Sinh học - Chương 4: Những nguyên lý về di truyền các tính trạng ở thực vật

1 CHƢƠNG 4 NHỮNG NGUYÊN LÝ VỀ DI TRUYỀN CÁC TÍNH TRẠNG Ở THỰC VẬT 4.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DI TRUYỀN 1. Sử dụng các bố mẹ khởi đầu là các cây thuần chủng (đậu Hà Lan) – được chọn lọc qua nhiều đời tự thụ phấn, với các tính trạng nghiên cứu đã ổn định, phân biệt và tương phản rõ nét. 2. Lai giữa các bố mẹ có tính trạng tương phản và theo dõi qua các thế hệ, chỉ chú ý đến các tính trạng tương phản quan tâm, bỏ qua các tính trạng khác. 3. Trong các tinh trạng quan tâm, ông tiến hành thí nghiệm trên từng tính trạng riêng rẽ trước khi theo dõi đồng thời nhiều tính trạng hơn. 4. Sử dụng thống kê để tính toán số lượng các con lai theo từng tính trạng tương phản ở các thế hệ. 5. Phân tích các tính trạng di truyền ở con lai theo từng cây qua các thế hệ tự thụ (theo dõi phả hệ). 6. Sử dụng phương pháp lai trở lại với bố mẹ khởi đầu để xác định đặc điểm của các con lai (phép lai phân tích). Các ký hiệu thƣờng đƣợc sử dụng trong phân tích di truyền  P – thế hệ bố mẹ. Lai hữu tính ký hiệu bằng dấu nhân (x), trong sơ đồ lai thuờng viết mẹ trước bố sau. Mẹ ký hiệu ♀, bố ký hiệu ♂.  G – Giao tử  F – chỉ thế hệ con lai, các chỉ số F1, F2.Fn là các thế hệ con lai thứ nhất, thứ haithứ n.  Con lai ngược lại với bố mẹ (backcross) ký hiệu là Fb. Kiểm tra sự tương ứng bằng phương pháp X2  Các số liệu thống kê thu được từ các thí nghiệm vốn sai khác ít nhiều so với các con số mang tính chất lý thuyết. 315:102 ~ 3:1 ? 118: 102 ~ 1:1?  Chúng ta băn khoăn không rõ liệu sự giả định "xấp xỉ" của chúng ta có thật chắc chắn không?  Để tăng tính khách quan cho phép ước lượng, toán thống kê cho chúng ta một công cụ là gọi phép kiểm định sự phù hợp. Trong các nghiên cứu sinh vật, phương pháp X2 được sử dụng phổ biến hơn cả. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 2 Phương pháp kiểm định X2  Đây là một công cụ toán thống kê thông dụng cho phép kiểm tra độ phù hợp giữa các trị số thực tế quan sát được (observed, ký hiệu: O) và các trị số lý thuyết được kỳ vọng (expected, ký hiệu: E) của một giả thuyết hay phân phối thực nghiệm khoa học nào đó.  Bƣớc 2: Tìm trị số χ2 lý thuyết bằng cách tra Bảng các giá trị của phân phối χ2 α với k bậc tự do. α = 0,2 và k = n −1  Bƣớc 3: So sánh các giá trị χ2 thực tế và lý thuyết. Nếu như trị số χ2 thực tế nhỏ hơn trị số χ2 lý thuyết, giả thuyết H0 được chấp nhận. Nghĩa là kết quả thu được phù hợp với tỷ lệ được giả định. Nếu như trị số χ2 thực tế lớn hơn hoặc bằng trị số χ2 lý thuyết, giả thuyết H0 bị bác bỏ. Nghĩa là kết quả thu được không phù hợp với tỷ lệ được giả định. 4.2. Khái niệm tính trạng Tính trạng là một đặc điểm biểu hiện nào đó về Hình thái, Cấu trúc Chức năng sinh lý, hóa sinh của cơ thể. Tính trạng như một đặc điểm phân biệt giữa các cá thể. Thể hiện của tính trạng là kết quả hoạt động của gen, tương tác giữa các gen và nằm trong mối quan hệ với tác động của các yếu tố môi trường. 4.2.1. Tính trạng cơ bản  Là các tính trạng do một gen kiểm soát.  Gen trên nhiễm sắc thể có tác động thẳng tới sự biểu hiện của tính trạng mà người nghiên cứu thu nhận, quan sát được.  Những trạng thái thể hiện khác nhau của tính trạng cơ bản do các alen khác nhau của một gen kiểm tra. Các alen này có quan hệ trội lặn, hoặc hoạt động độc lập. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 3 Sơ đồ diễn tả sự biểu hiện của tính trạng cơ bản  Những tính trạng mà ta quan sát, thu nhận được bằng nhiều phương pháp khác nhau biểu hiện như những tính trạng cơ bản khi chúng là kết quả của sự tác động thẳng, trực tiếp của sản phẩm phân tử của gen. PA tính trạng gen A 4.2.2.Tính trội và phân ly tính trạng  7 tính trạng Mendel lựa chọn trong nghiên cứu của mình đều là các tính trạng cơ bản  Trong phép lai của mình tại thế hệ F1, ông chỉ thu được kiểu hình của một bên bố/mẹ. Tính trạng biểu hiện tại F1 gọi là tính trạng trội, không biểu hiện là tính trạng lặn.  