Ôn tập sinh hsg di truyền học ứng dụng

DI TRUYỀN HỌC ỨNG DỤNG I- MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ CHỌN GIỐNG - Giống tập hợp cá thể sinh vật người chọn tạo ra, có phản ứng trước điều kiện ngoại cảnh, có đặc điểm di truyền đặc trưng, chất lượng tốt, suất cao ổn định; thích hợp với điều kiện khí hậu, đất đai, kĩ thuật sản xuất định - Nhiệm vụ ngành chọn giống cải tiến giống có, tạo giống có suất cao phẩm chất tốt nhằm đáp ứng yêu cầu ngày tăng sản xuất đời sống - Quy trình tạo giống bao gồm bước: + Tạo nguồn nguyên liệu biến dị di truyền (biến dị tổ hợp, đột biến ADN tái tổ hợp) + Đánh giá kiểu hình để chọn kiểu gen mong muốn + Tạo trì dịng có tổ hợp gen mong muốn + Đưa giống tốt sản xuất đại trà II- NGUỒN NGUYÊN LIỆU CỦA CHỌN GIỐNG Nguồn gen tự nhiên nhân tạo 1.1 Nguồn gen tự nhiên Đặc điểm nguồn gen có sẵn tựnhiên Các giống địa phương có tổ hợp nhiều gen thích nghi với điều kiện mơi trường nơi chúng sống Trên giới có nhiều trung tâm phát sinh giống trồng Ví dụ: Trung tâm phát sinh giống ngô khoai tây hoang dại Mehicô Bắc Mỹ 1.2 Nguồn gen nhân tạo Đặc điểm nguồn gen ngưới chủ động tẩo, mang tính tồn cầu Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) Philipin năm thu nhận 60 000 tổ hợp mới, nơi cung cấp nhiều giống lúa xuất cao cho nước sản xuất nơng nghiệp III CHỌN GIỐNG VẬT NI, CÂY TRỒNG DỰA TRÊN NGUỒN BIẾN DỊ DI TRUYỀN Tạo giống dựa nguồn biến dị tổ hợp 1.1 Cơ sở: Các gen nằm NST khác phân li độc lập với nhau, nên tổ hợp gen ln hình thành sinh sản hữu tính 1.2 Các khâu: + Tạo dịng chủng khác Lai giống để tạo biến dị tổ hợp + Chọn lọc tổ hợp gen mong muốn + Tự thụ phấn giao phối cận huyết để tạo giống thuần 1.3 Ví dụ: Các giống lúa lùn suất cao tạo cách lai giống địa phương khác Ví dụ: Giống lúa Peta (Indoanexia) x Giống lúa Dee-geo woo- gen (Đài Loan) Takudan x Giống lúa IR IR 22 x IR – 12 – 178 CICA4 Tạo giống lai có ưu lai cao 2.1 Khái niệm ưu lai Hiện tượng lai có suất, sức chống chịu, khả sinh trưởng phát triển cao vượt trội so với dạng bố mẹ gọi ưu lai ƯTL biểu rõ lai khác dòng thể cao F1 Ví dụ: Lai lợn Ỉ lợn Đại Bạch cho hệ F 1: 10 tháng tuổi nặng 100 kg, tỷ lệ nạc 40% 2.2 Cơ sở di truyền tượng ưu lai Giả thuyết siêu trội cho trạng thái dị hợp tử nhiều cặp gen khác nhau, lai có kiểu hình vượt trội nhiều mặt so với bố mẹ chủng có tác động hai alen khác chức phận locut tạo thành hiệu bổ trợ, mở rộng phạm vi biểu kiểu hình (AaBbCc có kiểu hình vượt trội so với AABBCC, aabbcc, AAbbCC, AABBcc) Ví dụ: Ở thuốc lá, aa: quy định khả chịu lạnh 10 oC AA: quy định khả chịu nóng 35 oC Aa: quy định khả chịu nhiệt độ từ 10 oC  35 oC - Ưu lai biểu rõ lai khác dịng : dòng gen trạng thái đồng hợp tử, nên F1 đại phận gen trạng thái dị hợp, gen trội (phần lớn quy định tính trạng tốt) biểu hiện, F1 có ưu lai cao, có độ đồng cao phẩm chất suất - Ưu lai thể rõ F giảm dần qua hệ tỉ lệ kiểu gen dị hợp quần thể cao F1, hệ sau tỉ lệ kiểu gen dị hợp giảm dần nên ưu lai giảm dần 2.3 Phương pháp tạo ưu lai a Lai khác dòng đơn: Tự thụ phấn liên tục qua – hệ để tạo dòng Lai dòng khác dạng ưu lai khác dòng A  B  C b Lai khác dòng kép Để tạo giống lai có đặc tính tốt nhiều dịng thường dùng ghép lai khác dòng kép gồm nhiều dạng khởi đầu tham gia : A B  C   C G  H D E  G  c Lai thuận lai nghịch Ưu lai phụ thuộc vào đặc tính tế bào chất Vì vậy, phép lai thuận lai nghịch cho hiệu ưu lai không giống  lai thuận lai nghịch để xác định xem hướng lai tạo cá thể lai có giá trị 2.4 Biện pháp trì củng cố ưu lai + Đối với trồng sử dụng sinh sản sinh dưỡng thay cho sinh sản