di truyền phân tử 04

Chơng 5 di truyền học phát triển cá thể và di truyền học tiến hóa 5.1 di truyền học phát triển cá thể 5.1.1 Các đối tợng mô hình nghiên cứu di truyền học phát triển cá thể Dựa vào những khám phá sau Watson và Crick (1953) về cấu trúc và chức năng của acid nucleic, ngày nay đã phát triển những kỹ thuật ứng dụng nh các kỹ thuật gen (geneomic) và các kỹ thuật protein (proteomic) vào chon giống và nghiên cứu ở ngời. Bộ gen là tập hợp tất cả các yếu tố di truyền trong tế bào; nhìn chung nó gồm các thành phần hệ gen nhân (genom), hệ gen ty thể (mitochondrom), hệ gen lục lạp (plastom = plastidom) và hệ gen phân tán (plasmidom). Hệ gen của các bào quan (ty thể, lục lạp, ) gọi chung là hệ gen bào t ơng (plasmon). Sinh vật khác nhau thì bộ gen cũng khác nhau ở thành phần và cấu trúc gen. Bộ gen ở Procaryota gồm hai thành phần là hệ gen vùng nhân (genome 98-99% bộ gen) và hệ gen phân tán (plasmidom 1-2% bộ gen). Hệ gen vùng nhân là phân tử AND gấp khúc cuộn xoắn; tính siêu xoắn chịu sự kiểm soát của men topoisomerase. AND của của E. coli có kích thớc 300 m (dạng mở xoắn) và chỉ còn 1,5 m (dạng siêu xoắn). Procaryota chứa AND trần (không bọc histon), chuỗi kép (15%) và đơn (85%), dạng vòng. Một số loài bộ gen chỉ có một thành phần là hệ gen vùng nhân, ví dụ E. coli chỉ có một phân tử AND dậng vòng chứa 3000-4000 gen. 5.1.2 Tổ chức bộ gen ở Eucaryota Bộ gen ở sinh vật Eucaryota gồm 3 thành phần là hệ gen nhân, hệ gen ty thể và hệ gen lục lạp. AND nhân có dạng mạch kép, chủ yếu là -AND. AND ty thể và lục lạp có dạng kép vòng. AND nhân đợc bọc protein (histon dạng 8 phân tử octamer) tậo thành thể nhân (nucleosom). Histon đợc phân biệt gồm 5 loậi với tỷ lệ tơng đơng nhau là H1, H2A, H2B, H3 và H4. Trong đó 2 phân tử H3 và H4 liên kết ở vùng trung tâm, 2 phân tử H2A và 2 phân tử H2b liên kết ở vùng ngoài của AND. Các nucleosom kết nối với nhau bởi một đoạn AND (15-100 bp) tạo thành sợi cơ bản có cấu trúc xoắn (đờng kính 100), sợi cơ bản xoắn thành sợi nhiễm sắc (solenoit, đờng kính 250), sợi nhiễm sắc xoắn thành ống nhiễm sắc (đờng kính 2000) và ống nầy xoắn một lần nữa thành sợi nhiễm sắc (chromatid, đờng kính 6000). Sợi cơ bản Sợi solenoit đờng kính 2000 ống nhiễm săc đờng kính 6000 Sợi chromatid 101 Hệ gen lục lạp (plastidom) ADN và ribosome trong lục lạp đợc phát hiện năm 1963 [Chu Hoàng Mậu, 2005]. Lợng ADN lục lạp (ct.ADN) chiếm 15% tổng lợng tế bào thực vật, lợng ribosme chiếm 60% lợng ribosome tế bào. ct.ADN có cấu trúc mạch vòng (gần 85% là mạch đơn), có MW khoảng 83-128.10 6 . ct.ADN làm khuôn tổng hợp mARN chloroplast (chỉ dài khoảng 20 nucleotid), chúng thực hiện tổng hợp protein tại chỗ. Ribosome trong lục lạp là 70S (độ sa lắng) gồm tiểu phần nhỏ 30S và tiểu phần lớn 50S. Plastidom chỉ tổng hợp protein cần thiết cho sự phát triển của lục lạp (khoảng 100 loại polypeptid khác nhau). Các protein khác có trong lục lạp đợc hệ gen nhân tổng hợp và chuyển vào sau dịch mã. ADN Kích thớc (bp) Chu vi vòng (m) Plasmid Trực khuẩn E. coli (chromosome) Trùng roi (Euglena) (ct.ADN) Thuốc lá (Tabaco) (ct.ADN) Ngô (Zea mais) (ct.ADN) đậu xanh (mungbean) (ct.ADN) 1 200x10 3 3,8x10 6 1,4x110 5 1,5x10 5 