Cho các cá thể F1 có kiểu hình trội tự thụ, 1/3 quần thể F2 chỉ biểu hiện tính trạng trội, 2/3 số quần thể biểu hiện cả tính trạng lặn và tính trạng trội  sự phân ly. Lai theo một cặp tính trạng 4.2.3.Giải thích cơ chế tính trội  Gen bình thường (dại) kiểm tra tổng hợp nên sản phẩm Protein  biểu hiển ra tính trạng.  Alen đột biến tạo nên ít Protein / Protein có hoạt tính kém / không tạo ra protein. Kiểu hình được quy định bởi tương quan giữa quan hệ trội lặn giữa 2 allen của một gen.  Trường hợp Aa = AA (trội hoàn toàn).  Trường hợp A1A1 < A1A2 < A2A2 (trội ko h toàn).  Trường hợp A1A1 A2A2 (siêu trội). Trội không hoàn toàn  Trường hợp kiểu gen dị hợp biểu hiện kiểu hình trung gian giữa hai kiểu hình của kiểu gen đồng hợp tử. P AA(đỏ) x aa (trắng) F1 Aa (hồng) F2 1 AA : 2 Aa : 1 aa Đồng hợp tử AA tạo sắc tố đỏ, aa không có sắc tố. Dị hợp tử Aa không đủ sắc tố đỏ nên có màu hồng. 4 Red CRCR Gametes P Generation CR CW White CWCW Pink CRCW CR Gametes CW F1 Generation F2 Generation Eggs CR CW CR CRCR CRCW CRCW CWCW CW Sperm 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 Siêu trội  Sự phối hợp Protein của cả gen A và a làm cho hoạt tính của gen Aa gia tăng hơn cả AA và aa. Giải thích cơ chế tính trội ở góc độ phân tử  Khi trội hoàn toàn, nếu gen mã hoá một enzim, còn alen đột biến sinh ra 1 enzim không có hoạt tính hay có hoạt tính rất yếu thì các thể dị hợp chỉ sinh ra khoảng ½ số lượng enzim có hoạt tính so với các thể đồng hợp kiểu dại. Nếu số lượng sản phẩm đó đủ để cho tế bào hoặc cơ thể thực hiện những chức năng trao đổi chất một cách bình thường -> kiểu gen dị hợp tử thể hiện kiểu hình bình thường giống như kiểu hình đồng hợp tử trội (Aa = AA).  Trường hợp nếu mức giảm có ảnh hưởng đáng kể -> biểu hiện kiểu hình trung gian (AA> Aa > aa). Cũng có thể kiểu dị hợp tử lại tạo nên hiệu quả hoạt động hoá sinh của tế bào tốt hơn so với đồng hợp tử trội-> hiệu qủa siêu trội (Aa> AA).  Trường hợp alen đột biến lại trội so với alen kiểu dại: vì enzim đột biến sinh ra ái lực cao hơn so với cơ chất so với enzim của alen kiểu dại. Tuy nhiên, enzim đột biến không có khả năng xúc tác phản ứng hoặc xúc với hiệu quả thấp  kiểu hình đột biến sẽ xuất hiện khi alen đột biến ở trạng thái đồng hợp hay dị hợp. 4.3. Dãy alen  Các trạng thái khác nhau của một locus (các alen) được hình thành do đột biến gen.  Trải qua quá trình chọn lọc tự nhiên dẫn tới hình thành nhiều trạng thái thể hiện ổn định.  Tập hợp các trạng thái ấy ta thu được một dãy, gọi là dãy alen. Các trạng thái alen của các locus là nguyên nhân tạo nên sự đa dạng di truyền ở quần thể sinh vật. Ví dụ 1  Dãy alen kiểm tra hệ thống nhóm máu ABO ở người. Locus I kiểm tra sự hình thành nhóm máu, locus này có 3 trạng thái alen  IA – tổn hợp kháng nguyên A.  IB – tổng hợp kháng nguyên B.  i – không tổng hợp kháng nguyên. IA, IB hoạt động độc lập, cả hai thể hiện trội (đồng trội) so với i.  Sự phối hợp của các alen tạo nên các kiểu gen, ứng với các nhóm máu (kiểu hình) sau:  IAIA ; IAi – nhóm máu A  IBIB ; IBi – nhóm máu B  IAIB – nhóm máu AB  ii – nhóm máu O 5 Ví dụ 2  Trong phân tích hóa sinh đã phát hiện ra những protein khác nhau của một locus – các isoenzym, đó là các trạng thái khác nhau của một locus gen. Những locus có nhiều trạng thái alen khác nhau được gọi là locus đa hình. Sự tồn tại của nhiều locus đa hình tạo nên tiềm năng biến dị tái tổ hợp vô cùng lớn. Giả sử ta có n locus phân ly độc lập, mỗi locus có k trạng thái alen thì số kiểu giao tử có thể hình thành là kn, số tổ hợp kiểu gen lưỡng bội có thể tạo thành là (kn)2. VD 3: Dãy alen màu lông thỏ  4 alen khác nhau  C - màu xám (kiểu dại)  cch – kiểu lông chinchilla  ch – kiểu lông Hymalaya  ca – kiểu bạch tạng  Tương quan trội lặn:  C > cch > ch > ca 4.4. Kiểu gen, kiểu hình  Kiểu gen là cấu trúc di truyền của cơ thể. Trong các nghiên cứu, thường người ta chỉ nêu kiểu gen của cơ thể với các cặp gen được quan tâm.  