Bài giảng Đặc điểm hệ gen người & Các phương pháp nghiên cứu Dược di truyền

Hệ gen ng-ời Trang 7 VÀI NẫT VỀ HỆ GEN NGƯỜI NỘI DUNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU DƯỢC DI TRUYỀN  DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ  PHÂN TÍCH GEN VÀ SẢN PHẨM CỦA GEN Trang 8 8 Trang 10 10 S

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA Y DƯỢC

C¸c Ph¦¬ng ph¸p nghiªn cøu

d¦îc di truyÒn

Trang 2

2

VÀI NÉT VỀ HỆ GEN NGƯỜI

NỘI DUNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DƯỢC DI TRUYỀN

 SỰ ĐA DẠNG CỦA QUẦN THỂ

 PHÂN TÍCH GEN VÀ SẢN PHẨM CỦA GEN

 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN NGƯỜI

Trang 3

được cuộn gập trong phức

hệ với các protein histon và

phi histon Trong điều kiện

bình thường tất cả các NST

được truyền nguyên vẹn

qua thế hệ

Trang 4

 23 cặp NST; 46, XX hoặc 46, XY

 Xác định được NST ở tế bào đang nguyên phân

(mitosis)

 Tế bào Lympho nuôi cấy trong 2-3 ngày hoặc sinh

thiết tế bào tủy xương trong 4-24 giờ

Đặc điểm bộ NST người

Dinh Doan Long @ VNU-SMP

Trang 6

Đinh Đoàn Long

SỰ ĐA DẠNG VỀ CẤU TRÚC CỦA CHẤT NHIỄM SẮC

Cỏc sinh vật bậc cao cú mật độ gen trong hệ gen giảm

Hệ gen ng-ời (3.200 Mb)

Gen và trình tự liên quan đến gen (1.200

Mb)

Trình tự ADN liên gen (2.000 Mb)

Các trình tự lặp lại phân bố khắp hệ gen (1.400 Mb)

Các trình tự liên gen khác (600 Mb)

Các trình tự liên quan đến gen (1.152 Mb)

GEN (48 Mb)

Các trình tự lặp lại số l-ợng biến động – microsatellite (90 Mb)

Các trình tự

đơn nhất (510 Mb)

Intron và các trình tự không đ-ợc phiên mã của gen

Các phân đoạn không hoàn chỉnh của gen

Gen giả

Tổ chức hệ gen ng-ời Hệ gen ng-ời

gồm nhiều loại trình tự ADN khác nhau,

trong đó phần lớn không mã hóa protein

Trang 7

VÀI NÉT VỀ HỆ GEN NGƯỜI

NỘI DUNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DƯỢC DI TRUYỀN

 DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ

Trang 8

8

SỰ TIẾN HÓA LOÀI NGƯỜI (Homo sapiens)

Trang 9

SỰ TIẾN HÓA LOÀI NGƯỜI (Homo sapiens)

Trang 10

10

Sù di truyÒn trong quÇn thÓ

 Xét về tần số kiểu gen, nội phối là quá trình đồng hợp tử hóa Qua

từng thế hệ, tần số cá thể đồng hợp tử tăng dần, ngược lại số dị hợp

tử giảm dần

§èi víi quÇn thÓ giao phèi cËn huyÕt (néi phèi)

 Đối với người hôn nhân cận huyết được coi là nội phối

Trang 11

 Trên cơ sở của cơ chế giảm phân, tạo giao tử và thụ tinh

có thể dễ dàng nhận thấy rằng đối với các quần thể ngẫu phối tỉ lệ một kiểu gen nào đó sẽ là tích tần số các alen tương ứng

§èi víi quÇn thÓ ngÉu phèi

 Quần thể được coi là cân bằng khi tần số các alen và

kiểu gen trong quần thể ổn định qua các thế hệ Năm

1908, Hardy & Weiberg phát hiện ra công thức về tần số kiểu gen của một quần thể ngẫu phối cân bằng là:

