Di truyền học Mendel

DI TRUYỀN HỌC MENDEL I/ Mendel và một số khái niệm: Gregor Mendel_Newton của sinh học: Gergor Mendel sinh ngày 22 tháng 7 năm 1822, mất ngày 6 tháng 1 năm 1884. Ông sinh ra cùng thời với L.Pasteur, Darwin. Sinh ra trong gia đình nông dân nghèo ở Silesie, nay thộc Tiệp Khắc. Khi còn học trung học ông đã thể hiện nhiều khả năng thông minh, có chí hướng trở thành nhà giáo, dạy khoa học tự nhiên. Do điều kiện sống thiếu thốn, ông vào tu viện thành phố để tiếp tục học thành nhà giáo. Thưở đó tu viện có lệ đặc biệt là các thầy dòng phải giảng dạy các môn khoa học cho các trường thành phố, nên họ thường tiến hành các nghiên cứu khoa học. Tu viện cử Mendel đi học ở đại học Viên (Áo) từ 1851 đến 1853. Khi trở về ông giảng dạy các môn khoa học tự nhiên như toán và vật lý.. Từ năm 1856 đến năm 1863, Mendel tiến hành thí nghiệm ở đậu Hà Lan (Pisum sativum) trên mảnh vườn nhỏ trong tu viện. Ông đã trồng khoảng 37.000 cây và quan sát đặc biệt chừng 300.000 hạt. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trước “Hội đồng các nhà tự nhiên học” ở Brno năm 1865 và được công bố năm 1866. Mendel đã nhờ có phương pháp thí nghiệm độc đáo chứng minh sự di truyền do các nhân tố di truyền và dùng các ký hiệu số học đơn giản biểu hiện các quy luật truyền thụ tính di truyền. Phát minh này đặt nền móng cho di truyền học, nó rất căn bản và là thành phần kiến thức không thể thiếu ở bậc trung học phổ thông. Phương pháp thí nghiệm của Mendel: a/ Đối tượng nghiên cứu: Mendel chọn đậu Hà Lan làm đối tượng thuận tiện cho nghiên cứu (có lẽ do dễ trồng và có nhiều tính trạng phân biệt rõ ràng, là cây hằng năm, tự thụ phấn nghiêm ngặt nên dễ tạo dòng thuần). Các thí nghiệm của ông đã làm cho đậu Hà Lan trở thành đối tượng mô hình đầu tiên của di truyền học. Ngày nay, việc chọn đối tượng mô hình là công việc quan trọng hàng đầu cho bất kỳ nghiên cứu sinh học thực nghiệm nào. b/ Tính trạng hay dấu hiệu: Thông thường khi quan sát các loài sinh vật khác nhau sẽ thấy chúng có những nét dễ dàng nhận biết, đó là các tính trạng (character) hay dấu hiệu (trait). Ở mắt người có thể là đen, nâu, xanh hoặc xám; tóc có thể vàng, nâu hoặc đen. Ngoài những tính trạng hình thái dễ quan sát, còn có những tính trạng bên trong liên quan đến các phản ứng sinh hoá, các biểu hiện sinh lý thậm chí có các biểu hiện của những tính trạng tâm thần. Mendel đã tài tình việc lựa chọn bảy cặp tính trạng chất lượng có biểu hiện rõ ràng. Các cặp tính trạng này được gọi là cặp tính trạng chất lượng vì trong mỗi cặp có sự tương phản dễ ghi nhận như tròn và nhăn hay vàng với lục. c/ Cách tiến hành: Ông đã đề ra phương pháp nghiên cứu di truyền đúng đắn, gọi là phương pháp di truyền giống lai. Những nét đặc trưng của phương pháp này là : Chọn đối tượng nghiên cứu đặc biệt là đậu Hà Lan có đặc tính tự thụ phấn nghiêm ngặt nên dễ tạo dòng thuần. Tạo dòng thuần chủng trước khi lai giống. Phân tích tính di truyền phức tạp của sinh vật thành những tính trạng tương đối đơn giản bằng cách ban đầu chỉ nghiên cứu sự di truyền của 1 cặp tính trạng tương phản, về sau mới nghiên cứu sự di truyền của một vài cặp tính trạng tương phản. Ông dùng thống kê toán học để phân tích và rút ra quy luật di truyền các tính trạng của bố mẹ cho các thế hệ sau. Cách phát biểu các quy luật của Mendel: Mendel không hề có sự phân biệt căn bản nào khi ghi nhận các kết quả lai đơn tính và đa tính nên đã đi đến kết luận như sau: “ Hậu thế của các con lai, kết hợp trong bản thân chúng vài tính trạng tương phản về căn bản khác nhau là thành viên của một dãy tổ hợp, trong dãy này có kết hợp các dãy của sự phát triển của mỗi cặp tính trạng tương phản” . Đồng thời cũng chứng minh rằng hành tung trong tổ hợp lai của mỗi cặp tính trạng tương phản không phụ thuộc vào những cặp tính trạng tương phản ở cả hai cha mẹ ban đầu và vì thế các tính trạng tương phản ổn định, mà thường gặp ở những dạng khác nhau của một nhóm thực vật có họ hàng thân thuộc với nhau, có thể gia nhập vào các tổ hợp có thể có được theo các nguyên tắc về tổ hợp. Đầu thế kỉ thứ 20, sự truyền thụ các tính trạng di truyền được phát biểu thành 3 quy luật di truyền Mendel như sau: Quy luật đồng nhất của thế của thế hệ con lai thứ nhất hay quy luật tính trội. Quy luật phân ly tính trạng. Quy luật phân ly độc lập. Sau này, đa số các nhà di truyền học phát biểu thành 2 quy luật: Quy luật phân ly hay quy luật giao tử thuần khiết. Quy luật phân ly độc lập. Các khái niệm, thuật ngữ căn bản: Gen: Nhân tố di truyền xác định các tính trạng của sinh vật như hình dạng hạt, màu sắc, trái và hoa… Allele: Các trạng thái hác nhau của một gen. Nhu gen hình dạng hạt có hai allele là trơn và nhăn. Đồng hợp tử: Các cá thể có 2 allele giống nhau như AA và aa. Dị hợp tử: Các cá thể có 2 allele khác nhau như Aa. Kiểu gen: Tập hợp các nhân tố di truyền của cá thể. Kiểu hình: Là biểu hiện của tính trạng, nó là kết quả của sự tương tác giữa kiểu gen với môi trường. Lưu ý: Trong thực tế, 2 khái niệm kiểu gen và kiểu hình được dùng không chính xác theo định nghĩa mà chỉ nhằm vào một số ít gen hay tính trạng. Đúng ra là “kiểu gen một phần” và “kiểu hình một phần” II/ Lai đơn tính và quy luật phân ly: Lai đơn tính là quá trình lai trong đó cha mẹ khác nhau theo một cặp tính trạng. 