1,36x10 5 1,21x10 5 - - 44-44 - 43 39 Hệ gen ty thể (mitochondrom) Phơng pháp tách chiết ADN ty thể (Salech và cộng sự, 1989) gồm các bớc: - Ly tâm chậm để loại bỏ nhân, lục lạp và các thành phần khác của tế bào. - Ly tâm nhanh để tách ty thể. - Xử lý bằng ADN-ase I để phân giải các ADN nhân dính vào ty thể - Tinh sạch ty thể - Tách chiết mt.ADN từ ty thể. mt.ADN động vật có dạng vòng và kích thớc nhỏ 15-20 kb; trong khi mt.ADN thực vật đa dạng (vòng, thẳng và các dạng khác) với kích thớc lớn hơn (200 kb ở bắp cải, 2500 kb ở da). Sản phẩm do mt.ADN mã hóa là một số lợng nhỏ protein rất quan trọng cho hoạt động tại chỗ, nh 3 tiểu phần của cytochromoxydase, 2 tiểu phần của phức cytochrome bc và một số thành phần khác [ADNre, 1991]. Ngoài ra mt.ADN còn đóng vai trò quan trọng trong hiện tợng bất dục đực của tế bào chất (CMS) đợc khai thác sản xuất các dòng lai nh lúa, ngô [Spruill và cộng sự, 1981]. CMS có khả năng tổng hợp chuỗi polypeptid MW =130.000, nhng mất khả năng tổng hợp chuỗi polypeptid MW = 21.000 ở nguyên sinh chất tế bào cây bình thờng. Trong tế bào cây CMS có mang 2 phân tử ADN mạch thẳng (giống plasmid) ở ty thể với kích thớc 6,2 kb và 5,2 kb. Trong ADN nhân mã UGA là mã kết thuc nhng trong mt.ADN lại là mã cho tryptophan. Ngợc lại mã CGG ở ADN nhân mã cho tryptophan nhng ở mt.ADN lại mã cho arginine. Ngoài ra trong ty thể thực vật còn phát hiện dạng mới của m-ARN (gọi là ARN-editing) thích nghi tốt hơn với điều kiện ngoại cảnh. Hệ gen nhân (genome) 102 Hệ gen này có khối lợng và số lợng lớn nhất trong bộ gen tế bào. ADN nhân đợc sắp xếp thu gọn trong nhiễm sắc thể có liên kết hoặc không liên kết với histon. Khối lợng ADN nhân khác nhau tùy loài (nhỏ nhất là 0,07 picogram ở Arabidosis thaliana, = 33,5 pg ở Allium cepa) Hệ gen nhân ở Eucaryota có 3 thành phần là các đoạn ADN không lặp lại (chiếm 45% genom), các đoạn ADN lặp lại ít (25%) và các đoạn ADN lặp lại nhiều (30%); trong khi hệ gen nhân ở Procaryota chỉ có một thành phần là các đoạn ADN không lặp lại kác nhau [Chu Hoàng Mởu, 2005]. 5.1.3 Các nhân tố tác động đến sự phát triển Sự phát triển đợc hiểu trong nghĩa khái quát bao hàm sự tồn tại có tích lũy (sinh trởng) và sự nhân bản trong sinh sản (di truyền) diễn ra ở tế bào hay cơ thể sinh vật. Trớc hết chúng ta sơ bộ khảo sát chu trình của một tế bào: Các sự kiện chính diễn ra trong chu kỳ tế bào M: phân kỳ G 1 : gian kỳ1 (tổng hợp các chất) S: tổng hợp và tích lũy G 2 ; dừng tích lũy, tái bản ADN Cơ sở của sự sống là vật chất, nghĩa là nó tập trung những chất hữu cơ trong một giới hạn không gian nhất định. Những hoạt động hóa học của các phân tử này là nền tảng biểu hiện của hoạt động sống. Do có xuất xứ vật chất nên cơ thể sống cũng sử hữu thuộc tính vĩnh cửu của vật chất đó là thờng xuyên vận động và thờng xuyên biến đổi phơng thức vận động. Toàn bộ những nhân tố vật chất trong tự nhiên (phân tử, nguyên tử, nhiệt độ, ánh sáng ) với sự biến đổi th ờng xuyên đã là cơ sở phát sinh sự sống và cơ thể sống. Cũng chính sự biến đổi thờng xuyên của các nhân tố môi trờng là nguyên nhân quyết định hình thành những phơng thức hoạt động sống mới, nói cách khác nó quyết định sự phát triển của sự