Tần số kiểu gen: p2[A 1 A 1 ] : 2pq[A 1 A 2 ] : q2[A 2 A 2 ],

Trong đó, p và q lần lượt là tần số hai alen A1 và A 2 (giả

sử locut chỉ có 2 alen), nghĩa là p + q = 1

Trang 12

12

§èi víi quÇn thÓ ngÉu phèi

 Cã thÓ dÔ dµng nhËn thÊy c«ng thøc Hardy-Weinberg

thùc chÊt lµ nhÞ thøc Newton

TÇn sè kiÓu gen: (pA 1 + q A 2 ) 2, víi p + q = 1

 Các quần thể ngẫu phối có tần số các kiểu gen và alen

không phù hợp với công thức Hardy – Weinberg là các quần thể không cân bằng Tuy vậy, nếu hiện tượng ngẫu phối xảy ra và quần thể đủ lớn, chi sau 1 thế hệ, quần thể sẽ chuyển về trạng thái cân bằng

Trang 13

Sự di truyền trong quần thể

Đối với quần thể ngẫu phối

 Đối với các locút nhiều hơn hai alen, công thức Hardy –

Weinberg đuợc mở rộng theo nguyên tắc biểu thức Newton, ví dụ: tần số kiểu gen = (pA 1 + q A 2 + rA 3 ) 2, với p + q + r = 1 (với locut có 3 alen); hoặc (pA1 + qA2 + rA3 +

sA4), với p + q + r + s = 1 (với locut có 4 alen), v.v…

 Các quần thể ngẫu phối có tần số các kiểu gen và alen

không phù hợp với công thức Hardy – Weinberg là các

phối xảy ra hoàn toàn và quần thể đủ lớn, chi sau 1 thế

hệ duy nhất, quần thể không cân bằng sẽ chuyển về trạng thái cân bằng

Trang 14

14

Sự di truyền trong quần thể

Đối với quần thể ngẫu phối

 Đối với quần thể nội phối một phần, công thức

Hardy-Weinberg đuợc hiệu chỉnh là:

(p 2 + fpq) (A 1 A 1) + (2pq - 2fpq) (A 1 A 2) + (q2 + fpq) (A 2 A 2)

Trong đó, f là tần số cá thể nội phối trong quần thể

Trong thực tế, f đuợc tính bằng:

[1 – (tần số dị hợp tử quan sát / tần số dị hợp tử lý thuyết)]

Trang 15

ứng dụng của định luật hardy-weinberg

 Quần thể ở trạng thái cân bằng, nhưng tần số đồng hợp tử

cao hơn lý thuyết là do nội phối (nội phối làm thay đổi tần

số kiểu gen nhng không làm thay đổi tần số alen)

 Có thể xác định tần số nội phối từ số dị hợp tử quan sát và số

dị hợp tử lý thuyết

TƯ VẤN DI TRUYỀN

Trang 16

2 Tần số alen A và B bằng bao nhiêu?

3 Tần số kiểu gen AB mong đợi (lý thuyết) bằng bao

nhiêu?

4 Quần thể có cân bằng không (suy từ kiểu gen AB)?

Trang 17

Các yếu tố ảnh hởng trạng thái cân bằng di truyền

 Đột biến ở mỗi thế hệ, vốn gen của quần thể th ư ờng đợc bổ

sung thêm bởi những đột biến mới Sự ảnh hưởng của số lượng

đột biến đến tỉ lệ các kiểu gen và alen trong quần thể gọi là áp

lực đột biến áp lực đột biến (mức độ ảnh hưởng) liên quan đến

số đột biến thuận (mới) và nghịch (phục hồi) hình thành

 Chọn lọc có 3 phương thức chọn lọc

Chọn lọc bỡnh ổn

Chọn lọc

định huớng

Chọn lọc tách ly

Trang 18

18

Các yếu tố ảnh hởng trạng thái cân bằng di truyền

 Kích thước quần thể Kích thước quần thể càng nhỏ, hệ số

nội phối càng lớn, làm tăng các thể đồng hợp tử, và ngược lại

 Nhập cư Mang đến các kiểu gen từ một vốn gen khác,

gây ra sai lệch Nếu các kiểu gen khác nhau có xu hướng

di cư hoặc nhập cư khác nhau thì mức độ sai lệch sẽ diễn

ra theo một chiều hớng nhất định

 Giao phối chọn lựa Ví dụ: sự cực đoan ở một dòng họ

dẫn đến sự hôn nhân giữa những người trong họ hàng,

chẳng hạn 33% ca bệnh alkapton niệu là do giao phối cận

huyết Nếu theo xu hướng ngược lại, sẽ làm tăng số cá thể

dị hợp tử

 Các yếu tố ngẫu nghiên Do cơ hội di truyền thành công

của các alen nhất định từ thế hệ này sang thế hệ khác có thể khác nhau, gây sai khác về tần số kiểu gen so với mong đợi