1) Thí nghiệm trên đậu Hà Lan: 2) Lai phân tích (Test-cross): -Mendel cho rằng mỗi tính trạng do một cặp nhân tố kiểm tra và mỗi cá thể có hai nhân tố đó, một nhận từ cha và một nhận từ mẹ. Ông cũng tiên đoán rằng giao tử chỉ chứa một nhân tố, ở con lai sẽ tạo hai loại giao tử. Ông đã tiến hành lai phân tích bằng cách lấy con lai Aa lai ngược lai với bố hoặc mẹ mang tính lặn. 3) Sự phân ly giao tử: -Tỉ lệ phân ly 1:1 ờ đây phản ánh đúng sự phân ly giao tử. Tỉ lệ phân ly này cũng được xác nhận ở phấn hoa của thực vật. Việc chứng minh trực tiếp sự phân ly ở giao tử cho thấy các quy luật di truyền của Mendel có cơ sở tế bào học. -Đến đây, có thể phát biểu quy luật thứ nhất của Mendel gọi là quy luật phân ly hay giao tử thuần khiết: Trong cơ thể, các gen tồn tại theo từng đôi, khi tạo thành giao tử từng đôi gen phân ly nhau và mỗi gen đi vào một giao tử. Sau khi hai giao tử kết hợp với nhau, các gien tương ứng lại tập hợp thành từng đôi trong hợp tử. II/ Lai với hai và nhiều cặp tính trạng: Quy luật phân ly độc lập: -Thí nghiệm cho thấy sự di truyền của từng cặp tính trạng độc lập với nhau. Sự độc lập này có thể được chứng minh bằng toán học và xác suất của hai sự kiện độc lập với nhau cùng trùng hợp bằng tích xác suất của hau sự kiện đó. -Quy luật thứ hai của Mendel: còn gọi là quy luật phân ly độc lập và tổ hợp tự do: Các gen của từng cặp trong phân bào giảm nhiễm phân ly nhau một cách độc lập với các thành viên của những cặp gen khác và chúng tập hợp lại trong các giao tử một cách ngẫu nhiên. 2) Lai với nhiều cặp tính trạng: Công thức chung của lai đa tính được thể hiện ở bảng sau : Số cặp tính trạng Số loại giao tử Số loại tổ hợp ở F2 Số kiểu gen F2 Số kiểu hình F2 1 2 3 2 4 = 22 8 = 23 4 16 = 42 64 = 43 3 9 = 32 27 = 33 2 4 = 22 8 = 23 …. n … 2n … 4n … 3n … 2n III) Một số tính trạng Mendel ở người: Rất nhiều tính trạng của người có sự di truyền theo các quy luật Mendel, ở đây chúng ta chỉ đề cập một số tính trạng thường gặp như: khớp ngón cái ngược ra sau được hay không, tóc mọc tạo thành đỉnh nhọn ở trán, nhiều tàn nhang, lúm đồng tiền trên gò má, bạch tạng, dái tai của người thòng hay liền. SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC GEN VỚI NHAU VÀ VỚI MÔI TRƯỜNG I) CÁC KIỂU TƯƠNG TÁC GEN: 1) Tương tác bổ trợ: _ Tương tác bổ trợ là các alen của mỗi gen riêng lẻ có biểu hiện kiểu hình riêng, khi hai hoặc nhiều gen cùng hiện diện chung sẽ tạo kiểu hình mới. tương tác bổ trợ biểu hiện ra nhiều dạng với tỉ lệ biểu hiện kiểu hình khác nhau. Tỉ lệ F2 là 9:3:3:1 _ Ví dụ :sự di truyền hình dạng mào gà P:   gà mào hoa hồng   x      hạt đậu AAbb                           aaBB 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 è Đây là tương tác bổ trợ không làm sai lệch tỉ lệ phân li. Giải thích: Các kết quả trong hai thí nghiệm đầu cho thấy các dạng mào hoa hồng và hạt đậu là trội so với dạng mào đơn. Kết quả sau cùng cho thấy F2 có 16 kiểu tổ hợp với tỷ lệ ngang nhau, trong khi F1 đồng nhất kiểu gen (vì bố mẹ thuần chủng); điều đó chứng tỏ F1 quy luật tương tác gene. Mặt khác, kiểu hình mới biểu hiện ở F1 và khoảng 9/16 ở F2 phải là kết quả của sự tương tác giữa các gene trội không allele theo kiểu bổ trợ. Đã cho 4 loại giao tử với tỷ lệ tương đương, nghĩa là dị hợp tử về hai cặp gene phân ly độc lập. Quy ước: Dựa vào tỷ lệ phân ly kiểu hình ở F2 trong trường hợp hai gene phân ly độc lập và tên gọi các dạng mào theo tiếng Anh (rose: hoa hồng, pea: hạt đậu), ta có thể quy ước và kiểm chứng đơn giản như sau: A-B-: mào hình quả óc chó (do bổ trợ giữa các gene trội A và B) A-bb: mào hình hoa hồng (do biểu hiện của gene trội A) aaB-: mào hình hạt đậu (do biểu hiện của gene trội B) aabb: mào đơn (do khuyết cả hai gene trội; kiểu dại) Tỉ lệ F2 là 9:6:1 Ví dụ: Sự di truyền hình dạng quả ở bí ngô. Khi lai hai giống bí ngô thuần chủng quả tròn khác nguồn gốc với nhau, ở F1 xuất hiện toàn dạng quả dẹt, và ở F2 có sự phân ly kiểu hình xấp xỉ 9 dẹt : 6 tròn : 1 dài. Giải thích: Kết quả này có thể được giải thích theo một trong hai cách sau: bổ trợ giữa các gene trội hoặc bổ trợ giữa các gene lặn.  Để đơn giản, dưới đây ta giải thích theo cách đầu, dựa trên quy ước sau đây:                           Quy ước:   D-F- : quả dẹt (do tương tác bổ trợ giữa các gene D và F) D-ff và ddF- : quả tròn (chỉ có một trong hai gene trội D, F) ddff : quả dài (do khuyết đồng thời cả hai gene trội) Kiểm chứng: Ptc quả tròn-1 (DDff) × quả tròn-2 (ddFF) F1 quả dẹt (DdFf) F1×F1 = DdFf × DdFf = (Dd × Dd)(Ff × Ff) →  F2 = (3D-:1dd)(3F-:1ff) = 9 D-F-: (3 D-ff + 3 ddF-) : 1 ddff = 9 quả dẹt : 6 quả tròn : 1 quả dài Tỉ lệ F2 là 9:7 Ví dụ: Thí nghiệm của Bateson và Punnett về sự di truyền màu sắc hoa ở cây bắp. Từ phép lai giữa hai giống bắp trắng thuần chủng khác nhau, hai ông thu được F1 gồm tất cả cây lai có màu trứng. Khi cho các cây F1 tự thụ phấn ở F2 nhận được 382 màu trứng và 269 trắng; kết quả này gần với tỷ lệ 9:7. Giải thích: Với cách lập luận như trên, ta dễ dàng thấy rằng kiểu hình cây màu trứng là kết quả của sự tương tác bổ trợ giữa hai gene trội không allele phân ly độc lập. Quy ước: A-B- : màu trứng (do tác động bổ trợ giữa các gene trội A và B) A-bb, aaB-, aabb : hoa trắng (do không có mặt đầy đủ cả hai gene trội) Kiểm chứng: Ptc giống cây trắng 1(AAbb) × giống trắng 2 (aaBB) F1 màu trứng (AcBb) F1×F1 =  AaBb × AaBb = (Aa × Aa)(Bb × Bb) →  F2 = (3A-:1aa)(3B-:1bb) = 9 A-B- : (3 A-bb + 3 aaB- + 1 aabb) = 9 đỏ tía : 7 trắng _ Cơ sở sinh hóa của các kiểu hình. Sự hình thành màu quả ở cây bắp là kết quả của sự tổng hợp một hợp chất gọi là anthocyanin; nó xảy ra thông qua một chuỗi các khâu chuyển hóa được xúc tác bởi các enzyme vốn là sản phẩm của các gene. Nếu như bất kỳ khâu nào trong quá trình tổng hợp này bị gián đoạn do vắng mặt của một enzyme hoạt động thì sự hình thành màu sắc không xảy ra. Mặc dù chi tiết chính xác của sự tổng hợp màu sắc ở cây đậu ngọt còn chưa rõ, nhưng có thể minh họa bằng mô hình tổng quát.          