sống. Lần theo quá trình phát triển sự sống, nhóm thể sống sơ khai (thờng gọi là giọt sống - coacerva ch a phải là cơ thể sống chính thức vì trong nó cha có yếu tố acid nucleic. Những giới sinh vật khác trong tế bào của chúng đã có yếu tố này và vì thế chúng đã có một cơ thể chính thức đáp ứng đủ thuộc tính của sự sống là tồn tại và phát triển. Khi đã quan niệm nh vậy thì các nhân tố ảnh hởng tới sự phát triển là những nhân tố tác động vào hoạt động của protein (gốc của sự tồn tại) và vào hoạt 103 động của acid nucleic (gốc của sự phát triển). Ngoài ra cần phân biệt hai nội dung của sự phát triển là phát triển số lợng và phát triển chất lợng. Các nhân tố tác động phát triển số lợng Thực chất của phát triển số lợng là sản xuất đợc nhiều cá thể hay nói cách khác là sản xuất đợc nhiều protein. Muốn vậy ngoài nhân tố nguyên liệu để sản xuất protein còn nhân tố quy trình sản xuất protein và môi trờng sản xuất protein. Phân tử protein đợc đặc trng bởi số lợng, số loại và trình tự các acid amin. Bởi vậy nguyên liệu cũng phải đáp ứng đủ lợng và tỷ lệ các loại acid amin đối với từng protein. Đặc biệt trong chăn nuôi nhân tố này là rất quan trọng vì cơ thể động vật không tự tổng hợp đợc những acid amin thiết yếu. Trong một thời gian nhất định mỗi gen mã hóa cho một protein chỉ hoạt động với công suất nhất định nên hiệu suất sản xuất protein cũng chỉ là giới hạn. Từ đó nhân tố tái bản gen đáp ứng đủ nhu cầu phát triển lợng protein là rất quan trọng. Đặc điểm chu kỳ sinh trởng và sinh sản ở động vật nói chung dài gấp nhiều lần ở sinh vật đơn bào (vi khuẩn, nấm). Hiện nay xu hớng sử dụng khả năng sinh sản nhanh của những sinh vật đơn bào làm môi tr ờng sản xuất gen cũng nh sản xuất protein rất đợc chú ý. Nhiều động vật sở hữu những quy trình sản xuất những loại protein hiếm, quý đang có nguy cơ tiệt chủng do nhiều nguyên nhân. Nhân tố bảo tồn những nguồn gen trở nên cần thiết. Việc xây dựng những ngân hàng gen đang phát triển với hai ý nghĩa là bảo tồn gen quý hiếm (ngân hàng hệ gen) và cung cấp gen (ngân hàng cADN) để sản xuất protein. Kỹ thuật nhân bản vô tính đã thành công ở một số động vật nh cừu, bò, thỏ, chuột Kỹ thuật này khai thác khả năng phát triển của tế bào nguồn gốc lá phôi ngoài do chúng cha biệt hóa sâu sắc để tiếp tục phát triển thành cá thể Vận dụng kỹ thuất này ngời ta ngày nay đã có thể nuôi cấy mô bào nhằm vào mục đích y tế. Các nhân tố tác động phát triển chất lợng Phát triển chất lợng đồng nghĩa với thay đổi protein đặc thù. Bản chất protein khi thay đổi do yếu tố môi trờng hầu hết dẫn đến biến tính. Cơ sở để phát triển chất lợng protein chỉ có thể dựa vào sự thay đổi gen hay chí ít cũng là thay đổi quan hệ giữa các gen cùng tơng tác ảnh hởng đến quy trình sản xuất protein. Sử dụng các phơng pháp lai để tạo giống có phẩm chất protein tốt hơn đã đ- ợc vận dụng để tận dụng u thế lai trong phơng thức biểu hiện của gen. Ngày nay, để phát triển chất lợng protein ngời ta đang quan tâm nhiều tới phơng thức gây đột biến gen nhân tạo, chọn lọc và bảo tồn đột biến gen. Kết quả đã tạo đợc nhiều giống rau quả biến đổi gen đã đợc sử dụng. Hậu quả việc sử dụng các sản phẩm biến đổi gen ảnh hởng ở mức độ nào tới