hữu tính + Ở vật ni, ưu lai trì, củng cố lai luân phiên, lai tạo hệ cho lai trở lại với dạng bố, mẹ ban đầu Tạo giống phương pháp gây đột biến nhân tạo 3.1 Quy trình: gồm bước + Xử lí mẫu vật tác nhân đột biến + Chọn lọc cá thể đột biến có kiểu hình mong muốn + Tạo dịng chủng - Lưu ý : phương pháp đặc biệt có hiệu vi sinh vật 3.2 Gây đột biến tác nhân vật lý Các tia phóng xạ Tia tử ngoại Sốc nhiệt Loại tác Tia X, tia , tia , chùm Là loại xạ có bước Nhiệt độ tăng giảm nhân nơtron sóng ngắn từ 1000- 4000A0 đột ngột Cơ chế Kích thích ion hóa nguyên tử chúng qua tổ chức, tế bào sống  thay đổi cấu trúc phân tử ADN gây đột biến gen, đột biến NST Kích thích (khơng gây ion hố) phân tử ADN làm thay đổi cấu trúc phân tử ADN  gây đột biến gen, đột biến NST Đặc biệt tia có bước sóng Làm chế nội cân thể để tự bảo vệ không khởi động kịp, gây chấn thương máy di truyền 2570Ao (tia ADN hấp thu) Ngun Chiếu xạ với cường độ, Khơng có khả xuyên tắc sử liều lượng phù hợp để xử sâu nên dùng để xử lí vi dụng lý lên hạt khô; hạt nảy sinh vật, bào tử hạt phấn mầm; đỉnh sinh trưởng thân, cành hạt phấn; bầu nhụy 3.3 Gây đột biến tác nhân hóa học: Chất hóa học gây đột biến gen Chất hóa học gây đột biến đa bội thể Loại tác nhân 5BU, EMS, MMS, NMU, nhiều loại thuốc diệt Cônxixin cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm Cơ chế Một số hoá chất thấm vào tế bào có khả thay thế, làm thêm nuclêôtit vào ADN  gây đột biến gen Mỗi chất làm thay loại nuclêơtit định (Ví dụ: 5BU: thay A - T = G-X; Làm rối loạn chế hình thành thoi vô sắc, dẫn đến NST nhân đôi không phân li  NST tăng gấp 2 tạo tế bào đa bội EMS : cặp G = X bị thay thành T =A X- G) Nguyên tắc sử dụng - Đối với thực vật: Ngâm hạt khô hay hạt nảy mầm dung dịch hố chất có nồng độ thích hợp quấn bơng có tẩm dung dịch hố chất vào đỉnh sinh trưởng thân hay chồi Có thể dùng hoá chất trạng thái - Đối với vật ni: Cho hố chất tác động lên tinh hoàn buồng trứng 3.4 Một số thành tựu tạo giống Việt Nam * Trong chọn giống vi sinh vật: Phương pháp gây đột biến chọn lọc đóng vai trị chủ yếu Xử lí tác nhân lí, hố thu nhiều chủng vi sinh vật có đặc tính quý Ví dụ: Xử lí bào tử nấm Penicillium tia phóng xạ chọn lọc, người ta tạo chủng Penicillium có hoạt tính pênixilin tăng gấp 200 lần dạng ban đầu Trên nấm men, vi khuẩn, người ta chọn tạo thể đột biến sinh trưởng mạnh để sản xuất sinh khối chọn chủng vi sinh vật không gây bệnh, đóng vai trị kháng ngun, gây miễn dịch ổn định cho kí chủ chống lồi vi sinh vật đó, nguyên tắc tạo vacxin phòng bệnh cho người gia súc * Trong chọn giống trồng - Xử lí tác nhân lí hố thu giống lúa, đậu tương ….có nhiều đặc tính q Sử dụng cơnxisin tạo dâu tằm tứ bội - Táo gia lộc xử lí NMU → táo má hồng cho suất cao * Đối với vật nuôi: Phương pháp gây đột biến sử dụng hạn chế số nhóm động vật thấp, khó áp dụng cho nhóm động vật bậc cao chúng phản ứng nhạy dễ bị chết xử lí tác nhân lí hóa Tạo giống cơng nghệ tế bào 4.1 Cơng nghệ tế bào thực vật: có bốn kĩ thuật nuôi cấy tế bào thực vậtn kĩ thuật nuôi cấy tế bào thực vật thuật nuôi cấy tế bào thực vậtt nuôi cấy tế bào thực vậty tế bào thực vật bào thực vậto thực vậtc vật nuôi cấy tế bào thực vậtt Ni cấy tế bào TV Chọn dịng tế Lai tế bào sinh Vấn đề Nuôi cấy hạt in -vitro tạo mơ sẹo bào xơma có dưỡng (Dung hợp phân biệt phấn (Nuôi cấy mô) biến dị tế bào trần) Nguồn nguyên liệu Tế bào (2n) Tế bào (2n) dịng tế bào có NST 2n hai lồi khác Ni hạt phấn mơi trường nhân tạo, chọn lọc dòng tế bào đơn bội có Cách tiến biểu tính hành trạng mong muốn khác Lưỡng bội hố dịng đơn bội tạo lưỡng