Kiểu gene có chứa A               Kiểu gene có chứa B                        ↓                                     ↓               Enzyme (A)                             Enzyme (B)                       ↓                                      ↓ Chất tiền thân →     Sản phẩm trung gian     → Anthocyanin Hình 2.7 Sơ đồ minh họa mối quan hệ giữa các gene trội A và B trong quá trình hình thành sắc tố anthocyanin ở cây bắp. Đối với các kiểu gene có chứa cả hai gene trội A và B (A-B-), có đầy đủ các enzyme cần thiết cho việc tạo ra anthocyanin và do vậy hoa có màu đỏ tía. Trong khi đó, kiểu gene chứa aa (aaB- hay aabb), enzyme thứ nhất không được tạo ra hay không có hoạt tính; hậu quả là, phản ứng tạo sản phẩm trung gian không thực hiện được. Tương tự, kiểu gene chứa bb (A-bb hoặc aabb) thì phản ứng thứ hai biến đổi chất trung gian thành anthocyanin bị dừng lại, vì thiếu hẳn một enzyme tương ứng. Nói cách khác, nếu như kiểu gen có mang cặp allele hoặc là cc hoặc là pp thì con đường tổng hợp bị gián đoạn và các sắc tố không được tạo ra, và kết quả là quả màu trắng. 2) Tương tác ác chế: _ Khi một gen làm cho gen khác không có biểu hiện kiểu hình gọi là át chế. Át chế trội xảy ra khi A>B (hoặc B>A) và át chế lặn khi aa>B (hoặc bb>A). a) Át chế trội với tỉ lệ 13:3 _Ví dụ: Sự di truyền màu sắc lông ở gà. Khi lai giữa giống gà thuần chủng, gà Leghorn trắng với gà Wyandotte trắng, ở F1 thu được toàn gà lông trắng. Sau khi cho tạp giao các cá thể F1, ở F2 có tỷ lệ phân ly kiểu hình xấp xỉ 13 lông trắng : 3 lông có màu. Giải thích: Để giải thích kết quả này, ta quy ước: A-B- , A-bb và aabb : trắng; và aaB-: có màu.  Theo đó, allele trội B - gene sản xuất chất tạo màu là trội so với allele b- không có khả năng tạo màu; và allele trội A át chế gene không allele với nó và nó cũng không có khả năng tạo màu, còn allele a không có khả năng át chế lẫn tạo màu. Sơ đồ lai: Ptc Gà Leghorn trắng ( AABB ) × Gà Wyandotte trắng (aabb) F1 Tất cả gà trắng (AaBb) F1×F1 = AaBb × AaBb = (Aa × Aa)(Bb × Bb) →  F2 = (3A-:1aa)(3B-:1bb) = (9 A-B- + 3 A-bb + 1 aabb) : 3 aaB- = 13 trắng : 3 có màu b) Tương tác át chế trội với tỉ lệ 12:3:1 _Ví dụ: Sự di truyền màu sắc lông ở ngựa. Khi lai giữa hai giống ngựa thuần chủng lông xám và hung đỏ với nhau, ở F1 thu được toàn ngựa lông xám. Sau khi cho tạp giao các ngựa F1 thì ở F2 có tỷ lệ kiểu hình xấp xỉ 12 xám : 3 đen : 1 hung đỏ. _Giải thích: Để giải thích kết quả này, ta quy ước: A-B- và A-bb : xám; aaB-: đen; và aabb: hung đỏ. Theo đó, allele trội B quy định màu đen là trội so với b- hung đỏ. Và sở dĩ A-B- và A-bb cho kiểu hình lông xám trong khi chúng có chứa B và bb, bởi vì gene trội A át chế các gene không allele và đồng thời nó còn có khả năng tạo màu xám, còn allele a không có cả hai khả năng đó. Điều này được thể hiện qua sơ đồ lai sau đây: Ptc Ngựa xám (AABB) × Ngựa hung đỏ (aabb) F1 Tất cả ngựa xám (AaBb) F1×F1 = AaBb ×AaBb = (Aa × Aa)(Bb × Bb) →  F2 = (3A-: 1aa)(3B-:1bb) = (9 A-B- + 3 A-bb) : 3 aaB- : 1 aabb = 12 xám : 3 đen : 1 hung đỏ c) Tương tác át chế lặn với tỉ lệ 12:3:1 Ví dụ: Sự di truyền màu sắc lông ở chuột. Khi lai giữa hai dòng chuột thuần chủng lông nâu và bạch tạng, ở F1 xuất hiện toàn chuột lông đen; và khi cho các chuột F1 tạp giao với nhau thì ở F2 có sự phân ly gần với tỷ lệ 9 đen : 3 nâu : 4 bạch tạng. Quy ước:   B-C- : đen;     bbC- : nâu;     B-cc và  bbcc : bạch tạng Giải thích: Từ quy ước này, ta thấy rằng allele c khi ở trạng thái đồng hợp (cc) ức chế sự biểu hiện của B- và bb khiến cho các kiểu B-cc và bbcc không có sắc tố (bạch tạng, albino). Đối với hai kiểu hình còn lại có thể giải thích theo một trong hai cách sau: (1) Allele C là đột biến trội, nên mất khả năng át chế và bản thân nó không tạo màu; khi đó allele trội B quy định màu đen là trội so với allele b quy định màu nâu khi nó ở trạng thái đồng hợp; kết quả là B-C- có kiểu hình lông đen và bbC- cho kiểu hình lông nâu. Như thế ở đây không xảy ra sự tương tác bổ trợ giữa các gene trội B và C. Cách lý giải này rõ ràng là hợp lý. (2) Allele C quy định màu nâu và B là gene tạo màu, trong khi bb không có khả năng đó. Do đó khi gene trội C (không có khả năng át chế) đứng riêng sẽ cho màu nâu; còn đứng chung với gene trội B sẽ cho hiệu quả bổ trợ trội với kiểu hình màu đen. Rõ ràng cách giải thích này chỉ hợp lý trên hình thức khi cho rằng allele trội C xác định màu nâu. Ptc Chuột nâu (bbCC) × Chuột bạch tạng (BBcc) F1 Tất cả chuột đen (BbCc) F1×F1 = BbCc × BbCc = (Bb × Bb)(Cc × Cc) →  F2 = (3B-:1bb)(3C-:1cc) = 9 B-C-: 3 bbC- : (3 B-cc + 1 bbcc) = 9 đen : 3 nâu : 4 bạch tạng 3) Sự di truyền đa gen và các tính trạng số lượng _ Đây là một dạng đặc biệt của tương tác bổ trợ, có vai trò quan trọng trong thực tiễn. năng suất của cây trồng và gia súc, khả năng chống chịu với các hoàn cảnh bất lợi… đều thuộc kiểu di truyền này. 