Trang 19

Các lực làm thay đổi tần số alen trong quần thể

Đột biến

 Tỉ lệ đột biến nhìn chung là thấp, song khác nhau giữa các

locut

 Ngoài khả năng đột biến tự phát, nhiều yếu tố môi trường

có tác động trực tiếp làm tăng tần số đột biến (hóa chất,

chiếu xạ, các tác nhân lây nhiễm …)

 Đột biến là nguồn gốc tận cùng của mọi biến dị mới

 Đột biến có thể trung tính, có hại (phần lớn) hoặc có lợi

(hiếm) và việc chúng có được duy trì hay không phụ thuộc vào các điều kiện đặc thù của môi trường (yếu tố chọn lọc)

Trang 20

20

 Phần lớn các gen có thể đột biến xuôi và ngược (đột biến

thay thế - SNP) Đột biến ngược thường xuyên xảy ra với tần số thấp hơn so với đột biến xuôi

Đột biến

 Sự thay đổi tần số alen qua mỗi thế hệ:

Trang 21

 Định luật Hardy-Weiberg giả thiết các quần thể có kích

thước lớn, giao phối hoàn toàn ngẫu nhiên Các quần thể người trong thực tế thường có kích cỡ không phải luôn luôn

ổn định; tuy vậy, chúng cũng đủ lớn (trừ cỏc bộ tộc sống tỏch ly) để các yếu tố ngẫu nhiên chỉ gây tác động nhỏ

 Mọi sự thay đổi tần số alen của quần thể bởi các sự kiện

ngẫu nhiên (đột xuất) được gọi là sự “sai lạc di truyền ngẫu nhiên”

 Sự thay đổi tần số alen do các sự kiện ngẫu nhiên có vai trò

quan trọng trong tiến hóa ở các quần thể nhỏ

Các yếu tố ngẫu nhiên

Trang 22

22

 Sự biến động ngẫu nhiên so với lý thuyết gọi là “lỗi lấy

mẫu”, giống nh khi chúng ta tung đồng xu 4 lần thu đợc 3

mặt xấp : 1 mặt ngửa, thậm chí cả 4 mặt đều ngửa Khi số

mẫu càng nhỏ, “lỗi lấy mẫu” càng lớn

 Sai lạc di truyền là ngẫu nhiên, nên chúng ta không thể dự

đoán đợc sự thay đổi tần số alen Tuy vậy, do kích thớc quần

thể ảnh hởng trực tiếp đến “lỗi lấy mẫu” Nên chúng ta dự

đoán đợc mức độ ảnh hởng (cờng độ) của sự sai lạc di truyền, qua kích thớc quần thể hữu hiệu (Ne)

Trang 23

 Nếu tỉ lệ đực/cái trong quần thể là như nhau và mọi cá thể

có sức sinh sản tương đương thì kích thớc quần thể hữu hiệu đúng bằng tần số của cá thể ở tuổi sinh sản của quần thể, (Ne = 2 Nf/m)

 Nhưng nếu số cá thể đực/cái không bằng nhau thì kích

thước quần thể hữu hiệu (Ne) bằng:

Với: Nf = số cá thể cái trong quần thể tham gia sinh sản

N = số cá thể đực trong quần thể tham gia sinh sản

Trang 24

24

 Sự cân bằng giữa đột biến và sai lạc di truyền ngẫu nhiên

Trong đó: H là tỉ lệ số cá thể dị hợp tử;

à: tỉ lệ đột biến trung tính

Ne: kích thước quần thể hữu hiệu

Trang 25

 Tần số alen A (p) ở quần thể y sau khi một số cá thể di cư

đến từ quần thể x và chiếm tần số m ở quần thể y mới là:

Trong đó, p x và p y là tần số alen A tương ứng tại các quần thể x

và y, m là tỉ lệ cá thể từ quần thể x trong quần thể y mới

Di nhập cƯ

 Sự thay đổi tần số alen ở quần thể y sau khi có sự nhập cư:

