lời lại sự tác động của môi trường bằng thường biến của nó khác với thường biến của kiểu gen khác. 5.9.2. Những đặc điểm của thường biến, ý nghĩa, phân biệt thường biến và đột biến - Thường biến phụ thuộc vào đặc điểm tác động gây nên nó. - Mức độ thể hiện của thường biến tỷ lệ thuận với cường độ và trường độ của tác động nên chúng. - Thường biến có tính chất thuận nghịch, không di truyền được. - Thường biến có tính chất thích ứng. Chương 6. Di truyền quần thể 6.1. Khái niệm về quần thể và đa dạng di truyền trong quần thể 6.1.1. Quần thể - đơn vị cơ bản của quá trình tiến hóa - Quần thể là tập hợp các cá thể cùng 1 loài (cùng nguồn gốc phát sinh) được đặc trưng bởi các phương thức sinh sản và cùng chịu tác động của các yếu tố cơ bản trong môi trường sống. -> quần thể là đơn vị của quá trình tiến hóa. 6.1.2. Các dạng quần thể - Theo phương thức sinh sản: + Quần thể tự do giao phối ngẫu nhiên: các cá thể trong quần thể tự do giao phối với nhau. Thực vật giao phấn chéo + Quần thể tự phối: Khi giao tử đực và giao tử cái của cùng một cá thể phối hợp với nhau. Thực vật tự thụ phấn + Quần thể vô phối: - Dựa vào điều kiện môi trường sống: + Quần thể nhân tạo + Quần thể tự nhiên + Quần thể địa phương 6.1.3. Da dạng di truyền trong quần thể - Đa dạng di truyền: + Thể hiện trạng thái khác nhau của 1 locus + Đánh giá mức đa dạng di truyền của quần thể theo nguyên tắc sau: lựa chọn ngẫu nhiên các locus của genom Phát hiện tất cả các trạng thái alen của locus - Mức đa hình (P): số locus đa hình P = x100% tổng số locus nghiên cứu Ví dụ : Bảng 13.1 – tr314 - Mức dị hợp tử (H): số cá thể dị hợp H = x100% Tổng số cá thể nghiên cứu Ví dụ : Bảng 13.2 - tr315 Mức dị hợp tử là chỉ số đánh giá mức độ biến dị di truyền quần thể. - Khái niệm về vốn gen: Vốn gen là tập hợp tất cả các dạng di truyền (theo mỗi một tính trạng) của các cá thể ở các quần thể của một loài xác định. 6.2. Quần thể giao phối ngẫu nhiên 6.2.1. Tần số alen và tần số kiểu gen Ví dụ locus a : a1 ,a2 Số kiểu gen : a1a1, a1a2, a2a2 Tần số alen và tần số kiểu gen là hai thông số diễn tả cấu trúc của quần thể. Trong di truyền quần thể đối tượng nghiên cứu là 1 tập hợp, là một đơn vị thống nhất trong đó các thông số được diền tả dưới dạng các tần số. Tần số alen là tần số tương đối của alen trong vốn gen (tức là số bản sao của một alen trên tổng số tất cả các alen trong vốn gen). (Bảng 13.4 – tr316) 6.2.2. Định luật Hardi - Weinberg và những ứng dụng - Trong quần thể giao phối ngẫu nhiên, các cá thể tự do trao đổi giao tử 1c cách ngẫu nhiên để cho các kiểu gen ở thế hệ sau. A – p a - q p2 +2pq +q2 = (p+q)2 =1 A= p2 +1/2 . 2pq = p(p+q) = p a = q2 +1/2 . 