bội Nuôi cấy tế bào mô môi trường nhân tạo, tạo mô sẹo bổ sung hoocmơn kích thích sinh trưởng cho phát triển thành trưởng thành Nuôi cấy tế bào (2n) môi trường nhân tạo, chọn lọc dịng tế bào có đột biến gen biến dị số lượng NST khác Tạo tế bào trần, cho dung hợp hai khối nhân tế bào chất thành một, nuôi môi trường nhân tạo cho phát triển thành lai Cây lưỡng bội tạo có kiểu gen đồng hợp tử tất gen Nhân nhanh giống quý từ có kiểu gen quý, tạo nên quần thể trồng đồng kiểu gen Tạo giống có kiểu gen khác từ giống ban đầu Tạo ra thể lai mang NST loài khác xa mà phương pháp lai hữu tính khơng thể thực Ưu Hạt phấn (n) 4.2 Công nghệ tế bào động vật a Sản xuất vacxin tổng hợp công nghệ tế bào: - Nguyên tắc nuôi cấy tế bào tạo kháng thể cho sản xuất vacxin: + Sử dụng loại tế bào ung thư có dòng tế bào phân chia liên tục + Cho lai tế bào ung thư với tế bào động vật có vú có chức sản sinh kháng thể + Ni cấy tế bào lai để chúng sinh sản liên tục, lâu dài, tạo khối lượng lớn kháng thể - Ưu điểm: Tạo kháng thể có độ tinh khiết tuyệt đối b Sản xuất vật nuôi công nghệ tế bào: Áp dụng công nghệ tế bào sản xuất vật ni chủ yếu hình thức cấy truyền hợp tử nhân vơ tính * Cấy truyền hợp tử: cịn gọi cơng nghệ tăng sinh sản động vật Sau phôi đượclấy từ động vật trước khi cấy phôi vào động vật cần trải qua bước sau: - Bằng kĩ thuật chia tách phôi động vật thành hai hay nhiều phôi cấy phôi vào tử cung vật khác nhau, tạo nhiều vật có kiểu gen giống - Phối hợp hai hay nhiều phôi thành thể khảm - Làm biến đổi thành phần tế bào phôi phát triển theo hướng có lợi cho người * Nhân vơ tính: Điển hình cho kĩ thuật nhân thành công cừu Đôli (Dolly) - Các bước tiến hành: + Tách tế bào tuyến vú cừu cho nhân, ni phịng thí nghiệm + Tách tế bào trứng cừu khác, loại bỏ nhân tế bào + Chuyển nhân tế bào tuyến vú vào tế bào trứng bỏ nhân + Nuôi cấy môi trường nhân tạo để trứng phát triển thành phôi + Chuyển phôi vào tử cung cừu mẹ để mang thai Cừu sinh có kiểu hình giống hệt kiểu hình cừu cho nhân tế bào - Ý nghĩa: + Nhân nhanh giống vật nuôi quý tăng suất chăn nuôi + Tạo động vật mang gen người nhằm cung cấp quan nội tạng để thay thế, ghép nội quan cho người bệnh Tạo giống công nghệ gen 5.1 Khái niệm công nghệ gen Công nghệ gen hay kĩ thuật di truyền bao gồm kĩ thuật thao tác vật liệu di truyền để điều chỉnh, sửa chữa, tạo gen mới, từ tạo thể với đặc điểm Hiện công nghệ gen thực phổ biến tạo phân tử ADN tái tổ hợp để chuyển gen 5.3 Các khâu kĩ thuật chuyển gen a Tạo ADN tái tổ hợp - Tách chiết thể truyền gen cần chuyển khỏi tế bào (phân lập gen) - Xử lí loại enzim giới hạn để tạo loại đầu dính - Dùng enzim nối để gắn chúng tạo ADN tái tổ hợp b Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận - Dùng muối CaCl2 xung điện cao áp làm giãn màng sinh chất tế bào để ADN tái tổ hợp dễ dàng qua c Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp - Chọn thể truyền có dấu chuẩn dễ nhận biết dùng gen “đánh dấu” hay gen “thông báo” - Bằng kỹ thuật định nhận biết tế bào có ADN tái tổ hợp dựa vào sản phẩm đánh dấu 5.2 Các công cụ kĩ thuật công nghệ gen 5.2.1 VECTƠ TÁCH DÒNG (THỂ TRUYỀN): phương tiện chuyển gen Thường phân tử ADN nhỏ, cho phép gắn gen (ADN) ngoại lai, có khả tự chép, tồn độc lập tế bào chủ đặc biệt phải mang tín hiệu nhận biết tế bào mang vectơ tái tổ hợp Các loại vectơ tách dịng (thể truyền) thường dùng là: - Plasmit: có nguồn gốc vi khuẩn - Phage: có nguồn gốc virut - Cosmit: Thể truyền lai, có thuộc tính plasmit phage - Ti-plasmit: dùng để nhân dòng chuyển gen thực vật - Các NST nhân tạo Các