Giáo trình Di truyền thực vật đại cương - Chương 4: Những nguyên lý về di truyền các tính trạng ở thực vật - Phạm Thị Ngọc

Nội dung text: Giáo trình Di truyền thực vật đại cương - Chương 4: Những nguyên lý về di truyền các tính trạng ở thực vật - Phạm Thị Ngọc

1. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 4.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƢƠNG PHÁP CHƢƠNG 4 PHÂN TÍCH DI TRUYỀN NHỮNG NGUYÊN LÝ VỀ DI TRUYỀN CÁC 1. Sử dụng các bố mẹ khởi đầu là các cây thuần chủng (đậu Hà Lan) – được chọn lọc qua nhiều đời tự thụ TÍNH TRẠNG Ở THỰC VẬT 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 Kiểm tra sự tương ứng bằng phương phân tích di truyền pháp X2  P – thế hệ bố mẹ. Lai hữu tính ký hiệu bằng dấu nhân (x), trong sơ đồ lai thuờng viết mẹ trước  Các số liệu thống kê thu được từ các thí nghiệm vốn sai bố sau. Mẹ ký hiệu ♀, bố ký hiệu ♂. khác ít nhiều so với các con số mang tính chất lý thuyết. 315:102 ~ 3:1 ? 118: 102 ~ 1:1?  G – Giao tử  Chúng ta băn khoăn không rõ liệu sự giả định "xấp xỉ" của chúng ta có thật chắc chắn không?  F – chỉ thế hệ con lai, các chỉ số F1, F2 .Fn là các thế hệ con lai thứ nhất, thứ hai thứ n.  Để tăng tính khách quan cho phép ước lượng, toán thống kê cho chúng ta một công cụ là gọi phép kiểm  Con lai ngược lại với bố mẹ (backcross) ký hiệu định sự phù hợp. Trong các nghiên cứu sinh vật, là Fb. phương pháp X2 được sử dụng phổ biến hơn cả. 1
2. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 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 4.2.1. Tính trạng cơ bản Tính trạng là một đặc điểm biểu hiện nào đó về  Là các tính trạng do một gen kiểm soát.  Hình thái,  Cấu trúc  Gen trên nhiễm sắc thể có tác động thẳng tới sự  Chức năng sinh lý, hóa sinh của cơ thể. biểu hiện của tính trạng mà người nghiên cứu thu nhận, quan sát được. 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  Những trạng thái thể hiện khác nhau của tính tác động của các yếu tố môi trường. 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. 2
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. A PA tính trạng gen 4.2.2.Tính trội và phân ly tính trạng Lai theo một cặp 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. Trội không hoàn toàn 4.2.3.Giải thích cơ chế tính trội  Trường hợp kiểu gen dị hợp biểu hiện kiểu hình  Gen bình thường (dại) kiểm tra tổng hợp nên trung gian giữa hai kiểu hình của kiểu gen đồng sản phẩm Protein biểu hiển ra tính trạng. hợp tử.  Alen đột biến tạo nên ít Protein / Protein có hoạt P AA(đỏ) x aa (trắng) tính kém / không tạo ra protein. F1 Aa (hồng) Kiểu hình được quy định bởi tương quan giữa F2 1 AA : 2 Aa : 1 aa quan hệ trội lặn giữa 2 allen của một gen. Trường hợp Aa = AA (trội hoàn toàn). 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 Trường hợp A A A2A2 (siêu trội). 3
4. P Generation Red White CRCR CWCW Siêu trội Gametes CR CW  Sự phối hợp Protein của cả gen A và a Pink F Generation 1 CRCW làm cho hoạt tính của gen Aa gia tăng hơn cả AA và aa. 1 1 Gametes 2 CR 2 CW Sperm 1 R 1 W 2 C 2 C Eggs F2 Generation 1 R 2 C CRCR CRCW 1 W 2 C CRCW CWCW 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 4.3. Dãy alen 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  Các trạng thái khác nhau của một locus (các so với các thể đồng hợp kiểu dại. Nếu số lượng sản phẩm đó đủ alen) được hình thành do đột biến gen. 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 =  Trải qua quá trình chọn lọc tự nhiên dẫn tới hình AA). thành nhiều trạng thái thể hiện ổn định.  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  Tập hợp các trạng thái ấy ta thu được một dãy, đồng hợp tử trội-> hiệu qủa siêu trội (Aa> AA). gọi là dãy alen. Các trạng thái alen của các  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 locus là nguyên nhân tạo nên sự đa dạng di alen kiểu dại. Tuy nhiên, enzim đột biến không có khả năng xúc truyền ở quần thể sinh vật. 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. 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 4