Kiểu hình là tập hợp các đặc điểm có thể quan sát được ở cơ thể. Trong các nghiên cứu, thường người ta chỉ nêu kiểu hình của các tính trạng quan tâm. Kiểu hình là kết quả biểu hiện của của kiểu gen trong một điều kiện môi trường xác định. Trên thực tế ở sinh vật bậc cao mỗi cơ thể là một kiểu gen và một kiểu hình đặc trưng và duy nhất. Tính trạng thể hiện có điều kiện  Trong một số trường hợp không phải tất cả các cá thể mang cùng một kiểu gen đều biểu hiện kiểu hình tương ứng. Ở các điều kiện môi trường khác nhau thì chúng biểu hiện kiểu hình khác nhau.  Hoa liên hình (Primula) ở nhiệt độ 20oC hoa có màu đỏ, nhưng ở 35oC hoa có màu trắng và ở 5oC - màu đen.  Gen gây bất dục đực nhân ở lúa (các dòng PGMS và TGMS). Với các dòng TGMS nếu nhiệt độ thấp hơn 24oC - cây hữu dục, ngược lại nếu lớn hơn 24oC - bất dục Trồng trên đất chua Trồng trên đất kiềm Hoa cẩm tú cầu (Hydrangea L.) 6 Tác động đa hiệu của gen  Một gen hoạt động gây nên sự biểu hiện của một số tính trạng, gọi là gen tác động đa hiệu. Một gen có thể gây một biểu hiện chủ chốt, đồng thời tác động tới biểu hiện một số tính trạng khác. (Hình 4.3).  Ngay từ những thí nghiệm của Mendel, ông đã nhận xét rằng, màu sắc hoa đỏ tía, vỏ hạt màu xám, các vệt đỏ ở rìa lá đều phụ thuộc vào một nhân tố di truyền. Ở khoai tây, màu sắc củ đỏ cũng kéo theo biến đổi màu sắc ở hoa  Trong hiệu ứng đa hiệu của gen, biểu hiện chính dễ quan sát, các biểu hiện phụ thường khó phân biệt hơn.  Hiệu ứng đa hiệu của gen có thể gây nên những biểu hiện có lợi, đồng thời có thể gây nên những biểu hiện có hại. Điều này cần lưu ý trong chọn giống. Sơ đồ diễn tả hoạt động đa hiệu của gen Tính trạng biểu hiện theo mô hình số lƣợng Thể hiện của tính trạng quan sát có thể là kết quả ảnh hưởng qua lại của nhiều gen theo các hiệu ứng tương tác khác nhau: bổ sung, ức chế, tác động cộng gộp Như thế, tính trạng có thể được kiểm soát bởi nhiều gen khác nhau. Ở đây, mang tính chất số lượng, tạo thành dãy biến động liên tục,  tính trạng số lượng. Những biểu hiện cơ bản về đặc điểm di truyền của các tính trạng có ý nghĩa ứng dụng lớn trong chọn giống. Di truyền độc lập các tính trạng Thí nghiệm lai hai cặp tính trạng của Mendel. • Màu sắc tử diệp vàng (A) • Màu sắc tử diệp xanh (a) • Dạng hạt tròn (B) • Dạng hạt nhăn (b). P Vàng, tròn x Xanh, nhăn F1 100% Vàng, tròn F2 315 vàng, tròn 108 vàng, nhăn 101 xanh, tròn 32 xanh, nhăn Vàng/xanh = 423/133 ~ 3/1 Tròn/nhăn = 416/140 ~ 3/1 Nếu 2 tính trạng di truyền độc lập. Tỷ lệ phân ly theo xác suất là (3V:1X) x (3T:1N) = 9V-T : 3V-N : 3X-T : 1X-N Thực tế Mendel thu được 315V-T : 108V-N : 101 X – T : 32 X-N 7  Kiểm định X2  Kết quả = 0,51  F1 dị hợp tử theo hai gen  Đem cây F1 lai phân tích kết quả thu được 55V-T:51V- N: 49X-T: 53X-N  F1 tạo ra 4 loại giao tử với tỷ lệ bằng nhau Phát biểu định luật phân ly độc lập các tính trạng (tr 112, giáo trình DTTV). P ♀ ♂ F1 Quy luật phân ly độc lập các tính trạng nghiệm đúng trong điều kiện  Nhìn chung các gen nằm trên các cặp NST tương đồng riêng biệt.  Các dạng giao tử hình thành, có sức sống tương đương, có xác suất phối hợp như nhau.  Các dạng hợp tử hình thành có sức sống như nhau.  Các tính trạng có độ thâm nhập và độ biểu hiện hoàn toàn. 8 Số cặp gen dị hợp tử (n) Số dạng giao tử ở F1 Số lượng tổ hợp ở F2 Phân ly kiểu gen Phân ly kiểu hình Tỷ lệ dạng đồng hợp tử lặn ở F2 số lượng tỷ lệ phân ly số lượng tỷ lệ phân ly 1 2 4 3 1:2:1 2 3:1 1/4 2 4 16 9 4 9:3:3:1 1/16 3 8 64 27 8 (3:1)3 1/64 . . . n 2n 4n 3n (1:2:1)n 2n (3:1)n 1/4n Công thức tổng quát dự tính trong lai theo nhiều cặp tính trạng Tương tác giữa các gen không alen  Sự biểu hiện của một tính trạng có thể do nhiều hơn một gen điều khiển. Các gen này tương tác với nhau trong biểu hiện tính trạng.  