thể truyền khác số thuộc tính phân tử, loại tế bào chủ kích thước tối đa đoạn ADN mà chúng mang a Plasmit: Plasmit cấu trúc nằm tế bào chất vi khuẩn Tùy loài vi khuẩn, tế bào chứa vài đến vài chục plasmit Plasmit chứa ADN dạng vịng, có khả nhân đơi độc lập với hệ gen tế bào tế bào, loại plasmit thường có nhiều - Đặc điểm thể truyền có nguồn gốc từ E.coli plasmit: + Có trình tự khởi đầu tái ADN (ori) Trình tự thiết yếu để plasmit tái tế bào E.coli + Có vị trí giới hạn đặc thù Đây điểm để cài đoạn ADN (hoặc gen) cần chuyển vào thể truyền + Có gen thị chọn lọc Gen biểu gen trội, nhờ giúp phân biệt dễ dàng tế bào E.coli mang ADN tái tổ hợp - Ưu điểm: + Cấu trúc tương đối đơn giản, kích thước nhỏ + Dễ tinh phân tích sản phẩm ADN tái tổ hợp + Có thể nhân lên số lượng lớn tế bào chủ với tốc độ nhanh, hiệu suất nhân dòng cao - Nhược điểm: + Hiệu suất biến nạp ADN tái tổ hợp nhiều loại tế bào chủ (không phải vi khuẩn) thấp + Không mang đoạn ADN lớn (>10kb) b Phage: Phần lớn thể truyền phage có nguồn gốc từ ADN hệ gen phage , phage M13 - Ưu điểm: + Hiệu biến nạp ADN tái tổ hợp vào tế bào chủ thường cao thể truyền plasmit (do phage khả tự lây nhiễm, đóng gói phân tử ADN tái tổ hợp giải phóng khỏi tế bào chủ) + Có thể chuyển gen hiệu vào tế bào vi khuẩn số tế bào sinh vật nhân thực + Có thể mang đoạn ADN có kích thước lớn thể truyền plasmit (tới  30kb) + Rất bền bảo quản nhiệt độ oC Các dòng virút mang ADN tái tổ hợp bảo quản thời gian dài (nhiều năm) chưa có nhu cầu sử dụng - Nhược điểm: + Kích thước lớn (so với thể truyền plasmit) việc phân tích trình tự phức tạp + Số phage tế bào chủ thường thấp so với thể truyền plasmit c Vectơ nhân dòng Ti-plasmit: plasmit kích thước lớn ( 200kb) tìm thấy vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens gây nốt sần thực vật Ti-plasmit vectơ chuyển gen vào tế bào thực vật d Các vectơ NST nhân tạo - NST nhân tạo nấm men (YAC): Là thể truyền có khả tự tái tế bào nấm men Cấu trúc gồm: + Đầu mút NST (TEL) có đầu vectơ Cấu trúc đầu mút cần thiết để NST bền vững ổn định tế bào nấm men + Tâm động nấm men (CEN) Trình tự thiết yếu để NST nhân tạo phân li xác tế bào tế bào nấm men phân chia + Mỗi vai NST nhân tạo có gen thị để phát tế bào nấm men mang YAC + Một trình tự khởi đầu tái Trình tự giúp vectơ tái tế bào nấm men + Một vị trí đa nhân dịng mang trình tự nhận biết enzim giới hạn dùng làm điểm gắn ADN cần nhân dòng - NST nhân tạo vi khuẩn (BAC): dùng để nhân dịng đoạn ADN kích thước lớn đến 300kb tế bào E.coli BAC chứa: + Một trình tự khởi đầu chép plasmit có tự nhiên + Một vị trí đa nhân dịng + Một gen thị chọn lọc + Ngồi cịn có thêm số trình tự chức khác e Cosmit: - Là vectơ nhân tạo gồm phần có cấu trúc plasmit với hai đầu cos phage  giúp vectơ tự đóng gói thành phân tử ADN vòng sau biến nạp vào tế bào chủ - Vectơ mang đoạn ADN ngoại lai có kích thước lớn khoảng 40 - 50kb - Vectơ vừa thừa hưởng khả tự tái plasmit vừa có khả tự đóng gói phage f Vectơ thoi: nhóm vectơ vừa có khả tái tế bào vi khuẩn vừa có khả biến nạp biểu chức tế bào động vật có vú tế bào nhân thực khác Nói cách khác chúng dùng để biến nạp vào hai hay nhiều loại tế bào chủ khác 5.2.2 ENZIM CẮT, ENZIM NỐI ENZIM CẮTGIỚI HẠN (restrictaza): enzim có khả nhận biết đoạn trình tự phân tử ADN cắt ADN điểm đặc hiệu Enzim cắt giới hạn chia làm nhóm tùy thuộc vào kiểu cắt ADN chúng: - Enzim cắt giới hạn đầu so le: enzim có khả nhận biệt đoạn trình tự lại cắt vị trí lệch mạch đơn theo kiểu cắt chữ Z Khi sử dụng enzim cắt giới hạn đầu so le cắt nguồn ADN tạo đầu dính, từ nối đoạn