5. VD 3: Dãy alen màu lông thỏ Ví dụ 2  Trong phân tích hóa sinh đã phát hiện ra những protein khác nhau của một locus – các  4 alen khác nhau isoenzym, đó là các trạng thái khác nhau của  C - màu xám (kiểu dại) một locus gen.  cch – kiểu lông chinchilla  ch – kiểu lông Hymalaya Những locus có nhiều trạng thái alen khác nhau  ca – kiểu bạch tạng được gọi là locus đa hình. Sự tồn tại của nhiều  Tương quan trội lặn: locus đa hình tạo nên tiềm năng biến dị tái tổ  C > cch > ch > ca 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. 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 Hoa cẩm tú cầu (Hydrangea L.)  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 5
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 Sơ đồ diễn tả hoạt động đa hiệu của gen hại. Điều này cần lưu ý trong chọn giống. Tính trạng biểu hiện theo mô hình số lƣợng Di truyền độc lập các tính trạng 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 Thí nghiệm lai hai cặp tính trạng của Mendel. Như thế, tính trạng có thể được kiểm soát bởi nhiều gen khác nhau. Ở đây, mang tính chất số lượng, tạo thành • Màu sắc tử diệp vàng (A) dãy biến động liên tục, tính trạng số lượng. • Màu sắc tử diệp xanh (a) Những biểu hiện cơ bản về đặc điểm di truyền của các • Dạng hạt tròn (B) tính trạng có ý nghĩa ứng dụng lớn trong chọn giống. • Dạng hạt nhăn (b). P Vàng, tròn x Xanh, nhăn F1 100% Vàng, tròn Nếu 2 tính trạng di truyền độc lập. F2 315 vàng, tròn Tỷ lệ phân ly theo xác suất là 108 vàng, nhăn (3V:1X) x (3T:1N) 101 xanh, tròn = 9V-T : 3V-N : 3X-T : 1X-N 32 xanh, nhăn Thực tế Mendel thu được Vàng/xanh = 423/133 ~ 3/1 315V-T : 108V-N : 101 X – T : 32 X-N Tròn/nhăn = 416/140 ~ 3/1 6
7. P ♀ ♂  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 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). 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. 7
8. Công thức tổng quát dự tính trong lai theo nhiều cặp tính trạng Tương tác giữa các gen không alen Số cặp Số dạng Số lượng Phân ly kiểu gen Phân ly kiểu hình Tỷ lệ dạng gen dị giao tử tổ hợp ở đồng hợp  Sự biểu hiện của một tính trạng có thể do nhiều hợp tử ở F F tử lặn ở F 1 2 số tỷ lệ phân số lượng tỷ lệ 2 hơn một gen điều khiển. Các gen này tương tác (n) lượng ly phân ly với nhau trong biểu hiện tính trạng. 1 2 4 3 1:2:1 2 3:1 1/4  Tương tác giữa các gen không cùng alen (phân 2 4 16 9 4 9:3:3:1 1/16 ly độc lập) phổ biến là theo phương thức bổ 3 8 64 27 8 (3:1)3 1/64 sung, ức chế. . . . n 2n 4n 3n (1:2:1)n 2n (3:1)n 1/4n 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 8
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). 9
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. Tƣơng tác ức chế lặn Gen quy định tính trạng màu sắc lông của chó.  Sự biểu hiện của một cặp gen phụ thuộc vào kết quả hoạt động của cặp gen kia (A, a). P II BB x ii bb  Cặp gen (A, a) không gây biểu hiện kiểu hình, trắng nâu mà sản phẩm của gen trội A là nền tảng để cặp F1 Ii Bb trắng gen B thể hiện. F2 9 I- B- : 3 I- bb : 3ii B- : 1iibb  Khi gen này ở trạng thái lặn (aa) sẽ không có 12trắng : 3 đen : 1 nâu sản phẩm nền tảng (B,b) không biểu hiện thành kiểu hình 10
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. 11