2pq = q(p+q) =q - Quy luật: trong quần thể giao phối ngẫu nhiên có kích thước lớn, không có chọn lọc đột biến, di cư.... tần số các alen và tần các kiểu gen là không thay đổi qua các thế hệ. Nói cách khác, sự kế thừa di truyền trong quần thể giao phối ngẫu nhiên sẽ không dẫn tới sự thây đổi tần số các alen và tần số các kiểu gen, quần thể ở trạng thái cân bằng qua các thế hệ. - Điều kiện: + Quần thể có kích thước lớn + Các cá thể hữu dục, giao phối và phân ly các gen xảy ra bình thường, các giao tử hình thành có sức sống ngang nhau. + Sự phối hợp giao tử đực và cái ngẫu nhiên, hợp tử có sức sống -> phát triển thành cơ thể trưởng thành dữu dục. + Không chịu tác động của chọn lọc, đột biến, di cư, các yếu tố cách ly. - Ứng dụng : + Xác định trực tiếp tần số các alen và kiểm định quần thể cân bằng theo Hardi- Weiberg: (Bảng 13.5 – tr318) + Xác định gián tiếp tần số các alen. + Giao phối cân bằng + Tần số các kiểu gen của quần thể ban đầu có thể là bất kỳ, tuy nhiên sau thế hệ giao phối hoàn toàn ngẫu nhiên các kiểu gen có tần số trở nên cân bằng. ( Bảng 13.6 – tr319) 6.2.3. Tần số alen, tần số kiểu gen trường hợp locus có dãy alen 2 alen - số kiểu gen 3 3 alen - 6 4 alen - 10 ........... k alen - ½k(k+1) Locus a có các alen: a1, a2, a3, ....ak tần số: p, q, r ......k -> [p(a1) +q(a2) + r(a3) +.......+k(ak) ] 2 = 1 6.3. Tự phối và cận phối 6.3.1. Tự phối - Tự phối là trường hợp các giao tử đực và cái của cùng một các thể sinh vật lưỡng tính phối hợp với nhau tạo nên các hợp tử. - Biến thiên các tần số kiểu gen qua tự phối (Bảng 13.8 - tr322) - Nhận xét: + Tự phối làm giảm kiểu gen dị hợp tử (mỗi thế hệ giảm đi ½), tăng kiểu gen đồng hợp tử. + Sau nhiều đời tự phối lượng dị hợp tử không đáng kể gọi là dòng thuần. tổng số AA Độ thuần = x 100% tổng số (AA+Aa) Khái niệm dòng thuần: là tập hợp các cá thể có cùng kiểu gen đồng hơp jtử và tái sản theo phương thức tự thụ phấn. 6.3.2. Cận phối, suy thoái do cận phối - Cận phối (giao phối cận huyết) là trường hợp giao phối giữa những cá thể gần nhau về nguồn gốc phát sinh. - Giao phối gần phá vỡ quần thể giao phối ngẫu nhiên, phá vỡ cấu trúc quần thể - đồng hợp tử tăng và dị hợp tử giảm. - Hệ số cận thân (F) chỉ khả năng để xuất hiện các thể đồng hợp tử, hay xác suất để các alen gặp gỡ trở lại. - Công thức tính Fx: Theo phả hệ của một kiểu cận phối nào đó i: số tổ tiên chung của hai bố mẹ giao phối ns: số tổ tiên của bố tới trước tổ tiên nd: số tổ tiên của mẹ tới trước tổ tiên FA: hệ số cận thân của các tổ tiên Fa = 0 - Hệ số cận thân và biến đổi tần số các kiểu gen đồng hợp tử, dị hợp tử trong công thức Hardi – Weiberg: CT Hardi – Weiberg: p2(AA) +2pq(Aa) + q2(aa) = 1 Giả sử quần thể có xảy ra giao phối cận huyết với hệ số F - tần số các kiểu gen đồng hợp tử tăng, tần số các kiểu gen dị hợp tử giảm. AA : p2 +pqF Aa: 2pq – 2pqF Aa: q2 + pqF Tỷ số giữa các tần số xuất hiện các kiểu lặn có hại do cận phối trên tần số