ADN bị cắt lại với - Enzim cắt giới hạn đầu bằng: enzim có khả nhận biết đoạn trình tự cắt vị trí giới hạn để tạo đầu - Cần phải sử dụng enzim nối ligaza đoạn nối chuyên dụng cho loại enzim ENZIM NỐI (ligaza): xúc tác phản ứng nối tạo liên kết photphodieste hai nuclêơtit liên tiếp 5.2.3 TẾ BÀO CHỦ: Mục đích sử dụng máy di truyền tế bào chủ để chép ADN tái tổ hợp thành lượng lớn Người ta thường dùng loại tế bào chủ chính: - Vi khuẩn E.coli: dễ ni cấy, dễ thao tác, tốn lại sinh sản nhanh tạo dòng ADN tái tổ hợp nhanh - Tế bào động vật, thực vật nuôi cấy tế bào nấm men Loại tế bào chủ thường dùng vào mục đích cụ thể 5.2.4 PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GEN a Chuyển gen trực tiếp: phương pháp sử dụng kĩ thuật kĩ thuật siêu âm, kĩ thuật xung điện, vi tiêm, bắn gen để nạp gen vào tế bào chủ - Kĩ thuật siêu âm: kĩ thuật dùng máy siêu âm để đưa ADN ngoại lai xâm nhập vào gen tế bào trần vật chủ - Kĩ thuật xung điện: kĩ thuật sử dụng dòng điện cao áp khoảng 500V/cm với thời gian 45%o giây tạo lỗ thủng tế bào trần làm cho gen lạ bên dễ xâm nhập vào gen tế bào chủ - Kĩ thuật vi tiêm: kĩ thuật sử dụng lượng nhỏ ADN (các gen) tiêm vào tế bào chủ tiêm vào tế bào trứng thụ tinh giai đoạn phơi có 4-8 tế bào - Kĩ thuật bắn gen: kĩ thuật sử dụng sử dụng thiết bị bắn vi đạn mang gen cần chuyển (súng bắn gen) vào gen tế bào chủ Vi đạn hạt vonfram vàng trộn với gen cần chuyển phụ gia làm gen chuyển bao quanh vi đạn Vi đạn gắn vào đầu viên đạn lớn hơn, sau nạp vào súng bắn gen Súng bắn gen có lưới thép mịn đầu nịng cho phép bắn viên đạn lớn giữ lại, cịn vi đạn bắn vào tế bào với gia tốc lớn Gen cần chuyển bắn vào tái tổ hợp với gen tế bào chủ, tạo nên tế bào mang gen chuyển, từ tạo thể chuyển gen b Chuyển gen gián tiếp: kĩ thuật chuyển gen (tải nạp) nhờ nhân tố trung gian vi khuẩn Agrobacterium virút phage - Chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium: Là phương pháp sử dụng vi khuẩn gây khối u thực vật Vi khuẩn Agrobacterium chứa plasmit lớn tạo nên khối u thực vật gọi Tiplasmit Cây bị nhiễm Agrobacterium qua vết xước vi khuẩn truyền đoạn ADN Ti-plasmit có mang gen sản sinh auxin, opin cho cây, làm hình thành khối u Tiplasmit biến đổi cách loại bỏ gen gây khối u mà lại gắn gen để chuyển gen vào trồng - Chuyển gen nhờ virút phage: phương pháp sử dụng virut (SV 40, BPV ) phage (phage , phage M13) để chuyển gen vào vi khuẩn tế bào thực vật V Ứng dụng công nghệ gen tạo giống biến đổi gen - Thành tựu bật ứng dụng kĩ thuật di truyền khả cho tái tổ hợp thông tin di truyền loài đứng xa bậc thang phân loại mà lai hữu tính khơng thể thực - Cơng nghệ gen tạo sinh vật biến đổi gen 1.Khái niệm sinh vật biến đổi gen - Khái niệm: sinh vật mà hệ gen làm biến đổi phù hợp với lợi ích người - Cách làm biến đổi hệ gen sinh vật: + Đưa thêm gen lạ vào hệ gen sinh vật + Loại bỏ làm bất hoạt gen hệ gen Ví dụ: cà chua biến đổi gen - có gen làm chín bị bất hoạt, cà chua vận chuyển xa bảo quản lâu, không bị thối Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen: - Tạo chủng vi sinh vật biến đổi gen: nhằm phục vụ mục đích khác người Công nghệ gen tạo chủng vi sinh vật có khả sản suất nhiều loại sản phẩm sinh học có giá trị axít amin, prơtêin, vitamin, enzim, hcmơn, kháng sinh quy mơ cơng nghiệp với số lượng lớn giá thành rẻ .; Công nghệ gen tạo chủng vi sinh vật làm môi trường phân hủy rác thải, dầu loang Ví dụ:Tạo chủng vi khuẩn E.Coli sản suất hcmơn insulin để chữa tiểu đường người Tạo chủng vi khuẩn E.Coli sản suất hooc môn somatostatin Chuyển gen tổng hợp kháng sinh