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 4) Tính đa hiệu của gen: Hiện tượng một gene ảnh hưởng đến hai hoặc nhiều tính trạng được gọi là tính đa hiệu. Ví dụ, ở đậu Hà Lan, Mendel đã lưu ý rằng gene kiểm soát màu hoa tím và trắng cũng ảnh hưởng lên màu sắc hạt và gây ra sự có mặt hoặc không có mặt của các vệt màu tím ở bẹ lá. Trong ví dụ allele kiểm soát lông vàng ở chuột nói trên, ta thấy rằng nó còn ảnh hưởng lên sức sống ở các thể dị hợp và gây chết ở các thể đồng hợp.  Nhiều bệnh di truyền ở người gây ra bởi các gen có tác dụng đa hiệu. Chẳng hạn, bệnh phenylxêtôn-niệu xảy ra ở các cá thể đồng hợp về allele lặn đó. Những người mắc bệnh này thiếu hẳn enzyme cần thiết cho sự chuyển hóa bình thường của amino acid phenylalanine thành sản phẩm sinh hóa kế tiếp. Khi so sánh các cá thể bình thường và PKU với nhau cho thấy mức phenylalanine ở nhóm bệnh cao hơn nhiều. Ngoài ra, ở những người bệnh còn có một số biến đổi khác như: chỉ số IQ thấp hơn, đầu bé hơn, và tóc hơi nhạt hơn. Tất cả các hiệu quả đa hiệu này có thể hiểu như là hậu quả của sự rối loạn sinh hóa cơ sở. Chẳng hạn, ở các bệnh nhân PKU có sự tích lũy một độc tố trong đầu khiến cho bộ não bị tổn thương và dẫn tới IQ thấp hơn, đầu bé hơn. Hình 2.5 Các tế bào hồng cầu bình thường (trên) và dạng hình liềm (dưới), với độ phóng đại gần gấp đôi của hình trên. Một ví dụ khác về tính đa hiệu ở người là bệnh hồng cầu hình liềm. Những người đồng hợp về alen đột biến lặn này (HbSHbS) chỉ tạo ra các phân tử hemoglobin bất thường, khiến cho tất cả các tế bào hồng cầu có dạng hình liềm, kích thước bé, màu đỏ nhạt. Các tế bào hình liềm nhanh chóng bị cơ thể phá hủy và gây ra sự thiếu máu vàsuy yếu cơ thể nói chung. Ngoài ra, do hình dạng góc cạnh mà các tế bào hình liềm không thể vận chuyển trơn tru trong máu và có xu hướng tích tụ và gây tắc nghẽn các mao mạch. Dòng máu đi đến các bộ phận cơ thể bị giảm bớt, gây sốt định kỳ, đau đớn, và tổn thương các cơ quan khác nhau như não bộ, lách, tim, thận... II) SỰ THAY ĐỔI TỈ LỆ KIỂU HÌNH Ở LAI LƯỠNG TÍNH: 1) Tỉ lệ điển hình 9:3:3:1 _ Đây là tỉ lệ điển hình, khi 2 gen đều trội hoàn toàn. Tương tác bổ trợ không làm thay đổi tỉ lệ 9:3:3:1, khi mỗi nhóm kiểu gen A-B-, aaB-, A-bb và aabb đều có biểu hiện kiểu hình riêng. 2) Tỉ lệ 1:2:2:4:1:2:1:2:1 _ Khi ở 2 gen trội không hoàn toàn hoặc tương đương và không có tương tác gen thì tỉ lệ kiểu hình F2 trùng với kiểu gen. 3) Tỉ lệ 3:6:3 _ Tỉ lệ có được khi chỉ 1 gen có alen trội hoàn toàn, còn ở gen kia, alen trội không hoàn toàn hoặc tương đương. 4) Tỉ lệ 9:6:1 _ Alen trội của mỗi locus có kiểu hình giống nhau, tức các kiểu gen A-bb- và aaB- có cùng kiểu hình. Các cá thể A-B- sẽ có biểu hiện kiểu hình bổ trợ hoặc khác. Tỉ lệ kiểu hình 9:3:3:1 sẽ thành 9:6:1 gồm (9 A-B-) : 6 (3A-bb và 3 aaB-) : 1 aabb. 5) Tỉ lệ 9:7 _ Hai alen trội có tương tác bổ trợ tạo kiểu hình mới, mỗi gen trội riêng cùng kiểu hình với 2 gen lặn. 9 A-B—do tác động bổ trợ tạo kiểu hình mới, còn 7 kiểu gen gồm 3 aaB-, 3 A-bb và 1 aabb sẽ có cùng kiểu hình. Có thể giải thích do át chế lặn ở 2 gen. 6) Tỉ lệ 13:3 _ Trường hợp có át chế trội, khi các cá thể 9 A-B- : 3 A-bb và 1 aabb có cùng kiểu hình, còn 3 aaB- có biểu hiện kiểu hình khác. 7) Tỉ lệ 12:3:1 _ Đây là hiện tượng át chế trội : các cá thể A-B- và A-bb sẽ có cùng kiểu hình và các cá thể aaB- và aabb có 2 kiểu hình khác nên có tỉ lệ 12:3:1 [12(A-B- và A-bb) : 3 aaB- : 1aabb]. 8) Tỉ lệ 9:3:4 _ Đây là át chế lặn nhưng 2 alen trội tương tác bổ trợ. Các alen B chỉ biểu hiện khi không có aa, đó là 2 loại kiểu hình từ các kiểu gen A-B- và A-bb, nên có tỉ lệ 9:3:4 [9 A-B- : 3 A-bb : 4 (3 aaB- và 1 aabb)]. 9) Tỉ lệ 15:1 _ Trường hợp tương tác cộng gộp : khi các cá thể 9 A1-A2- (a-B-), 3A1-a2 a2 (A-bb), 3 a1a1 A2- (aaB-) có cùng biểu hiện kiểu hình, còn a1a1a2a2 (aabb) có kiểu hình khác sẽ cho tỉ lệ 15:1. Đặc điểm di truyền Kiểu gen AA BB Aa BB AA Bb Aa Bb AA bb Aa bb Aa BB Aa Bb Aa bb 2 gen đều trội ko hoàn toàn 1 2 2 4 1 2 1 2 1 1 gen trội, 1 gen trội ko hoàn toàn 3 6 3 1 2 1 2 gen trội hoàn toàn (tỉ lệ điển hình) 9 3 3 1 Át chế trội 12 3 1 Át chế lặn 9 3 4 Bổ trợ, mỗi alen trội riêng có cùng kiểu hình 9 6 1 Cộng gộp, chỉ đồng hợp lặn có kiểu hình khác 15 1 Bổ trợ, gen trội riêng cùng kiểu hình với lặn hay át chế lặn 2 gen 9 7 Át chế trội, gen lặn có kiểu hình như trội bị át 13 (có kể vào đây 1 aabb) 3 III) NHỮNG PHỨC TẠP TRONG BIỂU HIỆN CỦA GEN: 1) Gen biến đổi: _ 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.Biểu hiện của gen biến đổi trong hình thành 10 loại chó đốm 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 sữa 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. è 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 vào giới tính.Ví dụ: Ở đại gia súc có sừng, gen có sừng: H  Gen không sừng: hKiểu 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. Tính hói đầu có sự biểu hiện phụ thuộc vào giới tínhNgón 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. 