này ở trường hợp giao phối ngẫu nhiên gọi là chỉ số nguy hiểm do cận phối. - Một số kiểu giao phối cận huyết: + Tự phối + Bố con, mẹ con: Fx = 1/4 + Anh chị em ruột : Fx=1/4 + Nửa anh em: Fx = 1/8 + Cô cháu, chú cháu: Fx= 1/8 + Anh chị em con cô con cậu: Fx= 1/16 + Con cô con cậu kép: Fx = 1/8 - Cận phối hệ thống: + Cận phối hệ thống là trường hợp cận phối xảy ra ở nhiều đời liên tục - hệ số cận thân sẽ thay đổi liên tục. + Công thức tính các kiểu cận phối liên tục (Bảng 13.10 –tr327) + Bảng 13.11- tr328 - cận phối liên tục qua các thế hệ dẫn tới sự tăng liên tục lượng đồng hợp tử. Tốc độ tăng nhanh hay chậm phụ thuộc vào mức độ gần trong cận phối. Ở tự phối tăng nhanh, ở fullsibs tăng chậm hơn, chậm hơn cả là halfsibs. - Suy thoái do cận phối: + Hiện tượng suy thoái do cận phối là ở các dòng cận phối xảy ra sự suy giảm mức thể hiện của một loạt tính trạng, suy yếu sức sống và tính thích ứng của cơ thể. + Nnguyên nhân di truyền của sự suy thoái cận phối: Các gen lặn có hại được tăng cơ hội trở thành đồng hợp tử - suy giảm sức sống và khả năng thích ứng của cơ thể. Chuyển dịch giá trị trung bình quần thể về phía các alen lặn. -> Công thức ước lượng mức độ giảm giá trị trụng bình quần thể khi xảy ra cận phối: MF – MP = -2 dpqF MF và Mp: giá trị trung bình quần thể khi xảy ra cận phối và trường hợp bình thường. p: Tần số trung bình các gen trội q: Tần số trung bình các gen lặn F: hệ số cận thân d: giá trị thể hiện của các dị hợp tử 6.3.3. Gánh năng di truyền của quần thể - Sự tồn tại, tích lũy ngày càng nhiều các đột biến (lặn) có hại ở một quần thể nào đó được xem như một gánh lặng di truyền mà quần thể phải chịu đựng. 6.4. Tác động của đột biến, dịch gen, di cư tới thay đổi cấu trúc di truyền của quần thể 6.4.1. Tác động của đột biến - Đột biến là cơ sở tạo ra sự đa dạng di truyền. Sự xuất hiện liên tục các đột biến tự nhiên gây nên biến đổi về cấu trúc di truyền trong quần thể: + Sự xuất hiện các dạng đột biến và sự tích lũy của chúng trong quần thể gây nên biến đổi tần số các gen qua các thế hệ, ở đây không có tác động của chọn lọc để quyết định đến số phận của các đột biến. + Các đột biến chịu tác động của chọn lọc, mối quan hệ giữa xuất hiện các đột biến và cường độ chọn lọc – cân bằng giữa đột biến và chọn lọc. - Giả sử đột biến xảy ra ở locus chỉ theo chiều thuận a1 – a2: Tần số alen: p(a1), q(a2) Nếu tần số alen a1 ban đầu là p0, sau một thế hệ đột biến a1 – a2: up0 Tần số alen a1 sau một thế hệ : p1 = p0 – up0 = p0(1- u) Ở thế hệ tiếp theo tần số alen a1: p2= p1 – up1= p1(1-u) p2= p0(1- u)(1- u) =p0(1- u)2 Tổng quát: Tần số alen a1 ở thế hệ t: pt =p0(1-u)t Khi đột biến a1- a2, qua các thế hệ alen a1 giảm, a2 tăng - Đột biến xảy ra chỉ theo chiều nghịch a2- a1, tần số v: qt = q0(1-v)t - Khi đột biến thuận và nghịch