xạ khuẩn (sinh sản chậm) vào chủng vi khuẩn (sinh sản nhanh) nhằm mục đích hạ giá thành thuốc kháng sinh Tạo chủng vi khuẩn chuyển gen có khả phân hủy nhanh rác thải - Tạo động vật chuyển gen: Công nghệ gen tạo động vật có suất chất lượng sản phẩm cao hơn, đặc biệt tạo động vật chuyển gen sản xuất thuốc chữa bệnh cho người Ví dụ: Tạo giống cừu sản xuất prơtêin người, tạo giống bị chuyển gen mà sữa sản xuất prơtêin C chữa bệnh máu vón cục gây tắc mạch máu người - Tạo giống trồng biến đổi gen: kĩ thuật gen người ta đưa nhiều gen quy định đặc tính quý suất hàm lượng dinh dưỡng cao, kháng sâu bệnh, kháng thuốc diệt cỏ dại chịu điều kiện bất lợi, tăng thời hạn bảo quản, khó bị dập nát vận chuyển vào trồng Ví dụ: Chuyển gen trừ sâu vào tạo giống kháng sâu hại Tạo giống lúa “gạo vàng„ có khả tổng hợp β– carôten (tiền chất tạo vitamin A) hạt B CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP I Câu hỏi tập tự trả lời Câu Vai trò thể dị hợp tử tiến hóa chọn giống ? Có thể dùng lai F làm giống không? Tại sao? Câu Ưu lai gì? Cho ví dụ? Giải thích sở di truyền ưu lai? Phương pháp tạo ưu lai? Vì biểu rõ lai khác dịng? Vì ưu lai giảm dần qua hệ? Nêu biện pháp trì củng cố ưu lai? Câu Phân biệt phương pháp chọn giống thực vật kĩ thuật nuôi cấy tế bào Câu Trình bày quy trình tạo giống phương pháp lai tế bào xôma Câu So sánh phương pháp cấy truyền phơi nhân vơ tính kĩ thuật chuyển nhân động vật Câu Người ta tái tổ hợp thơng tin di truyền lồi đứng xa bậc thang tiến hố mà lai hữu tính khơng thể thực cách nào? Câu Vectơ tái tổ hợp gì? Người ta thường sử dụng loại vectơ nào? Câu Trình bày cách sàng lọc theo dõi hoạt động gen chuyển vào tế bào chủ? Câu Sinh vật chuyển gen gì? Lợi ích sinh vận chuyển gen? Cho ví dụ Câu 10 Hoàn thành bảng so sánh sau: Bảng 1: Nguồn vật liệu phương pháp chọn tạo giốngng 1: Nguồn vật liệu phương pháp chọn tạo giốngn vật nuôi cấy tế bào thực vậtt liệu phương pháp chọn tạo giốngu vào thực vật phương pháp chọn tạo giốngng pháp chọn tạo giốngn tạo giốngo giốn kĩ thuật nuôi cấy tế bào thực vậtng Đối tượng Nguồn vật liệu Phương pháp Vi sinh vật Thực vật Động vật Bảng 2: Điểm khác tạo giống dựa nguồn BDTH vào thực vật tạo giốngo giốn kĩ thuật nuôi cấy tế bào thực vậtng có ưu bào thực vật lai cao Điểm phân biệt Tạo giống dựa nguồn BDTH Tạo giống có ưu lai cao Cách tiến hành Cơ sở di truyền học Ưu điểm Nhược điểm Thành tựu Bảng 3: Điểm khác biệt chọn giống phương pháp lai hữu tính vào thực vật phương pháp chọn tạo giốngng pháp gây đột biếnt biế bào thực vậtn Chọn giống phương pháp lai hữu tính Chọn giống phương pháp gây đột biến Đối tượng PP tiến hành Lịch sử Cơ chế Hiệu Đặc điểm II Câu hỏi tập có hướng dẫn Câu Nguồn biến dị di truyền quần thể trồng tạo cách nào? Gợi ý trả lời: Nguồn biến dị di truyền quần thể trồng tạo cách tạo biến dị tổ hợp (các phương pháp lai); gây đột biến nhân tạo tác nhân vật lý tác nhân hoá học; tạo ADN tái tổ hợp Câu 2: a Có thể tạo dịng chủng cách nào? Tại việc trì dịng thường khó khăn? b Vì việc chọn lọc dịng khơng mang lại hiệu quả? Gợi ý trả lời: Có thể tạo dịng cách sau: - Cho giao phối gần tự thụ phấn bắt buộc qua nhiều hệ Bằng kĩ thuật nuôi cấy mô tế bào: Từ tế bào hạt phấn (n), người ta lưỡng bội hóa tạo tế bào (2n) cho tái sinh Việc trì dịng thường khó khăn dịng thường có sức sống nhiều gen lặn có hại đưa vào thể đồng hợp khó ngăn ngừa giao phấn b Việc chọn lọc dịng thường khơng mang lại hiệu qủa gen quan tâm trạng thái đồng hợp Sự sai khác kiểu hình lúc thường biến Câu 3: Vì tự thụ phấn bắt buộc giao phối cận huyết qua nhiều