4) Độ thấm: Độ biểu hiện là hai yếu tố tác động tới kết quả của mỗi biến đổi di truyền đặc thù. Thường hai yếu tố này ảnh hưởng tới rối loạn di truyền theo qui luật trội NST thường, đôi khi là lặn NST thường. Độ thấm là tỉ lệ số người mang một biến đổi di truyền đặc thù (như một đột biến tại một gen chuyên biệt) biểu hiện thành các dấu hiệu và triệu chứng của một rối loạn di truyền. Nếu người nào mang đột biến nhưng không phát triển các dị tật trong tương lai, lúc ấy qui ước độ thấm giảm hoặc bằng không. Thường độ thấm giảm đối với các loại ung thư quen thuộc. Chẳng hạn, những người mang gen đột biến của gen BRCA1 hay BRCA2, ung thư sẽ đeo đuổi suốt đời, nhưng một số người sẽ không bị như vậy. Bởi vậy, bác sỹ không thể dự đoán người nào mang đột biến ung thư sẽ phát triển hay khối u khi nào sẽ bộc phát. Có lẽ độ thấm giảm là kết quả của sự tổ hợp các yếu tố di truyền, môi trường và lối sống, và nhiều yếu tố chưa biết khác. Hiện tượng giảm độ thấm gây không ít gian nan cho chuyên gia di truyền để liệt kê bệnh sử của một gia đình và dự đoán nguy cơ truyền rối loạn di truyền tới những thế hệ sau. 5) Độ biểu hiện: _ Khái niệm độ hiện hay độ biể hiện được dùng để chỉ mức độ nhiều hay ít của tính trạng khi đã thấm hoàn toàn. Ngoài ra, một kiểu gen cụ thể nào đó bộc lộ ra kiểu hình kỳ vọng, tức mức độ biểu hiện hay độ biểu hiện, có thể sai khác đi. Chẳng hạn, mặc dù một gene gây ra một bệnh có thể phát hiện được ở hầu hết các cá thể mang một kiểu gene nào đó, nhưng một số cá thể có thể bị ảnh hưởng nặng hơn các cá thể khác. _ Nhiều tính trạng của người có độ hiện ổn định suốt đời như nhóm máu, màu mắt… _ Ngoài ra, sự biểu hiện của kiểu gen ra kiểu hình còn phụ thuộc mức phản ứng. Bệnh Huntington ở người là một tính trạng cho thấy độ biểu hiện biến thiên sai khác theo độ tuổi phát bệnh. Bệnh này nói chung xảy ra ở độ tuổi bắt đầu trung nên, với tuổi trung bình bắt đầu phát bệnh là trên 30 tuổi, nhưng đôi khi có thể xảy ra rất sớm ở tuổi chưa lên 10 hoặc ở một người già hơn. Một số người mang kiểu gene bệnh này chết vì những nguyên nhân khác trước khi bệnh biểu hiện, do độ thâm nhập không hoàn toàn cũng như độ biểu hiện biến thiên đối với gene đó gây ra. IV) TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG: 1) Tác động của môi trường 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: _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 .  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: a. TuổiNhiều 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 tínhGiới tính có nhiều ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen như giới hạn sự biểu hiện hay tính trội lặn phụ thuộc vào giới 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. MORGAN VÀ THUYẾT DI TRUYỀN HỌC NHIỄM SẮC THỂ SƠ LƯỢC TIỂU SỬ THOMAS HUNT MORGAN (1866-1945): Morgan là một nhà phôi học ở trường Columbia University (Mỹ). Ông nhận bằng tiến sĩ khi 24 tuổi và năm 25 tuổi ông được phong giáo sư. Lúc bấy giờ ông không tán thành quan điểm của Mendel và thuyết d truyền nhiễm sắc thể, ông tiến hành lai ở thỏ nhưng do kinh phí quá lớn nên ông chuyển đối tượng khác là ruồi giấm Drosophila melanogaster. Tham gia nghiên cứu với ông còn có 3 trợ lý, sau này cũng là những nhà di truyền học nổi tiếng là C. Bridges, A.H. Sturtevant và G.Muller. Morgan đã đưa ra Học thuyết di truyền nhiễm sắc thể xác nhận sự đúng đắn về học thuyết gen của Mendel. Ông nhận giải Nobel 1934. SỰ DI TRUYỀN LIÊN KẾT Số lượng NST thì ít nhưng số gen thì rất nhiều nên mỗi NST mang nhiều gen. Khi 2 hay nhiều gen nằm trên một NST, chúng sẽ cùng di truyền với nhau gọi là sự di truyền liên kết. Caác gen liên kết thường có xu hướng cùng di chuyển với nhau trong quá trình hình thành giao tử. Khi đó có sự di truyền liên kết nhiều gen phân li như một gen. Ví dụ : Cá thể mang 5 gen dị hợp tử nhưng lại có sự phân li khi lai phân tích với tỉ lệ 1:1. Cách viết kiểu gen khi có sự di truyền liên kết : cá thể ABCDE/abcde tạo ra các giao tử ABCDE và abcde. Các ký hiệu / hay – chỉ NST. Nếu có hai cặp allele Aa và Bb liên kết với nhau được viết như sau: AB/ab hay ABab Liên kết hoàn toàn: Ruồi giấm có các cặp gien sau: -Thân xám B ; thân đen b -Cánh dài V ; cánh cụt v Lai các ruồi giấm đồng hợp thân đen cánh cụt với thân xám cánh dài Tỉ lệ phân li này giống với lai đơn tính. Hai gien B và V cùng đi chung với nhau như một gien. Một hiện tượng khác thường (cho đến nay chưa rõ cơ chế) là ở ruồi giấm đực không thấy xảy ra tái tổ hợp di truyền, nên có sự liên kết hoàn toàn của các gien trên một NST. Liên kết không hoàn toàn: Nếu F1 của thí nghiệm trên lấy ruồi cái đem lai phân tích, kết quả được như sau: TÁI TỔ HỢP VÀ TRAO ĐỔI CHÉO Tái tổ hợp: -Khi các gien liên kết không hoàn toàn, xuất hiện các giao tử dạng mới không giống của cha mẹ, có sự sắp xếp lại các gen. Hiện tượng này được gọi là tái tổ hợp và các dạng mới xuất hiện gọi là dạng tái tổ hợp. Để đánh giá mức độ liên kết, nhóm Morgan đưa thêm khái niệm tái tổ hợp. Đó là số phần trăm cá thể tái tổ hợp so với tổng cá thể trong thí nghiệm. Ví dụ trong thí nghiệm lai ruồi nói trên, có tất cả 1000 cá thể thì 170 cá thể dạng tái tổ hợp, tức 17% ( 1% là đơn vị đo tái tổ hợp). Tần số này đươc tính theo công thức: (Số cá thể tái tổ hợp / Tổng số cá thể ) *100 = % tái tổ hợp -Nhiều thí nghiệm cho thấy tần số tái tổ hợp của 2 gen là một số tương đối ổn định từ lần lai này qua lần lai khác và không phụ thuộc sự sắp xếp, như 2 allele trội cùng phía trên 1 NST (gọi