12. Mô hình tác động cộng gộp trên tính trạng màu Khái niệm về mô hình tác động cộng gộp sắc hạt lúa mì  Mô hình tác động cộng gộp đưa ra giả thuyết rằng, mỗi  Mỗi một alen trội có mặt trong kiểu gen của cây nhân tố di truyền có sự đóng góp như nhau cho sự tích làm gia tăng sắc tố đỏ trong hạt nên tạo ra sự lũy (tăng) cùng hướng để kiểm tra độ lớn của tính trạng. phân ly màu sắc hạt ngô tại F2  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  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. Ví dụ về hiện tƣợng tăng tiến ở tính trạng kích Hiện tƣợng tăng tiến. thƣớc bắp ngô  A : tăng số hàng hạt trên bắp  Sự tổ hợp tự do của các gen trội (làm tăng tính  a: giảm số hàng hạt trạng và các gen lặn (làm giảm tính trạng) có thể  B: tăng số hạt trên hàng dẫn tới hệ quả là ở đời phân ly F2 thu được các  b: giảm số hạt trên hàng trạng thái có độ lớn của tính trạng vượt hơn, P AAbb x aaBB hoặc kém hơn so với mức ở bố mẹ hiện Bắp to mà ngắn Bắp bé mà dài tƣợng tăng tiến. 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) 12
13. Đánh giá tính trạng số lƣợng Giá trị trung bình XTB = 1/n∑Xi Xi: giá trị mẫu thứ n: Số lượng mẫu XTB: Giá trị trung bình  Để đánh giá được tính trạng số lượng người ta phải Giá trị trung bình đại diện cho giá trị tập trung của các phần thông qua các phép định lượng, cân, đo. tử trong mẫu thống kê. 2  Số liệu thu được sẽ biến thiên thành một dãy liên tục Phƣơng sai V = (Xi – XTB) /(n-1) Đại diện cho độ sai lệch của từng cá thể với giá trị trung  Các thông số được quan tâm khi đánh giá biểu hiện tính bình. Phương sai càng lớn, thì sự biến động giữa các số trạng số lượng trong một mẫu sinh vật bao gồm, liệu càng nhiều Trung bình mẫu, Phương sai mẫu Độ lệch Độ lệch chuẩn  Và hệ số biến động. Hệ số biến động CV% = 100% XTB Một số đặc điểm phân tích di truyền tính trạng số lƣợng Phân tích các thành phần phƣơng sai  Biểu hiện của tính trạng số lượng chịu ảnh hưởng tác động của kiểu gen và môi trường.  VP = VG + VE  Các tính trạng nông học quan tâm phân lớn là tính trạng 2 2 2 2 số lượng  VG = VA + VD + VI = g  d  h  i  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. HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN LIÊN KẾT VÀ TRAO ĐỔI CHÉO Phân tích di truyền liên kết và trao đối chéo,  Quy luật phân ly độc lập của các tính trạng bản đồ di truyền của nhiểm sắc thể, xảy ra khi các gen nằm trên các NST di truyền liên kết giới tính 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 13
14.  Cơ thể sinh vật có số lượng gen rât lớn, trong khi số Trên thực tế giữa các gen trên đôi NST tương đồng có thể lượng NST lại hạn chế (vài chục) trên mỗi NST chứa xảy ra trao đổi chéo liên kết không hoàn toàn. nhiều gen, chúng tạo thành một nhóm liên kết. Bên cạnh các kiểu giao tử liên kết, xuất hiện các kiểu giao tử sinh ra do trao đổi chéo.  Khi các gen trên một nhiễm sắc thể di truyền như một đơn vị sự liên kết hoàn toàn. AB ab Ab aB AB ab Ab aB  Khi 2 gen liên kết hoàn toàn, chúng di truyền cùng với nhau như trường hợp một gen AB Ab Dị hợp tử kết Dị hợp tử đẩy ab aB AB ab AB AB AB ab Giao tử AB, ab  Kiểu liên kết Ab, aB FF12 :1 2 1 AB ab ab AB ab ab Ab, aB Kiểu tái tổ hợp AB, ab  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  Kết quả thực nghiệm sai khác rất rõ với giả thuyết Di hay liên kết thông qua phép thử tỷ lệ phân ly truyền độc lập. kiểu hình tại F2 và Fb có tương ứng với tỷ lệ  Hai kiểu hình liên kết AB, ab chiếm 84,37% trong trường hợp phân ly độc lập hay không?  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 bcụt+ (vg) vg < cánh b- bình vg thường (vg b+) vg F b+ vg b- vg 1 b vg 14
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 Xác định tần số trao đổi chéo ở đời lai phân tích (hai gen liên kết) Có hai phương pháp để xác định tần số trao đổi  Trong phép lai phân tích, kiểu gen của chéo. cây thử là dị hợp tử theo hai gien liên kết, có trao đổi chéo xảy ra, kết quả kiểu hình  Dựa vào kết quả phép lai phân tich được thể hiện như bảng sau  Dựa vào kết quả phân ly F2 Xác định tần số trao đổi chéo dựa vào kết quả ở đời phân ly F2 theo phương pháp khai căn 15