Tương tác giữa các gen không cùng alen (phân ly độc lập) phổ biến là theo phương thức bổ sung, ức chế. Tương tác bổ sung  Hoạt động bổ sung của hai gen xảy ra khi các gen trội cùng có mặt trong kiểu gen phối hợp với nhau gay xuất hiện một biểu hiện kiểu hình mới khác với trường hợp chúng ở trạng thái riêng rẽ. Tƣơng tác bổ sung 1 Hai gen trội ở trạng thái riêng rẽ biểu hiện kiểu hình khác nhau Tính trạng màu sắc quả P AAbb x aaBB Quả mầu đỏ tươi Quả mầu vàng F1 AaBb (Quả đỏ thẫm) F2 9A-B- : 3A-bb : 3aaB- : 1aabb Đỏ thẫm Đỏ tươi Vàng Màu xanh 9 Hai gen trội ở trạng thái riêng rẽ có biểu hiện kiểu hình giống nhau Tính trạng hình dạng qủa ở bí đỏ. P AAbb x aaBB Quả tròn Quả tròn F1 AaBb (Quả dẹt) F2 9A-B- : 3A-bb : 3aaB- : 1aabb 9 Quả dẹt 6 Quả tròn 1 Quả dài Hai gen trội ở trạng thái riêng rẽ không biểu hiện ra kiểu hình. Tính trạng quy định có chứa chất xianit ở cỏ ba lá, tính trạng quy định sắc tố ở hoa đậu thơm... P HHll x hhLL không xianit không xianit F1 HhLl có xianit F2 9H-L- : 3H-ll : 3hhL- : 1hhll 9 có xianit : 7 không xianit Tương tác ức chế  Hoạt động của một gen bị ức chế trực tiếp hoặc gián tiếp bởi một gen khác.  Tương tác ức chế trội. Alen trội A của gen số 1 sản sinh ra hoạt chất ức chế hoạt động của cặp gen khác (B,b). 10 Gen gây ức chế không biểu hiện kiểu hình Màu sắc lông ở gà P AABB x aabb trắng trắng F1 AaBb trắng F2 9 A-B- : 3 aaB- : 3A-bb : 1 aabb 9 trắng 3 có màu : 3 trắng 1 trắng  13 trắng : 3 có màu Gen ức chế biểu hiện thành kiểu hình. Gen quy định tính trạng màu sắc lông của chó. P II BB x ii bb trắng nâu F1 Ii Bb trắng F2 9 I- B- : 3 I- bb : 3ii B- : 1iibb 12trắng : 3 đen : 1 nâu Tƣơng tác ức chế lặn  Sự biểu hiện của một cặp gen phụ thuộc vào kết quả hoạt động của cặp gen kia (A, a).  Cặp gen (A, a) không gây biểu hiện kiểu hình, mà sản phẩm của gen trội A là nền tảng để cặp gen B thể hiện.  Khi gen này ở trạng thái lặn (aa) sẽ không có sản phẩm nền tảng  (B,b) không biểu hiện thành kiểu hình 11 Ví dụ: gen quy định tính trạng màu sắc lông ở chuột P AA bb x aa BB trắng đen F1 Aa Bb xám F2 9 A- B- : 3 A- bb : 3aaB- : 1 aa bb 9 xám : 3 đen : 4 trắng Tính trạng số lượng Mô hình tác động cộng gộp  Tính trạng số lượng được quy định bởi nhiều gen, chúng tương tác với nhau theo các mô hình đa dạng, tạo nên sự biến thiên liên tục của tính trạng.  Có nhiều mô hình biểu hiện của tính trạng số lượng: Tương tác giữa các alen cùng locus. Tương tác gen khác locus. Hiệu quả cộng gộp của các gen biến điệu. 12 Khái niệm về mô hình tác động cộng gộp  Mô hình tác động cộng gộp đưa ra giả thuyết rằng, 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.  Mức độ biểu hiện của tính trạng 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 phân ly động lập Mô hình tác động cộng gộp trên tính trạng màu sắc hạt lúa mì  Mỗi một alen trội có mặt trong kiểu gen của cây làm gia tăng sắc tố đỏ trong hạt nên tạo ra sự phân ly màu sắc hạt ngô tại F2  Khi số lượng gen kiểm tra tính trạng PLĐL càng lớn thì số lượng các kiểu phân ly ở F2 càng liên tục và mở rộng hơn. Hiện tƣợng tăng tiến.  Sự tổ hợp tự do của các gen trội (làm tăng tính trạng và các gen lặn (làm giảm tính trạng) có thể dẫn tới hệ quả là ở đời phân ly F2 thu được các trạng thái có độ lớn của tính trạng vượt hơn, hoặc kém hơn so với mức ở bố mẹ  hiện tƣợng tăng tiến. Ví dụ về hiện tƣợng tăng tiến ở tính trạng kích thƣớc bắp ngô  A : tăng số hàng hạt trên bắp  a: giảm số hàng hạt  B: tăng số hạt trên hàng  b: giảm số hạt trên hàng P AAbb x aaBB Bắp to mà ngắn Bắp bé mà dài F1 AbBb Bắp to TB, dài TB F2 1 4 6 4 1 Số gen trội: 4 3 2 1 0 Kiểu gen : AABB aabb (bắp to, dài) (bắp nhỏ và ngắn) 13 Đánh giá tính trạng số lƣợng  Để đánh giá được tính trạng số lượng người ta phải thông qua các phép định lượng, cân, đo.  