Trang 26

26

 Chọn lọc tự nhiên không có nghĩa là “khả năng sống sút”

Chọn lọc tự nhiên

 ý nghĩa quan trọng nhất của chọn lọc tự nhiên là số gen

tương đối đóng góp vào các thế hệ tương lai của quần thể

 Sự sống sót đơn thuần là không dủ, mà khả năng truyền gen

qua các thế hệ được quyết định bởi khả năng sinh sản

Trang 27

 Chọn lọc tự nhiên được đo bởi “mức thích nghi”, (ký hiệu là

W) phản ánh khả năng sinh sản tương đối của một kiểu gen

 W = 1 với kiểu gen sinh sản nhiều thế hệ con nhất

 Hệ số chọn lọc (s = 1 - w) là đại lượng đo mức độ chọn lọc

tương đối chống lại một kiểu gen nhất định

Trang 28

28

 ảnh hưởng của chọn lọc đến tần số alen Chọn lọc chống lại

tính trạng lặn (s> 0 với aa)

 Chọn lọc chống lại tính trạng lặn triệt để (s = 1)

Trang 29

 Chọn lọc chống lại tính trạng trội (s >0 với AA và Aa)

 Chọn lọc chống lại dị hợp tử (s> 0 với Aa)

Trang 30

30

 Chọn lọc ưu tiên dị hợp tử (s > 0 với AA và aa)

 Công thức chung:

Trang 31

Trang 32

32

 Nếu alen lặn gây chết ở trạng thái đồng hợp tử (s = 1)

 Lưu ý, do tác động của chọn lọc các alen trội gây hại

thường hiếm hơn nhiều so với các alen lặn gây hại

 Đối với alen trội, tần số ở trạng thái cân bằng là

Trang 33

Bệnh “loạn sản sụn” gây ra do một alen trội trên NST

thường Tốc độ đột biến của gen này là 5 x 10-5, và hệ số

thích nghi (w) của người mắc bệnh so với người bình

thường là 0,2 Tần số của alen này ở trạng thái cân bằng

được mong đợi là bao nhiêu?

CÂU HỎI VẬN DỤNG

Trả lời:

s = 1 – 0,2 = 0,8

p = u/s = (5x10-5)/0,8 = 0,0000625 = 6,25 x 10-5

Trang 34

 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN NGƯỜI

Trang 35

 NST X ở người có 2 chiếc ở nữ giới và 1 chiếc ở nam giới Trong mỗi

tế bào thường chỉ có một NST X hoạt động Những NST X khác bị bất hoạt gọi là thể barr Như vậy, số thể barr = số NST X – 1

KiÓu gen Sè thÓ Barr

 Thể barr là NST X bị bất hoạt bắt màu thuốc nhuộm nhanh và đậm

PHÂN TÍCH NHÂN TẾ BÀO KỲ TRUNG GIAN

Trang 36

Karyotype người bình thường 47, XX/XY, +21 47, XX/XY, +13

45, X0 46, XX/XY, -p11 46, XX/XY, -q15

PHÂN TÍCH NHIỄM SẮC THỂ KỲ GIỮA

Trang 37

CÁC KIỂU SAI HèNH NHIỄM SẮC THỂ

1 Thay đổi bộ nguyên vẹn nhiễm sắc thể (n, 2n, 3n, 4n, …)

2 Sai hỡnh nhiễm sắc thể liờn quan đến nhiễm sắc thể

riờng lẻ hoặc một phần của nú Nếu bộ nhiễm sắc thể bị thừa hoặc thiếu một vài chiếc riờng lẻ thỡ gọi là thể lệch bội (vd 2n-1, 2n+1, 2n+2, v.v…)

 Những sai hỡnh về số lượng nhiễm sắc thể thường gõy

những hậu quả nghiờm trọng, như chết trước khi sinh (sẩy thai), hoặc khi sinh ra mang khuyết tật nặng nề

3 Cỏc sai hỡnh nhiễm sắc thể ớt nghiờm trọng hơn là đảo

đoạn và chuyển đoạn

Trang 38

38

Đảo đoạn Nhiễm sắc thể

 Đảo đoạn nhiễm

sắc thể dẫn đến sự hình thành 1/2 số lượng giao tử bất thường (bất thụ)