hệ dẫn tới thối hóa giống? Kiểu gen tự thụ phấn khơng gây thối hóa? Trong chọn giống, người ta dùng phương pháp tự thụ phấn bắt buộc giao phối cận huyết vào mục đích gì? Gợi ý trả lời: -Tự thụ phấn bắt buộc giao phối cận huyết qua nhiều hệ dẫn tới thối hóa giống: cháu có sức sống dần biểu sinh trưởng, phát triển chậm, chống chịu với mơi trường kém, bộc lộ tính trạng xấu, suất, phẩm chất giảm; động vật thường xuất quái thai, dị hình, giảm tuổi thọ - Nguyên nhân: tỷ lệ kiểu gen dị hợp tử quần thể giảm, tỉ lệ đồng hợp tử tăng dần, gen lặn có hại biểu - Tự thụ phấn không dẫn đến thối hố khi: dịng tự thụ có nhiều cặp gen đồng hợp trội có lợi mang đột biến lặn có lợi VD: Trong tự nhiên có nhiều lồi tự thụ phấn đậu, lạc, lúa mì, lúa mạch không tuyệt chủng mà phát triển - Mục đích: + Củng cố tính trạng mong muốn gen xác định chúng thể đồng hợp + Kiểm tra, đánh giá kiểu gen dòng nhằm phát hiện, loại bỏ gen xấu, xác định dòng ưu việt làm sở khoa học cho tạo giống tốt chủng + Tạo dòng để chuẩn bị lai khác dòng tạo ưu lai Câu 4: Từ hiểu biết pha kì trung gian đề xuất thời điểm dùng tác nhân gây ĐB gen, ĐB NST? Gợi ý trả lời: - Các pha kì trung gian: - Thời điểm xử lý đột biến: + Tác động vào pha S dễ gây đột biến gen (giải thích đúng) + Tác động vào pha G2 dễ gây đột biến số lượng NST (giải thích đúng) Câu 5: Trình bày bước sử dụng kĩ thuật cấy gen vào E.coli để sản xuất vacxin tái tổ hợp phòng chống bệnh lở mồm, long móng động vật móng guốc Biết hệ gen loại virut có chất ARN vacxin phịng bệnh prơtêin kháng ngun (VP1) hệ gen virut mã hóa Gợi ý trả lời: - Tách ARN virut mang gen kháng nguyên VP1 - Phiên mã ngược tạo cADN-VP1 - Tách plasmit từ E.coli - Dùng enzim giới hạn cắt plasmit VP1 - Nối pasmit E.coli với đoạn cADN-VP1 tạo plasmit tái tổ hợp - Biến nạp plasmit tái tổ hợp vào E.coli - Ni E.coli có plasmit tái tổ hợp để vi khuẩn sản xuất vacxin Câu 6: Trong kỹ thuật di truyền, việc lựa chọn vectơ plasmit cần quan tâm đến đặc điểm nào? Gợi ý trả lời: - Plazmit có kích thước ngắn - Có gen chuẩn (gen đánh dấu) - Có điểm cắt enzym giới hạn - Có thể nhân lên nhiều tế bào nhận Câu 7: Plasmid gì? Để dùng làm thể truyền (vector) cần phải biến đổi plasmid ? Gợi ý trả lời: - Plasmid phân tử ADN, vòng, sợi kép, tự tái bản, trì vi khuẩn thực thể độc lập nhiễm sắc thể - Một số plasmid mang thơng tin việc di chuyển từ tế bào sang tế bào khác (F plasmid), số khác mã hóa khả kháng lại kháng sinh (R plasmid), số khác mang gen đặc biệt để sử dụng chất chuyển hóa bất thường (plasmid phân huỷ) - Để dùng làm vector plasmid cần phải có: + Vùng nhân dịng đa vị chứa điểm cắt cho endonucleaza giới hạn, dùng để chèn ADN nhân dòng + Plasmid chứa gen để chọn (như gen kháng ampicillin, ) + Điểm khởi động chép hoạt động E coli Câu 8: Trong kĩ thuật cấy gen, cho biết: - Thể truyền gì? Vì thể thực khuẩn xem loại thể truyền lý tưởng? - Thế ADN tái tổ hợp? Nêu tóm tắt bước tạo ADN tái tổ hợp Gợi ý trả lời: a Trong kỹ thuật cấy gen - Thể truyền phân tử ADN nhỏ có khả tự nhân đôi cách độc lập với hệ gen tế bào Thể truyền plasmit virut - Thể thực khuẩn xem loại thể truyền lý tưởng thoả mãn tiêu chuẩn thể truyền có khả biến nạp vào tế bào nhận - ADN tái tổ hợp phân tử ADN nhỏ lắp rap từ đoạn ADN lấy từ tế bào khác (thể truyền gen cần chuyển) - Các bước tạo ADN tái tổ hợp: Tách chiết tinh ADN nguồn khác nhau; Cắt nối Câu 9: a) Trong kĩ thuật di truyền, người ta cần phải tách dòng tế bào mang ADN tái tổ hợp khỏi loại tế bào khác Hãy mô tả qui trình chọn lọc dịng tế bào mang ADN tái tổ hợp b) Vectơ biểu dùng công