Số liệu thu được sẽ biến thiên thành một dãy liên tục  Các thông số được quan tâm khi đánh giá biểu hiện tính trạng số lượng trong một mẫu sinh vật bao gồm, Trung bình mẫu, Phương sai mẫu Độ lệch chuẩn Và hệ số biến động. Giá trị trung bình XTB = 1/n∑Xi Xi: giá trị mẫu thứ n: Số lượng mẫu XTB: Giá trị trung bình Giá trị trung bình đại diện cho giá trị tập trung của các phần tử trong mẫu thống kê. Phƣơng sai V = (Xi – XTB) 2/(n-1) Đại diện cho độ sai lệch của từng cá thể với giá trị trung bình. Phương sai càng lớn, thì sự biến động giữa các số liệu càng nhiều Độ lệch Hệ số biến động TB CV% = 100% X   Một số đặc điểm phân tích di truyền tính trạng số lƣợng  Biểu hiện của tính trạng số lượng chịu ảnh hưởng tác động của kiểu gen và môi trường.  Các tính trạng nông học quan tâm phân lớn là tính trạng số lượng  Khó khăn có việc tách ảnh hưởng của môi trường ra khỏi ảnh hưởng của kiểu gen trong sự thể hiện của tính trạng  chọn lọc kiểu gen theo kiểu hình kém hiệu quả  Để bóc tách sự ảnh hưởng tương đối của kiểu gen và môi trường tới sự thể hiện của tính trạng số lượng, cần xác định  phương sai kiểu hình,  Phương sai kiểu gen  và hệ số di truyền. Phân tích các thành phần phƣơng sai  VP = VG + VE  VG = VA + VD + VI = 2 2 2 2 g d h i      Phân tích di truyền liên kết và trao đối chéo, bản đồ di truyền của nhiểm sắc thể, di truyền liên kết giới tính HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN LIÊN KẾT VÀ TRAO ĐỔI CHÉO  Quy luật phân ly độc lập của các tính trạng xảy ra khi các gen nằm trên các NST không tương đồng.  Kiểu dị hợp tử theo 2 gen độc lập tạo ra 4 kiểu giao tử với tỷ lệ tương đương. P: Aa Bb x aabb Gp AB: Ab: aB: ab ab Fb AaBb: Aabb: aaBb:aabb 14  Cơ thể sinh vật có số lượng gen rât lớn, trong khi số lượng NST lại hạn chế (vài chục)  trên mỗi NST chứa nhiều gen, chúng tạo thành một nhóm liên kết.  Khi các gen trên một nhiễm sắc thể di truyền như một đơn vị  sự liên kết hoàn toàn.  Khi 2 gen liên kết hoàn toàn, chúng di truyền cùng với nhau như trường hợp một gen 1 2 :1 2 1 AB ab AB AB AB ab F F AB ab ab AB ab ab    Trên thực tế giữa các gen trên đôi NST tương đồng có thể xảy ra trao đổi chéo  liên kết không hoàn toàn. Bên cạnh các kiểu giao tử liên kết, xuất hiện các kiểu giao tử sinh ra do trao đổi chéo. Giao tử AB, ab Ab, aB Ab, aB AB, ab AB ab AB ab  Ab aB Ab aB  AB ab Ab aB Dị hợp tử kết Dị hợp tử đẩy  Kiểu liên kết Kiểu tái tổ hợp  Tổng tần số các kiểu giao tử tái tổ hợp luôn nhỏ hơn tần số các kiểu liên kết (<50%) và thay đổi với từng cặp gen.  # với tần số = nhau (=25%)trong trường hợp phân ly độc lập   phân ly kiểu hình tại F2 sẽ khác trong với tỷ lệ trong phân ly độc lập (9:3:3:1).   có thể xác định tính trạng di truyền độc lập hay liên kết thông qua phép thử tỷ lệ phân ly kiểu hình tại F2 và Fb có tương ứng với tỷ lệ trong trường hợp phân ly độc lập hay không?  Kết quả thực nghiệm sai khác rất rõ với giả thuyết Di truyền độc lập.  Hai kiểu hình liên kết AB, ab chiếm 84,37%  Hai kiểu hình tái tổ hợp chiếm 16,63%, nhỏ hơn nhiều. CHỨNG MINH DI TRUYỀN VỀ HIỆN TƯỢNG LIÊN KẾT HOÀN TOÀN VÀ KHÔNG HOÀN TOÀN  1910, nhóm nghiên cứu của Thomas Morgan trên đối tượng ruồi giấm đã xác định gen nằm trên NST, đồng thời chứng minh hiện tượng di truyền liên kết và trao đổi chéo.  Cho lai hai dòng ruồi phân biệt theo 2 gen liên kết: thân đen (b) < thân xám (b+) cánh cụt (vg) < cánh bình thường (vg+) + 1+ b b- b b- vg vg b vg F vg vg b vg           15 Tiến hành hai phép lai phân tích với ruồi F1  Ruồi đực F1 lai với dạng đồng hợp tử lặn theo hai gen, kết quả đời Fb, thu được hai kiểu gen giống thế hệ xuất phát  Thân xám, cánh cụt (50%) và  Thân đen, cánh bt (50%)  các gen nghiên cứu trên ruồi đực liên kết hoàn toàn.  Ruồi cái F1 lai với dạng đồng hợp tử lặn thu được Thân xám, cánh cụt 41,5% b Thân đen cánh bt 41,5% Thân xám, cánh bt 8,5% Thân đen, cánh cụt 8,5%  Các gen liên kết không hoàn toàn, kết quả trao đổi chéo giữa các gen tạo ra hai kiểu giao tử tái tổ hợp mới. Xác định tần số Trao đổi chéo Có hai phương pháp để xác định tần số trao đổi chéo.  