là vị trí cis) AB/ab hay chéo nhau trên 2 NST (trans) Ab/aB. -Tuy nhiên, tần số tái tổ hợp giữa các cặp gien khác nhau thì thay đổi đáng kể. -Trong thời gian đầu nghiên cứu tái tổ hợp, Morgan muốn kí hiệu thế nào đó để dễ nhận dạng các kết quả lai và ông giao nhiệm vụ này cho Alfred Sturtevant, lúc đó đang là sinh viên đại học. Trong một đêm, Alfred đã tìm ra phương pháp mô tả mối quan hệ liên kết gien, đến nay vẫn được sử dụng. -Ví dụ, trong lai phân tích giữa 2 gen pr (purple-mắt đỏ thẫm) và vg sẽ nhận được: pr vg / pr vg 165 kiểu cha mẹ + + / pr vg 191 (không tái tổ hợp) -Trong thí nghiệm này, tổng số giao tử cái là 400, trong đó 44 dạng tái tổ hợp (11%). Alfred cho rằng, có thể dùng phần trăm tái tổ hợp đó để định lượng khoảng cách theo đường thẳng giữa 2 gien trên bản đồ di truyền hay còn gọi là bản đồ liên kết gen. Trao đổi chéo: -Hiện tượng tái tổ hợp có được nhờ quá trình trao đổi chéo. Trong đó, hai NST tương đồng hoán vị nhau hay đổi chéo nhau ở những điểm nhất định. -Trong giảm phân, mỗi NST đôi có 2 cromatid chị em tương tự nhau. Các NST tương đồng bắt cặp hay tiếp hợp với nhau và trao đổi chéo xảy ra giữa các cromatid không chị em. Cơ sở tế bào học của tái tổ hợp: -Các thí nghiệm chứng minh cơ sở tế bào học của tái tổ hợp di truyền được thực hiện và năm 1931 do C.Stern ở ruồi giấm và Creiton cùng McClintock ở ngô. Cả hai thí nghiệm đều dùng “dấu chuẩn” và hình dạng trên 1 trong 2 NST tương đồng, có thể nhìn thấy khi quan sát tế bào học. -Hai NST tương đồng, được phân biệt với nhau về hình thái này, mang các allele tương ứng khác nhau về mặt di truyền của một số cặp gen. Tái tổ hợp di truyền sẽ tạo ra các kiểu hình độc đáo kèm theo các thay đổi tế bào học dễ quan sát và dự đoán được. -Stern đã dùng NST X, mà một đầu mút có dính 1 đoạn NST Y, có hình dạng như cù nèo. Các NST X khác có độ dài tương tự với tâm động. Hai cặp gen được dùng là carnation (car, lặn, mắt đỏ nhạt) – hoang dại + (trội, đỏ) và Bar (B, trội mắt hình thỏi) – hoang dại + (hình dạng mắt bình thường). Ruồi cái mẹ dị hợp tử ở cả 2 gen, có kiểu hình mắt đỏ bình thường dạng thỏi (car+ B) lai với ruồi đực mắt đỏ nhạt dạn thường (car +). Thế hệ cob F1 nhận được 4 loại kiểu hình tương ứng với các dấu hiệu hình thái trên NST : ngoài 2 kiểu đó ở cha mẹ còn có 2 kiểu hình tái tổ hợp là mắt đỏ nhạt hình thỏi (car B) và mắt đỏ dạng thường (car+ +) -Có thể nói, các thể tái tổ hợp là sản phẩm của giảm phân, do sự trao đổi chéo giữa các đoạn NST tương đồng. SỰ XÁC ĐỊNH GIỚI TÍNH Từ lâu các nhà sinh học đã quan tâm đến vai trò của giới tính. Vì sao các cá thể cùng một loài, cùng cha mẹ, cùng môi trường sống như nhau (cả trong cơ thể mẹ), nhưng khi sinh ra lại có sự khác nhau nhiều giữa đực và cái? Sự di truyền có liên quan đến giới tính đã giúp xác định sớm nhất các gen nằm trên NST. Khái niệm giới đực và giới cái rất quen thuộc với con người và vật nuôi. Ở người và vật nuôi chúng ta dễ nhận thấy có 2 giới tính đực và cái. Thực vật cũng có giới tính, ít nhất là các cây có hoa đực và hoa cái. Các vi sinh vật cũng có giới tính được gọi là kiểu bắt cặp. Đa phần các sinh vật có 2 giới tính. Một số ít động vật và thực vật bậc thấp có vài giới tính. Ví dụ, loài trùng roi Paramecium có 8 giới tính hay kiểu bắt cặp, tất cả đều tương tự nhau vể mặt hình thái nhưng khác nhau về sinh lý. Các tế bào của mỗi kiểu bắt cặp không bắt cặp nhau được nhưng có thể trao đổi vật chất di truyền với bất kỳ 1 trong 7 kiểu bắt cặp khác, của cùng 1 loài. Đa số sinh vật chỉ có 2 giới tính. Nếu 2 giới tính hiện diện trong cùng 1 cá thể thì gọi là lưỡng tính (hermaphroditic), các thực vật đồng chu (monoecious) khi trên 1 cây có hoa đực và hoa cái riêng.Ở phần lớn thực vật, các bộ phận đực và cái cùng trên 1 hoa. Một ít thực vật hạt kín (angiosperm) là thực vật biệt chu (diecious), có cây đực và cây cái riêng biệt. Sự xác định giới tính rất phức tạp, phụ thuộc nhiều tác động khác nhau. Tỉ lệ phân ly giới tính: Việc theo dõi tỉ lệ giữa số lượng của con đực và con cái ở động vật bậc cao, giữa nam và nữ ở người cho thấy tỉ lệ giới tính trung bình là 1 đực 1 cái. Thực tế ở người, trong mỗi gia đình tỉ lệ có dao động, tỉ lệ trên đúng theo thống kê trên số lớn. Khi sinh ra thì tỉ lệ trung bình là 105-107 người nam : 100 người nữ, đến tuổi thanh niên thì thì tỉ lệ là 100:100 và ở tuổi già các cụ bà có số lượng gấp đôi. Tuy nhiên đây là 1 tỉ lệ ổn định hợp lý qua nhiều thế hệ để bảo tồn nỏi giống. Tỉ lệ này trùng với tỉ lệ phân ly lai đơn tính giữa 1 cá thể đồng hợp tử với dị hợp tử: AA x Aa 1AA : 1Aa Aa x Aa 1aa : 1Aa Xem xét từ góc độ di truyền, giới tính có sự phân ly như một dấu hiệu Mendel. Sự phân ly này còn cho thấy một giới tính đồng hợp tử, còn giới tính kia dị hợp tử. Việc phát hiện các nhiễm sắc thể giới tính X & Y (ở người và ruồi giấm ) cho thấy bộ nhiễm sắc thể ở cá thể đực và cái chỉ khác nhau ở 1 cặp NST giới tính, còn các nhiễm sắc thể thường thì đều giống nhau. Ví dụ, bộ NST của ruồi giấm có 8 NST được biểu hiện như sau : ruồi cái = 6A + XX ruồi đực = 6A + XY Các nhà di truyền học là những người đầu tiên giải thích một cách hợp lý vì sao có tỉ lệ 1 đực : 1 cái. Sự khác nhau lớn của đực và cái (XX x XY) dẫn đến tỉ lệ phân chia 1 đực : 1 cái. Các kiểu xác định giới tính ở động vật: Các nghiên cứu về sau cho thấy sự xác định