 Hiện tượng này

đúng trong cả trường hợp đảo đoạn xa tâm động (paracentric

inversion) ……

CÁC KIỂU SAI HÌNH NHIỄM SẮC THỂ

Trang 39

PHÂN TÍCH HÓA SINH / Phân tích protein, enzym …

nhưng khi trưởng thành bị rối

loạn về trao đổi ancapton

Chất này theo nước tiểu ra

ngoài gặp không khí, bị oxy

hóa, chuyển màu xẫm đen,

không tan và kết tủa Người

bình thường, ancapton được

chuyển hóa thành axit axetic,

rồi phân giải thành axit

Trang 40

40

phân giải phenylalanin Đây là chuỗi phản ứng gồm 4 bước PKU

do đột biến gen ở khâu số 1, dẫn đến thiếu enzym

khỏe bình thường, sau 1 tuần bắt đầu rối loạn mất trí do sự tăng phân giải phenylalanin thành phenylpyruvic, tích tụ trong máu

và gây độc Thường tử vong trước 30 tuổi (nếu không được điều trị)

tố đen ở da, tóc, biểu mô và võng mạc mắt Ở người dị hợp tử,

đôi khi chỉ thiếu sắc tố ở từng vùng da, bị tàn nhang

Trang 41

 Bệnh Tay Sachs Gây ra do đột biến gen lặn trên NST thường

làm thiếu enzym hexozaminidase A xúc tác phân giải một lipid

thần kinh, nó nhanh chóng gây thoái hóa hệ thần kinh trung

sau đó trải qua sự thoái hóa thần kinh mạnh, dẫn đến mù lòa,

liệt, trí tuệ suy giảm và thường tử vong khoảng 4 - 5 tuổi

Trang 42

42

 Bệnh di truyền về Hemoglobin (vd bệnh hồng cầu hình liềm …)

DI TRUYỀN PHÂN TỬ / Phân tích gen, marker phân tử (vân ADN)

Trang 43

DI TRUYỀN PHÂN TỬ / Phân tích gen, marker phân tử (vân ADN)

 Bệnh di truyền về Hemoglobin (vd bệnh hồng cầu hình liềm …)

Trang 44

44

Các tính trạng do gen

quy định ở ngời đều

tuân theo các quy luật

di truyền cơ bản ở các

sinh vật nhân chuẩn

sinh sản hữu tính, bao

gồm các quy luật di

truyền Mendel, liên kết

gen, trao đổi chéo, tái

tổ hợp, di truyền liên

kết với giới tính, v.v…

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẢ HỆ

Trang 45

Mét sè Kh¸i niÖm chung

Do không thể lai, nghiên cứu di truyền học người cần một

số phương pháp nghiên cứu riêng

Trang 47

VÝ dô vÒ di truyÒn gen liªn kÕt NST Y

Hội chứng “người nhím”

“lông vành tai”, lùn, vô

sinh liên kết với NST Y, ,

Tính trạng do gen trên NST

Y dễ nhận biết, vì nó luôn di

truyền từ bố sang con trai

Giới nữ không khi nào

Trang 48

48

VÝ dô vÒ gen lÆn liªn kÕt NST X

Bệnh máu khó đông do gen lặn trên NST X quy định tìm thấy khi

nghiên cứu phả hệ nữ hoàng Victoria Dường như gen lặn h

(hemophilia) do đột biến xuất hiện trong dòng phôi của nữ hoàng

Đặc điểm của tính trạng do gen lặn trên NST X quy định là:

1 vì nam giới là bán hợp tử XY cho nên, nếu măc bệnh, sẽ

truyền gen đột biến cho tất cả con gái, nhưng không

truyền cho con trai;

2 với gen lặn hiếm, số nam giới mắc bệnh nhiều hơn nữ;

3 nếu con gái mắc bệnh, chắc chắn phải có bố mắc bệnh và

mẹ là dị hợp tử

4 có tỉ lệ 1 bình thường : 1 đột biến trong các con trai thế

hệ sau của bà mẹ dị hợp tử

Tiêu đề	Đặc Điểm Hệ Gen Người & Các Phương Pháp Nghiên Cứu Dược Di Truyền
Tác giả	Dinh Doan Long
Trường học	Đại Học Quốc Gia Hà Nội
Chuyên ngành	Y Dược

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	1,71 MB