Dựa vào kết quả phép lai phân tich  Dựa vào kết quả phân ly F2 Xác định tần số trao đổi chéo ở đời lai phân tích (hai gen liên kết)  Trong phép lai phân tích, kiểu gen của cây thử là dị hợp tử theo hai gien liên kết, có trao đổi chéo xảy ra, kết quả kiểu hình được thể hiện như bảng sau Xác định tần số trao đổi chéo dựa vào kết quả ở đời phân ly F2 theo phương pháp khai căn 16 Bản đồ nhiễm sắc thể  Nhóm gen liên kết: là các gen cùng nằm trên một nhiễm sắc thể và có xu thế di truyền cùng nhau, tạo nên một tập hợp gọi là nhóm liên kết.  Khi phân tích các gen liên kết, dạng hoán vị gen thu được là kết quả trao đổi chính xác giữa các phần tương ứng của đôi NST tương đồng  các gen phải nằm trên NST theo trật tự đường thẳng. Khoảng cách giữa các gen thể hiện lực liên kết được xác định qua tần số trao đổi chéo.  Sơ đồ diễn tả trật tự các gen trên nhiễm sắc thể và khoảng cách tương đối giữa chúng được xác định bằng tần số trao đổi chéo gọi là Bản đồ di truyền của NST. Thiết lập bản đồ di truyền Phân tích 3 locus Đem cây dị hợp tử 3 cặp gen quan tâm đem lai phân tích, kết quả thu được dùng để phân tích ba locus Bước 1- Xác định tần số trao đổi chéo kép (m %): tỷ lệ kiểu hình khác bố mẹ thu được với tỷ lệ rất thấp là kết quả của trao đổi chéo kép (m%)  xác định gen b nằm giữa a và c Bước 2- Xác định tần số của 2 trao đổi chéo đơn giữa a-b (x%) và b-c (y%). Bước 3: Tính khoảng cách di truyền giữa các gen như sau,  khoảng cách giữa a-b = x+m (cM)  khoảng cách b-c là y+m (cM)  Ký hiệu: da-b = x+m (cM); db-c=y+m (cM). Sự nhiễu Một cách lý thuyết ta có thể tính được tần số trao đổi kép bằng cách nhân hai tần số của trao đổi chéo đơn. Q = (x+m) x (y+m). Trên thực tế có sự nhiễu xảy ra giữa 2 trao đổi chéo đơn trong phân tích 3 locus. Khi một trao đổi chéo đơn xảy ra nó làm giảm tần số trao đổi chéo tại các vị trí xung quanh nó. Vị trí càng gần, mức độ giảm càng mạnh  làm giảm khả năng xảy ra TĐC kép  Sự nhiễu. Đánh giá sự nhiễu  Hệ số trùng hợp Q = (x+m) x (y+m).  Đại lượng nhiễu I = 1-C m C Q  Phương trình bản đồ hóa  Khi khoảng cách giữa các gen là nhỏ (<10%), sự nhiễu tăng nên trao đổi chéo đơn giữa hai gen sẽ ngăn cản các trao đổi chéo đơn khác giữa 2 gen đó không có TĐC kép giữa hai gen.  Khoảng cách giữa 2 gen lớn (>10%), xuất hiện những trao đổi chéo kép giữa 2 gen và không thể ghi nhận qua phân tích 3 locus  phương trình để hiệu chỉnh (phương trình bản đồ hóa)  2 1 1 1 ln(1 2 ) 2 2 drf e d rf      17 DI TRUYỀN LIÊN KẾT GIỚI TÍNH Nhiễm sắc thể xác định giới tính Hiện tượng phân ly giới tính xảy ra phổ biến ở thế giới động vật, nó được kiểm tra bởi yếu tố di truyền. Bộ nhiễm sắc thể của các loài động vật chia ra làm + NST thường + NST giới tính. Giới tính quy định bởi cặp NST giới tính  Giới tính của một cá thể được quy định bởi duy nhất cặp NST giới tính. Trong đó  Một giới có đôi NST giới tính giống nhau (XX)  đồng giao tử  Một giới có 2 NST giới tính khác nhau (XY)  dị giao tử  Khuynh hướng tỷ lệ phân ly giới tính là 1:1.  Phần lớn trường hợp XY là con đực, XX là con cái.  Một số trường hợp NST Y tiêu biến như ở châu chấu cái - XX, cá thể đực - XO; ở mối đực-XX, cái – XO. Giới tính quy định bởi trạng thái đơn bội, lưỡng bội  Đại diện: các loài ong, kiến  Các cá thể cái phát triển từ trứng có thụ tinh mang bộ NST lưỡng bội (ong thợ, kiến thợ, ong chúa, kiến chúa).  Cá thể đực phát triển từ trứng không được thụ tin nên có bộ NST đơn bội. Sinh ra giao tử không trải qua hiện tượng giảm nhiễm. Giới tính quy định bằng sự cân bằng giữa bộ NST thường và giới  Đại diện: Ruồi dấm.  1 bộ đơn bội NST thường (A) có giá trị xác định tính đực là 1.  Mỗi NST X mang giá trị xác định tính cái là 1½.  Kiểu gen AA XY - 2 ♂ : 1½♀  đực  Kiểu gen AA XX – 2 ♂ : 3♀  cái.  Kiểu gen AA XXY  cái; AAXO  đực. Thực vật cũng có sự phân ly giới tính  Đại diện: là các cây đơn tính biệt chu (diecious).  Ví dụ  Melandrium album XY – đực, XX – cái.  Rumex angiocarpus XY – đực, XX – cái.  