xảy ra đồng thời: u v a1Û a2 Dp = vq – up 6.4.2. Dịch gen - Quá trình biến đổi tần số các alen do các nguyên nhân ngẫu nhiên liên quan tới liều lượng các thể của quần thể gọi là dịch gen. (Bảng 13.15 – 344) 6.4.3. Di cư - Quần thể thay đổi tần số alen do sự di nhập các cá thể từ quần thể di cư sang quần thể nhập (quần thể bản địa) gọi là sự di nhập gen. 6.5. Tác động cỉa chọn lọc tới sự thay dổi cấu trúc di truyền của quần thể 6.5.1.Khái niện chọn lọc tự nhiên, giá trị thích ứng và hệ số chọn lọc a. Chọn lọc tự nhiên: Là quá trình sống vượt qua các nhóm cá thể nào đó mà có các kiểu gen đảm bảo cho chúng có khả năng thích ứng với điều kiện môi trường cao hơn, chúng tái sản đời con mạnh hơn các nhóm khác. Gồm: - Chọn lọc kiên định - Chọn lọc thúc đẩy - Chọn lọc phân kỳ b. Giá trị thích ứng và hệ số chọn lọc: - Giá trị thích ứng (w) cảu cơ thể được thể hiện ở nhiều khía cạch như khả năng sinh trưởng, chống chịu, độ hữu dục của giao tử, khả năng cạnh tranh sinh sản... chúng quyết định hiệu quả sinh sản của cá thể, nhóm cá thể. - w biến đổi từ 1- 0 - Hệ số chọn lọc (S) : S= 1- w biến đổi từ 0 - 1 ( Bảng 13.12 – tr338) 6.5.2. Chọn lọc đào thải kiểu lặn ( Bảng 13.13 – tr339) - Trường hợp S= 1 CTTQ ở thế hệ chọn lọc t : Chọn lọc đào thải các kiểu lặn diễn ra chậm. Ngay cả khi S= 1, sau một số thế hệ cùng không thể loại trừ hết các gen lặn vì chúng còn tàng trữ trong kiểu gen di hợp tử. Mặc dù chọn lọc với hệ số cao nhất, song qua rất nhiều thế hệ vẫn không thể loại bỏ hoàn toàn alen lặn khỏi quần thể. 6.5.3. Cân bằng giữa đột biến và chọn lọc - Quần thể đột biến có xu hướng làm tăng sự xuất hiện các alen đột biến, ngược lại chọn lọc có xu hướng đào thải các gen lặn có hại. Ở quần thể có thể xảy ra: cứ có bao nhiêu alen xuất hiện do đột biến thì chọn lọc lại đào thải đi bấy nhiêu - giữa đột biến và chọn lọc hình thành 1 thế cân bằng – trong quần thể tần số alen vẫn được ổn định. 6.5.4. Ưu thế thích ứng của các dị hợp tử, một số mô hình tác động chọn lọc khác - Ưu thế thích ứng của các dị hợp tử - Một số mô hình tác động chọn lọc khác + Trường hợp kiểu lặn có ưu thế thích ứng cao hơn kiểu trội KG AA Aa aa S 1-S 1-S 1 Spq2 Dp = 1-S+sq2 pq2 S=1 :Dp = = - p 1-1+q2 - Trường hợp các kiểu đồng hợp tử có sức sống cao hơn các kiểu dị hợp tử KG: AA Aa aa S 1 1-S 1 Spq(q - p) Dq = 1- 2Spq Dq>0 khi q>0,5 Dq<0 khi q<0,5 p= q -> Dq = 0 - quần thể trở nên cân bằng. - Mô hình tác động chọn lọc chung theo 1 locus: (Bảng 13.14 – tr343) Nhận xét: + Tích pq luôn luôn >0; =0 khi p hoặc q=0. Dq nhỏ khi p, q có giá trị gần tới 1 và gần tới 0. Dq có giá trị lớn khi p, q là các giá trị ở khoảng giữa. + Khi S1>S2>S3 - quần thể hướng tới giầu các alen A2. S3>S2>S1 - quần thể hướng tới giàu alen A1. S2>S1 và S3 - quần thể đạt tới sự cân đối giữa alen A1 và A2.