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 Sự nhiễu 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 Một cách lý thuyết ta có thể tính được tần số trao đổi kép bố mẹ thu được với tỷ lệ rất thấp là kết quả của trao đổi chéo kép bằng cách nhân hai tần số của trao đổi chéo đơn. Q = (m%) xác định gen b nằm giữa a và c (x+m) x (y+m). Bước 2- Xác định tần số của 2 trao đổi chéo đơn giữa a-b (x%) và b-c (y%). Trên thực tế có sự nhiễu xảy ra giữa 2 trao đổi chéo đơn Bước 3: Tính khoảng cách di truyền giữa các gen như sau, trong phân tích 3 locus. Khi một trao đổi chéo đơn xảy ra  khoảng cách giữa a-b = x+m (cM) nó làm giảm tần số trao đổi chéo tại các vị trí xung  khoảng cách b-c là y+m (cM) quanh nó. Vị trí càng gần, mức độ giảm càng mạnh  Ký hiệu: da-b = x+m (cM); db-c=y+m (cM). làm giảm khả năng xảy ra TĐC kép Sự nhiễu. Phương trình bản đồ hóa Đánh giá sự nhiễu  Khi khoảng cách giữa các gen là nhỏ ( 10%), xuất hiện những Q = (x+m) x (y+m). 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)  Đại lượng nhiễu I = 1-C 11 rf 1 e 2d d ln(1 2 rf ) 22 16
17. DI TRUYỀN LIÊN KẾT GIỚI TÍNH Giới tính quy định bởi cặp NST giới tính Nhiễm sắc thể xác định giới tính Hiện tượng phân ly giới tính xảy ra phổ biến  Giới tính của một cá thể được quy định bởi duy nhất cặp ở thế giới động vật, nó được kiểm tra bởi NST giới tính. Trong đó  Một giới có đôi NST giới tính giống nhau (XX) đồng giao tử yếu tố di truyền.  Một giới có 2 NST giới tính khác nhau (XY) dị giao tử Khuynh hướng tỷ lệ phân ly giới tính là 1:1. Bộ nhiễm sắc thể của các loài động vật chia  Phần lớn trường hợp XY là con đực, XX là con cái. ra làm + NST thường  Một số trường hợp NST Y tiêu biến như ở châu chấu cái - XX, cá thể đực - XO; ở mối đực-XX, cái – XO. + NST giới tính. Giới tính quy định bởi trạng thái Giới tính quy định bằng sự cân đơn bội, lưỡng bội bằng giữa bộ NST thường và giới  Đại diện: các loài ong, kiến  Đại diện: Ruồi dấm.  Các cá thể cái phát triển từ trứng có thụ  1 bộ đơn bội NST thường (A) có giá trị xác tinh mang bộ NST lưỡng bội (ong thợ, định tính đực là 1. kiến thợ, ong chúa, kiến chúa).  Mỗi NST X mang giá trị xác định tính cái là  Cá thể đực phát triển từ trứng không được 1½. thụ tin nên có bộ NST đơn bội. Sinh ra  Kiểu gen AA XY - 2 ♂ : 1½♀ đực giao tử không trải qua hiện tượng giảm  Kiểu gen AA XX – 2 ♂ : 3♀ cái. nhiễm.  Kiểu gen AA XXY cái; AAXO đực. Thực vật cũng có sự phân ly giới SỰ DI TRUYỀN TÍNH TRẠNG tính LIÊN KẾT GIỚI TÍNH  Đại diện: là các cây đơn tính biệt chu (diecious).  Hai NST giới tính X và Y không tương đồng,  Ví dụ Một số gen bên X không có alen bên Y Một số gen bên Y không có alen bên X  Melandrium album XY – đực, XX – cái. Số còn lại có cả bên X và bên Y.  Rumex angiocarpus XY – đực, XX – cái.  Canabis sativa XY – đực, XX – cái Sự di truyền của những tính trạng mà gen quy  Trên thực tế sự xác đinh giới tính ở sinh vật còn định chúng nằm trên đôi nhiễm sắc thể giới tính gọi phức tạp hơn, có thể chịu sự chi phối và ảnh là sự di truyền liên kết với giới tính. hưởng của nhiều nhân tố khác, tùy từng loài 17
18. Di truyền gen ở bên X không có Di truyền gen nằm ở bên Y không alen bên Y có alen trên X  Tính trạng chỉ di truyền theo dòng XY (dòng đực) Gen nằm trên phần tương đồng DI TRUYỀN TẾ BÀO CHẤT của X và Y  Quan sát thấy hiện tượng di truyền liên kết  Tế bào chất cũng có ảnh hưởng nhất định đến tính di từng phần truyền.  Ông truyền cho một nửa cháu trai,  Các gen trong TBC nằm tại ty thể, lạp thể, vi khuẩn,  Bà truyền cho một nửa cháu gái 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. 18