giới tính của sinh giới cũng phức tạp và đa dạng. Cá thể đực dị giao tử : kiểu XX – XY và XX – XO Nhiều loài gồm người và các động vật có vú khác có cơ chế xác định giới tính XX-XY. Ở các sinh vật này có các NST thường giống nhau ở cá thể đực và cái, nhhưng con đực có cặp NST giới tính XY, còn ở con cái là XX. Các con đực khi tạo thành gia tử thì một nửa giao tử mang NST X, còn nửa còn lại mang NST Y nên được gọi là giới tính dị giao tử. Ví dụ : người nam tạo 2 loại giao tử: (22A + X) và (22A + Y). Giới tính cái khi tạo thành giao tử chỉ có một loại duy nhất mang X nên được gọi là giới tính đồng giao tử. Cào cào, châu chấu, gián và một số côn trùng có kiểu xác định giới tính XX- XO. Con cái chứa 2 NST XX, còn con đực chỉ chứa 1 NST X nên viết là XO. Kiểu này cũng tương XX-XY, chỉ khác ở chỗ con đực dị giao tử thành 2 loại giao tử : 1 loại mang X, còn loại kia không mang X. Cá thể cái dị giao tử : kiểu ZZ – ZW Ở chim, một số loài cá và một số côn trùng gồm cả bướm, con mái có giới tính dị giao tử. Để tránh sự nhầm lẫn khi kí hiệu, các NST giới tính loài này được dùng chữ Z và W. Các chim trống (gà trống) là ZZ, còn các chim mái (gà mái) là ZW. Đơn bội – Lưỡng bội Con ong đực được phát triển trinh sinh (không có sự thụ tinh giữa các giao tử) từ trứng không thụ tinh và có bộ NST đơn bội. Trong kiểu xác định giới tính này không có NST giới tính, nó đặc trưng ở các côn trùng bộ Hymenoptera gồm các loài ong và kiến. Số lượng cá thể của đàn và thức ăn cho ấu trùng sẽ xác định con cái sẽ trở thành ong thợ bất thụ hay ong chúa hữu thụ chuyên sinh sản. Tỉ lệ giới tính của đan ong được xác định do ong chúa. Phần lớn trứng được thụ tinh trở thành ong thợ, một số trứng không thụ tinh thì trở thành ong đực.Thường ong chúa chỉ thụ tinh một lần trong đời. Sự xác định giới tính của các loài này liên quan đến bộ NST đơn bội hay lưỡng bội. Các cá thể cái phát triển từ trứng thụ tinh nên có bộ NST lưỡng bội. Còn các con đực phát triển tử trứng không được thụ tinh nên có bộ NST đơn bội. Giới tính do sự cân bằng di truyền Ở ruồi giấm, sựu hiện diện của NST Y rất quan trọng cho sự hữu thụ của ruồi đực nhưng nó không có vai trò trong xác định giới tính. Trên thực tế các nhân tố xác định tính đực của ruồi giấm nằm trên tất cả các NST thường trong trạng thái “đối trọng” với các nhân tố xác định tính cái trên nhiễm sắc thể X. Nếu bộ đơn bội của NST thường xác định tính đực có giá trị bằng 1 thì mỗi NST X mang các nhân tố xác định tính cái có giá trị là 1 ½. Quy định A đại diện cho bộ NST đơn bội thường, thì ở con đực thường (AAXY) phải có tỉ lệ nhân tố xác định đực là 2 : ½ {tức là A=1 + A=1 : X=1 ½ + Y=0}. Còn là ruồi cái (AAXX) bình thường thì theo tỉ lệ 2 : 3 {A=1 + A=1 : X=1 ½ + X=1 ½ }. Một số trường hợp bất thường xác định giả thuyết cân bằng di truyền nêu trên : ruồi XXY là cái, còn XO là đực. Loài Nhiễm sắc thể giới tính XX XY XXY XO Người Nữ Nam Nam Nữ Drosophila Cái Đực Cái Đực Giới tính được xác định do môi trường Cơ chế xác định giới tính này rất hiếm và đặc trưng của loài giun biển Bonellia viridis. Các ấu trùng hiện diện sau khi được thụ tinh sống tự do tự tại một thời gian rồi bám xuống đáy thành con cái, hoặc bám vào con cái sau đó chui vào tử cung thành con đực và thụ tinh. Kiểu gen của đực và cái như nhau. Giới tính ở thực vật: Phần lớn thực vật có hoa đơn tính là đồng chu và như thế không có NST giới tính. Tuy nhiên ở các cây biệt chu thì ở một số cây có cặp NST giới tinh rõ ràng, phần còn lại cũng có nhưng khó ghi nhận và có sự xác định giới tính phức tạp hơn so với kiểu XX-XY. SỰ DI TRUYỀN NGOÀI NHÂN – DI TRUYỀN THEO DÒNG MẸ Hoạt động sống của tế bào không thể tách rời với tế bào chất. tế bào chất có những hoạt động nhất định đối với tính di truyền. Đặc biệt, các bào quan ti thể và lục lạp có DNA và bộ máy tổng hợp protein riêng. Các gen ở tế bào chất có sự phân li không theo các qui luật di truyền của Mendel và quy luật di truyền nhiễm sắc thể. Sinh học phân tử giúp hiểu rõ các gen của ti thể và lục lạp cùng sự biểu hiện của chúng trong mối quan hệ phức tạp của ba bộ máy di truyền cùng song song tồn tại trong tế bào là nhân , ti thể và lạp thể. Không phải tất cả các gen đều nằm trên NST của nhân tế bào. 1908 K.Correns, 1 trong 3 người phát minh lại các quy luật Mendel, là người đầu tiên đã nhận thấy các gen ngoài nhân ở thực vật. Phần lớn các gen ngoài nhân được tìm thấy ở những bào quan của tế bào chất có chứa DNA như ti thề, lục lạp. Sự di truyền của tế bào chất có các đặc điểm sau: _ Không có sự phân li rõ ràng như các tỉ lệ Mendel. Điều này dễ hiểu, vì tế bào chất không có cơ chế phân đều về các tế bào con như NST. _ Ảnh hưởng của dòng mẹ trong truyền thụ các tính trạng. giao tử cái thường có nhiều tế bào chất hơn giao tử đực nên có ảnh hưởng rõ hơn đối với các tính trạng có sự di truyền tế bào chất. đặc điểm này không tuyệt đối _ 1 số tính trạng có biểu hiện đốm do sự phân li xảy ra ở tế bào soma. 1. Sự di truyền của lục lạp Bộ gen của lục lạp được kí hiệu cpDNA( chloroplast DNA). Bộ gen này ở dạng DNA vòng tròn, dài hơn mtDNA của ti thể 8-9 lần. đến nay đã biết rõ về nhiều gen mã hoá cho hệ thống sinh tổng hợp protein và các thành phần của lục lạp. Sự di truyền cùa tính trạng lá đốm. _ Hiện tượng này được phát hiện rất sớm ở Mirabilis jalapa ( Correns, 1908 ), ở