Canabis sativa XY – đực, XX – cái  Trên thực tế sự xác đinh giới tính ở sinh vật còn phức tạp hơn, có thể chịu sự chi phối và ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác, tùy từng loài SỰ DI TRUYỀN TÍNH TRẠNG LIÊN KẾT GIỚI TÍNH  Hai NST giới tính X và Y không tương đồng, Một số gen bên X không có alen bên Y Một số gen bên Y không có alen bên X Số còn lại có cả bên X và bên Y.  Sự di truyền của những tính trạng mà gen quy định chúng nằm trên đôi nhiễm sắc thể giới tính gọi là sự di truyền liên kết với giới tính. 18 Di truyền gen ở bên X không có alen bên Y Di truyền gen nằm ở bên Y không có alen trên X  Tính trạng chỉ di truyền theo dòng XY (dòng đực) Gen nằm trên phần tương đồng của X và Y  Quan sát thấy hiện tượng di truyền liên kết từng phần  Ông truyền cho một nửa cháu trai,  Bà truyền cho một nửa cháu gái DI TRUYỀN TẾ BÀO CHẤT  Tế bào chất cũng có ảnh hưởng nhất định đến tính di truyền.  Các gen trong TBC nằm tại ty thể, lạp thể, vi khuẩn, virus cộng. Các gen này di truyền không theo quy luật di truyền như các gen trong nhân.  Sự hiểu biết về hoạt động của các gen ty thể, lục lạp nằm trong mối quan hệ tổ chức điều hòa hoạt động hệ thống di truyền của tế bào và ứng dụng trong chọn giống. Đặc điểm cơ bản của di truyền Tế bào chất  Những tính trạng do gen trong tế bào chất quy định có thể được phân biệt với các gen ở nhân qua phép lai thuận nghịch.  Di truyền các gen trong tế bào chất không có các quy luật phân ly rõ ràng như các gen trong nhân.  Trên cơ thể đa bào, các tính trạng do các gen bào chất kiểm tra có thể hình thành nên các thể khảm. 19  Khi đột biến xảy ra tại những bào quan nào đó thì sau một vài lần tái bản, chúng có thể được thay thế bởi các bào quan bình thường  các đột biến ở tế bào chất có thể nhanh mất đi.  Sử dụng phương pháp thay thế nhân thực nghiệm có thể làm sáng tỏ sự ảnh hưởng tương đối của nhân và bào chất trong sự biểu hiện kiểu hình tính trạng. Di truyền lạp thể ADN lục lạp - 1 - Có cấu trúc dạng vòng - Kích thước từ 120 Kb – 160 Kb (TV bậc cao); 85Kb – 292 Kb (tảo). - Mỗi ADN lục lạp thường có chứa nhiều bản sao cp.ADN: 30-60 (TV bậc cao). 40 (tảo đơn bào lông roi). - Nhóm gen liên kết ở các lục lạp của cơ thể về cơ bản là giống nhau. Phân làm 2 nhóm chính + Nhóm mã hóa sinh tổng hợp Protêin lục lạp + Nhóm gen quy định nhiều thành phần của bộ máy quang hợp Di truyền lạp thể ADN lục lạp - 2  Genome của thực vật bậc cao có kích thước nhỏ hơn (bằng 1/20 – 1/30 genome) của sinh vật nhân sơ  phụ thuộc nhiều hơn vào các gen nhân của tế bào.  Các lạp thể ở cá thể của một loài đồng nhất về di truyền. Nhiều sản phẩm do gen nhân tổng hợp đi vào lục lạp. Nhiều sản phẩm phải có sự kết hợp giữa gen lục lạp và gen nhân (Vd: enzym RDP carboxilase).  Các lạp thể ở cá thể của một loài là đồng nhất về di truyền. EXTRANUCLEAR INHERITANCE  Pigmentation in Mirabilis jalapa Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. Fig. 15.6 Variegation in the four o’clock Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. Model for the inheritance of shoot color in the four o’clock 20 Di truyền lạp thể ở tảo lục đơn bào Chlamydomonas  Là đối tượng thuận lợi cho nghiên cứu di truyền tế bào do trong tế bào chỉ có một lục lạp.  Bình thường chúng sinh sản vô tính, nhưng vẫn xen kẽ kiểu sinh sản hữu tính bằng phối hợp 2 tế bào trái dấu mt+ / mt-,  Hợp tử tạo thành bằng phối hợp sau đó giảm phân hình thành 4 bào tử nang.  Nếu sử dụng dạng mẹ mt+ kháng steptomycin (sr) thì tất cả cá thể con thể hiện tính kháng. Nếu dạng mẹ mt+ không kháng thì tất cả cá thể con cũng không kháng. Di truyền Ty thể AND Ty thể  Là phân tử có cấu trúc dạng vòng.  Ở các sinh vật khác nhau, các mt.ADN có kích thước biến động rất lớn, từ khoảng 16Kb ở động vật cho tới mấy trăm Kb ở thực vật bậc cao (570 Kb ở ngô).  Trong mỗi ty thể thường chứa nhiều bản sao mtADN.  Số lượng ty thể rất khác nhau ở các tế bào của cơ thể. Đặc biệt số lượng ty thể được tăng mạnh ở các tế bào trứng và tế bào hạt phấn (có thể chiếm tới 1/3 tổng số ADN của tế bào.  