19. Di truyền lạp thể ADN lục lạp - 1  Khi đột biến xảy ra tại những bào quan nào đó thì - Có cấu trúc dạng vòng sau một vài lần tái bản, chúng có thể được thay thế - Kích thước từ 120 Kb – 160 Kb (TV bậc cao); 85Kb – bởi các bào quan bình thường các đột biến ở tế 292 Kb (tảo). bào chất có thể nhanh mất đi. - 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  Sử dụng phương pháp thay thế nhân thực nghiệm giống nhau. Phân làm 2 nhóm chính có thể làm sáng tỏ sự ảnh hưởng tương đối của + Nhóm mã hóa sinh tổng hợp Protêin lục lạp nhân và bào chất trong sự biểu hiện kiểu hình tính + Nhóm gen quy định nhiều thành phần của bộ máy quang hợp trạng. Di truyền lạp thể EXTRANUCLEAR INHERITANCE ADN lục lạp - 2  Pigmentation in Mirabilis jalapa  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. Fig. 15.6 Variegation in the four o’clock Model for the inheritance of shoot color in the four o’clock Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. Peter J. Russell, iGenetics: Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. 19
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 - Quá trình sao mã của ADN ty thể diễn ra liên tục, từ một mt.ADN nấm men tăng hơn có thể là do sự có mặt của điểm khởi đầu cho đến khi kết thúc mạch vòng ADN, sau nhiều đoạn intron lớn. đó nó được enzym endonuclease phân cắt ra để hình thành nên các tARN, rARN, mARN  ADN vòng của ty thể có thể tái bản độc lập, ty thể tái bản mt.ADN ~ một operon ở vi khuẩn. độc lập với chu kỳ phân bào. - Trong ty thể chứa một lượng lớn các Protein cần cho  ADN của ty thể mã hóa cho một số nhóm gen sau: quá trình thực hiện chức năng của nó. Số lượng protein  Các riboxom đặc trưng, ARNt, enzym aminoaxil-tARN- do ty thể tổng hợp ra không nhiều nên các protein còn synthetase. lại (do nhân tổng hợp) được chuyển vào trong ty thể.  Protein cấu trúc màng ty thể, enzym tham vào chuỗi hô hấp và một số gen khác. 20
21. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Di truyền ty thể ở nấm men bánh mỳ  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  Nấm men Saccharomycer là cơ thể đơn bào, sống thành  4 pet+ : 2pet- đột biến trong gen tại TBC. cụm gọi là khuẩn lạc.  Nuôi cấy cá thể pet- (trường hợp 1) thấy xuất hiện đột  Bình thường chúng tồn tại ở trạng thái đơn bội, được nhân lên theo phương thức mọc chồi. Tuy nhiên vẫn có biến ngược trong khi đó pet- (trường hợp 2) không xuất hiện tượng sinh sản hữu tính khi phối hợp 2 dạng tế bào hiện đột biến. với nhau.  Phân tích di truyền dạng pet- có nguồn gốc tế bào chất  Ở nấm men có đột biến khuẩn lạc nhỏ, dạng này ở môi phát hiện thấy mtADN bị hỏng tái bản tạo ty thể trường nuôi cấy có đường glucose có kích thước nhỏ do không bình thường khuẩn lạc nhỏ. không thể tổng hợp enzym hô hấp cytochrom oxydase tế bào bị thiếu hụt năng lượng kích thước nhỏ. Di truyền các thể cộng sinh, ký sinh bào chất  Một số trường hợp, các ty thể có nguồn gốc khác nhau (được thu nạp vào bào chất của hợp tử) có thể dung  Vi khuẩn cộng sinh tế bào chất của thảo trùng hợp với nhau 2 mạch mt.ADN có thể trao đổi chéo Paramecium đa dạng về tổ hợp các gen ở ty thể.  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 21
22. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam  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. Hiện tượng tiền định tế bào chất  Ở ruồi giấm, một loài xoắn khuẩn cộng sinh trên dòng ruồi cái nhưng lại gây chết ở dòng ruồi đực.  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  Các cá thể ruồi cái mang xoắn khuẩn này không thể sinh trạng ở đời sau. các ruồi con đực do phôi ruồi đực bị nhiễm khuẩn và chết.  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 lập dòng vi khuẩn này đưa vào ruồi đực trưởng phân tích di truyền ở các thế hệ sau. thành, thì ruồi đực cũng nhiễm bệnh và chết. 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 22