Pelargonium zonale( E.Bauner, 1909). Các cây lá đốm có thể có nguyên cành với lá trắng không có chlorophylle. _ Nếu lấy hoa mẹ từ cành với lá trắng thụ với phấn của cây xanh lục thì ở F1 xuất hiện dạng cây lá trắng không có chlorophylle. Các cây này chết vì không có khả năng quang hợp. khi lấy cây xanh lục bình thường làm mẹ và thụ phấn từ hoa cây lá trắng thì tất cả F1 có lá xanh lục bình thường. _ Khi thụ phấn các hoa của cành đốm bởi phấn hoa cây xanh lục thì ở F1 sẽ có các cá thể lá trắng, lá đốm và xanh lục. Mẹ (đốm) x cha ( xanh lục) F1: lá trắng , đốm , xanh lục. _Nếu hoán đổi cha mẹ thì F1 toàn cá thể xanh lục. đây là ví dụ của kiểu di truyền theo dòng mẹ. _ Ở thực vật Pelargonium zonale có trường hợp di truyền theo dòng cha. Mẹ ( đốm) x cha ( xanh lục ) F1: 30% lá đốm, 70% xanh lục . Khi hoán đổi cha mẹ thì 70% lá đốm , 30% xanh lục. _ Như vậy, sự di truyền lá đốm không theo các tỉ lệ Mendel và được giải thích do sự phân bố không đều của lục lạp. _ Lục lạp là các bào quan có khả năng tự tái sinh ở tế bào thực vật. sự phân chia chúng về các tế bào con trong phân bào trong phân bào không đều như sự phân chia của NST trong nguyên phân và giảm phân. Chúng có số lượng lớn và pâhn chia ngẫu nhiên về các tế bào con khi tế bào chất phân chia nên mỗi tế bào có thể chứa nhiều hay ít lục lạp. _ Ở những cây lá đốm, tế bào chất có lục lạp bình thường chứa chlorophylle và lục lạp mất chlorophylle. Trong nguyên phân, 1 số tế bào nhân ra các lục lạp bình thường, số khác chỉ nhận lục lạp mất chlorophylle, và đa số nhận cả 2 loại. điều này giải thích hiện tượng cây lá đốm và hiện tượng phân li theo dòng mẹ khi lai. _ Trong lục lạp còn tìm thấy bộ máy sinh tổng hợp protein khác rất nhiều với hệ thống trong tế bào chất của Eukaryotae, nhưng giồng với bộ máy tổng hợp protein của Eukaryotae. 2. Sự di truyền của ti thể Bào quan ti thể có ở tất cả các tế bào Eukaryotae nên được nghiên cứu chi tiết hơn cả. bộ gen của ti thể được kí hiệu mtDNA( mitochondrial DNA).mtDNA mã hoá tổng hợp cho nhiều thành phần của ti thể: hệ thống 2 loại rRNA, 22-25 loại tRNA và nhiều loại protein có trong thành phần của màng bên trong ti thể. Trong khi đó, phần lớn protein của ribosome ti thể do các gen trong nhân xác định. Bộ gen ti thể có 2 chức năng chủ yếu _ Mã hoá cho 1 số protein tham gia chuỗi chuyển điện tử _ Mã hoá cho hệ thống sinh tổng hợp protein gồm một số protein, tất cả các tRNA và cả 2 loại rRNA. Tuy nhiên, trong cả 2 trường hợp, những cấu phần còn lại của hệ thống được mã hoá do các gen của nhân và được dịch mã ở bào tương (cytosol) rồi chuyển vào ti thể. Đến nay chưa rõ vì sao có sự phân công như vậy. Việc nghiên cứu các gen của ti thể cho thấy tế bào Eukaryotae không lục lạp có ít nhất 2 hệ thống sinh tổng hợp protein độc lập tương đối nhưng luôn hợp tác chặc chẽ với nhau. ở các Eukaryotae có lục lạp thì 3 hệ thống sinh tổng hợp protein độc lập tương đối nhưng hợp tác với nhau. Cả hai bào quan ti thể và lục lạp tham gia trực tiếp vào chuyển hoá năng lượng của tế bào. 3. Các kiểu di truyền tế bào chất khác. Ngoài sự di truyền các bào quan, còn có nhiều dạng đột biến tế bào chất khác. Neurospora đột biến ngoài nhân được phát hiện có tên là Poky. Ngoài ra, đáng lưu ý là sự bất thụ đực ở thực vật, sự truyền thụ các virus và các phần tử ngoài nhân theo dòng mẹ. a. Bất thụ đực ở thực vật _ Ở nhiều thực vật hoang dại và cây trồng thường gặp các dạng không tạo phấn hoa, hay tạo phấn hoa không có khả năng thụ tinh. Hiện tượng này được gọi là bất thụ đực( male sterility). Nó có thể do 1 gen được truyền theo dòng mẹ, được gọi là bất thụ đực tế bào chất. _ Bất thụ đực tế bào thực vật được nghiên cứu kĩ nhất ở cây bắp cải.khi cây bất thụ đực làm cây cái được thụ tinh bởi phấn hoa cây hữu thụ bình thường thì tất cả đều bất thụ đực. sự di truyền thể hiện rõ theo dòng mẹ. Bất thụ đực tế bào ở bắp liên quan đến 2 plasmid dạng thẳng S1 và S2. chúng ở trong ti thể cùng với mtDNA. Một trong những tính chất khó hiểu của plasmid này là chúng có thể thực hiện tái tổ hợp với mtDNA. Hiện tượng bất thụ đực được sử dụng trong chọn giống cây trồng để tạo hạt lai, mà khỏi tốn công huỷ bỏ phấn hoa cây mẹ. các dòng bất thụ đực sẽ nhận phấn hoa từ cây bình thường khác. b. Sự di truyền do virus và các phần tử ngoài nhân _ Sự xâm nhập của virus hay 1 số phần tử khác vào tế bào có thể gây hiệu quả di truyền tế bào chất. Ví dụ: 1 số dòng Drosophila nahỵ cảm cao với CO2. chúng sẽ chết trong vòng 15phút trong môi trường toàn CO2 nguyên chất,trong khi đó các dòng bình thường khác chịu đựng được dễ dàng. Khi lai các ruồi cái nhạy cảm với các rùi đực bình đực bình thường thậm chí trong vài thế hệ, tất cả ruồi con đều nhạy cảm. khi lai hoán đổi cha mẹ sự nhạy cảm CO2 được truyền thụ ít hơn. Như vậy, sự di truyền này có bản chất ngoài nhân. _ Có thể gây nhiễm tín trạng nhạy cảm với CO2 cho các đòng ruồi bình thường bằng cách lấy cơ quan từ các ruồi nhạy cảm. các nghiên cứu tiếp theo cho thấy sự nhạy cảm với CO2 liên quan đến virus có đặc tính gần với virus vesicular stomatite chứa RNA. Sự lây nhiễm loại virus này cho ruồi giấm làm nó trở nên nhạy cảm với CO2. Phần tử tế bào chất khác là δ được Minamori phát hiện cũng ở ruồi giấm, tương tự như retrovirus. Phần tử σ truyền thụ qua tế bào chất và theo dòng mẹ, có thể gây chết phôi.