nghệ sinh học loại vectơ giúp tạo nhiều sản phẩm gen protêin Để đáp ứng điều vectơ biểu cần có đặc điểm gì? Gợi ý trả lời: a) Để tách dòng tế bào có chứa ADN tái tổ hợp khỏi loại tế bào khác người ta thường phải dùng plasmit có chứa gen đánh dấu gen kháng kháng sinh Một plasmit dùng làm thể truyền cần phải chứa gen kháng lại hai chất kháng sinh khác cịn tế bào nhận khơng chứa gen kháng kháng sinh Tại hai gen kháng chất kháng sinh phải chứa trình tự nhận biết cắt enzym cắt giới hạn Như dùng enzim cắt giới hạn cắt plazmit để gắn gen tạo ADN tái tổ hợp gen kháng kháng sinh bị hỏng ADN tái tổ hợp kháng lại loại kháng sinh mà Như xử lí dịng tế bào loại kháng sinh sau tách tế bào có ADN tái tổ hợp b) - Vectơ biểu cần có promotơ khoẻ, tức có lực cao với ARN polymeraza Nhờ gen phiên mã nhiều cho nhiều sản phẩm (protein) - Vectơ biểu loại có khả tạo nhiều tế bào (véctơ đa phiên bản) Câu 10: Trước người ta hay chuyển gen người vào tế bào vi khuẩn để sản sinh protein định người với số lượng lớn Tuy nhiên, nhà sinh học phân tử lại ưa dùng tế bào nấm men làm tế bào để chuyển gen người vào dùng tế bào vi khuẩn Giải thích sao? Gợi ý trả lời: Vì tế bào nấm men tế bào nhân chuẩn nên có enzym để loại bỏ intron khỏi ARN trình tinh chế để tạo mARN, tế bào nhân sơ vi khuẩn chúng khơng có gen phân mảnh nên khơng có enzim cắt intron Câu 11: Trong cơng nghệ sinh học, người ta tạo nhiễm sắc thể nhân tạo Theo em, cần lắp ráp trình tự nucleotit để tạo nên nhiễm sắc thể nhân tạo dạng thẳng, cho hoạt động nhiễm sắc thể bình thường tế bào nhân thực? Gợi ý trả lời: - Phải có trình tự khởi đầu chép (xuất phát tái bản) – trình tự giúp enzim nhận biết khởi đầu q trình tự nhân đơi ADN - Có trình tự nucleotit làm nhiệm vụ tâm động (liên kết với thoi vơ sắc q trình phân bào) - Có trình tự đầu mút đầu nhiễm sắc thể để trì ổn định nhiễm sắc thể nhân tạo, để nhiễm sắc thể không dính vào Câu 12: Để tổng hợp loại prôtêin đơn giản người nhờ vi khuẩn qua sử dụng kỹ thuật ADN tái tổ hợp, người ta có hai cách: 1) Cách thứ nhất: Tách gen mã hóa prôtêin trực tiếp từ hệ gen nhân tế bào, cài đoạn gen vào plasmit vi khuẩn nhờ enzim ligaza 2) Cách thứ hai: Tách mARN trưởng thành gen mã hóa prơtêin đó, sau dùng enzim phiên mã ngược tổng hợp lại gen (cADN), cài đoạn cADN vào plasmit nhờ enzim ligaza Trong thực tế, người ta thường chọn cách nào? Tại sao? Gợi ý trả lời: Trong thực tế, người ta chọn cách thứ hai Bởi vì: - ADN (gen) tách trực tiếp từ hệ gen người thường mang intron, cADN (được tổng hợp từ mARN tế bào chất) không mang intron - Các tế bào vi khuẩn khơng có khả cắt bỏ intron gen eucaryote, nên đoạn ADN cài tách trực tiếp từ nhân không tạo prơtêin bình thường - Đoạn ADN phiên mã ngược (cADN) tương ứng mARN dùng để dịch mã prơtêin, có kích thước ngắn nên dễ tách dòng biểu gen điều kiện in-vitro Câu 13: Trong công nghệ gen, người ta sản xuất prơtêin đơn giản động vật có vú nhờ vi khuẩn, chẳng hạn E coli Trên sở đặc điểm khác cấu trúc gen sinh vật nhân sơ nhân thực, nêu cải biến cần thực gen cấy, để tế bào vi khuẩn sản xuất prơtêin động vật có vú Gợi ý trả lời: + Cấu trúc gen sinh vật nhân thực khác sinh vật nhân sơ chỗ: 1) có chứa intron 2) trình tự ADN khởi đầu phiên mã 3) trình tự kết thúc phiên mã 4) trình tự tín hiệu khởi đầu dịch mã + Vì vậy, để tế bào vi khuẩn sản xuất protein động vật có vú, gen động vật có vú trước cấy vào E coli thường 1) dùng dạng cADN (khơng chứa intron) 2) cải tiến phần trình tự khởi đầu phiên mã 3) cải tiến phần trình tự kết thúc phiên mã 4) cải tiến phần trình tự khởi đầu dịch mã