Sự tổ chức các gen trên mtADN của nấm men thể hiện tương tự như ở mtARN của động vật có vú. Độ dài mt.ADN nấm men tăng hơn có thể là do sự có mặt của nhiều đoạn intron lớn.  ADN vòng của ty thể có thể tái bản độc lập, ty thể tái bản độc lập với chu kỳ phân bào.  ADN của ty thể mã hóa cho một số nhóm gen sau:  Các riboxom đặc trưng, ARNt, enzym aminoaxil-tARN- synthetase.  Protein cấu trúc màng ty thể, enzym tham vào chuỗi hô hấp và một số gen khác. - Quá trình sao mã của ADN ty thể diễn ra liên tục, từ một điểm khởi đầu cho đến khi kết thúc mạch vòng ADN, sau đó nó được enzym endonuclease phân cắt ra để hình thành nên các tARN, rARN, mARN  mt.ADN ~ một operon ở vi khuẩn. - Trong ty thể chứa một lượng lớn các Protein cần cho quá trình thực hiện chức năng của nó. Số lượng protein do ty thể tổng hợp ra không nhiều nên các protein còn lại (do nhân tổng hợp) được chuyển vào trong ty thể. 21 Di truyền ty thể ở nấm men bánh mỳ  Nấm men Saccharomycer là cơ thể đơn bào, sống thành cụm gọi là khuẩn lạc.  Bình thường chúng tồn tại ở trạng thái đơn bội, được nhân lên theo phương thức mọc chồi. Tuy nhiên vẫn có hiện tượng sinh sản hữu tính khi phối hợp 2 dạng tế bào với nhau.  Ở nấm men có đột biến khuẩn lạc nhỏ, dạng này ở môi trường nuôi cấy có đường glucose có kích thước nhỏ do không thể tổng hợp enzym hô hấp cytochrom oxydase  tế bào bị thiếu hụt năng lượng  kích thước nhỏ.  Đem dạng đột biến khuẩn lạc nhỏ (Pet-) giao phối với dạng dại (Pet+) thu được 2 trường hợp phân ly  2 pet+ : 2pet-  đột biến trong gen nhân  4 pet+ : 2pet-  đột biến trong gen tại TBC.  Nuôi cấy cá thể pet- (trường hợp 1) thấy xuất hiện đột biến ngược trong khi đó pet- (trường hợp 2) không xuất hiện đột biến.  Phân tích di truyền dạng pet- có nguồn gốc tế bào chất  phát hiện thấy mtADN bị hỏng  tái bản tạo ty thể không bình thường  khuẩn lạc nhỏ.  Một số trường hợp, các ty thể có nguồn gốc khác nhau (được thu nạp vào bào chất của hợp tử) có thể dung hợp với nhau  2 mạch mt.ADN có thể trao đổi chéo  đa dạng về tổ hợp các gen ở ty thể. Di truyền các thể cộng sinh, ký sinh bào chất  Vi khuẩn cộng sinh tế bào chất của thảo trùng Paramecium  Là động vật đơn bào, sinh sản theo vô tính, có xen kẽ chu kỳ hữu tính.  Cơ thể thảo trùng có 2 nhân, 1 sinh dưỡng (lớn), 1 sinh dục (nhỏ)  Trong sinh sản hữu tính hai cơ thể thảo trùng tiếp hợp với nhau, mỗi cơ thể nhận một bộ NST đơn bội từ cơ thể còn lại Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 22  Ở thảo trùng có dòng gây độc, sinh ra paramixin gây chết các dòng khác (dòng mẫn cảm)  nguyên nhân là do các hạt kappa sinh chất này.  Nếu đưa thảo trùng vào môi trường thuận lợi, chúng sinh sản nhanh, tốc độ phân chia của các hạt kappa không kịp, thì ở một số đời sau, thảo trùng có thể không chứa các hạt kappa.  Các hạt kappa chính là các vi khuẩn cộng sinh với thảo trùng, Caedebacter taeniospiralis Thể gây bệnh di truyền qua tế bào chất.  Ở ruồi giấm, một loài xoắn khuẩn cộng sinh trên dòng ruồi cái nhưng lại gây chết ở dòng ruồi đực.  Các cá thể ruồi cái mang xoắn khuẩn này không thể sinh các ruồi con đực do phôi ruồi đực bị nhiễm khuẩn và chết.  Phân lập dòng vi khuẩn này đưa vào ruồi đực trưởng thành, thì ruồi đực cũng nhiễm bệnh và chết. Hiện tượng tiền định tế bào chất  Là sản phẩm do gen ở nhân của tế bào mẹ tạo ra, tồn tại trong bào chất và ảnh hưởng đến kiểu hình của tính trạng ở đời sau.  Ví dụ trên tính trạng xoắn vỏ của ốc sên (Limnaea). Là động vật có xảy ra hiện tượng tự giao, vì thế cho phép phân tích di truyền ở các thế hệ sau. Hiện tƣợng tiền định tế bào chất Hiện tượng bất dục đực tế bào chất ở thực vật bậc cao  Bất dục đực thể hiện ở góc độ thường thấy là hạt phấn không có khả năng nảy mầm trên vòi nhụy, các hạt phấn bất dục, bao phấn nghèo hạt phấn.  Tính bất dục có thể hoàn toàn do gen nhân kiểm tra.  Tính bất dục có thể do các yếu tố ở bào chất kiểm tra  bất dục đực tế bào chất CMS Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/