sự sống con ngời cần đợc kiểm tra chặt chẽ và cẩn thận. 5.1.4 Chu trình phân bào, sự chết của tế bào Nguồn gốc sự phân bào Tế bào sinh dỡng ở Eucaryota có bộ NST lỡng bội 2n và là sân bãi diễn ra hầu hết các quá trình sinh hóa sản xuất các chất cần thiết (chủ yếu là protein) cho cấu tạo và năng lợng cho hoạt động tế bào làm cho lợng (đồng thời là thể 104 tích) bào chất (Vtbc) liên tục tăng lên; trong khi đó số lợng NST trong nhân bào không đổi, nói cách khác diện tích màng nhân = Smn cũng không đổi. Mặt khác với số lợng NST đó, bộ NST chỉ có thể điều hành một thể tích tế bào chất giới hạn. Tỷ số Vtbc/Smn khi đạt giá trị tối đa nếu không giảm đợc tỷ số đó thì quá trình trao đổi chất trong tế bào sẽ buộc không tiến triển nữa (quy luật hóa học). Biện pháp duy nhất bảo tồn thuộc tính biến đổi không ngừng của vật chất hữu cơ là phân bào (tiền đề mọi quá trình sinh sản). Qua biện pháp này, thể tích bào chất (Vtbc) đợc chia làm hai phần, số lợng NST tăng gấp đôi và khi phối hợp 1/2 Vtbc với 1/2 số NST đã gấp đôi sẽ đợc tỷ lệ Vtbc/Smn (Smn: diện tích màng nhân) bằng nửa tỷ lệ này ban đầu. Nh vậy sự trao đổi chất trong tế bào mới lại có thể tiếp tục. Tuy nhiên trong giới sinh vật Eucaryota, tồn tại nhiều phơng thức phân bào khác nhau nhng kết quả cuối cùng thống nhất ở một nội dung là tạo ra đợc những tế bào mới giữ đợc những đặc điểm cơ bản trong cấu tạo và hoạt động sống của thế hệ tế bào xuất phát. Chu trình phân bào ở Eucaryota Phân bào là quá trình diễn ra ở tất cả sinh vật, nó thể hiện nền tảng cho sinh sản, sinh trởng, bổ sung tế bào vầ bảo tồn loài. Protein là vật chất chủ yếu nhất biểu hiện mọi tính trạng của tế bào; nhng phân bào lại không đảm bảo phân chia đầy đủ loại và khối lợng protein của tế bào thế hệ trớc cho các tế bào thế hệ sau mà chỉ phân chía đều đặn quy trình tổng hợp (các mã thông tin di truyền) cho tất cả các chất cần thiết, trong đó chủ yếu là cho protein. Vì vây khảo sát sự phân bào chính là tìm hiểu những biến đổi các NST trong hệ genom của tế bào Eucaryota. Tế bào Eucaryota có ba phơng thức phân bào là trực phân, nguyên phân và giảm phân [ABC Biologie, 1967, tr. 902]. Trực phân (amitose): thắt đứt một tế bào kể cả nhân thành 2 tế bào con. Trực phân tồn tại chủ yếu ở những tế bào đặc biệt đã biệt hóa sâu sắc. ở những tế bào loại này dễ xuất hiện tác động gián đoạn chức năng đối với cơ thể. Sự phân chia nhân lớn (macronucleus) ở trùng tơ cũng diễn ra theo kiểu trực phân. Trực phân diễn ra ở tế bào hoặc nhân bào sinh dục tất nhiên là hiện tợng bệnh lý. Nguyên phân (mitose phân chia gián tiếp): xảy ra phổ biến, tại đó nhân bào trải qua biến thái đặc trng và cũng qua đó vật chất nhiễm sắc cũng chính là thông tin di truyền đợc phân chia đều về số lợng và chất lợng cho hai tế bào con. Sự biến thái NST (nhân đôi NST tạo thể tứ, phân ly cặp NST t ơng đồng tạo NST kép, Phân ly NST kép, tái tổ hợp cặp NST tơng đông) diễn ra trong 4 thời kỳ chính (kỳ đầu, kỳ giữa, kỳ sau và kỳ cuối). Trong kỳ cuối (telophase) ở thực vật,ớau khi các NST đã hình thành các cặp tơng đồng ở hai cực tế bào thì một phiến màng bào xuất hiện ở mặt phẳng xích đạo tế bào, lớn dần lên và nối liền với thành dọc của tế bào chủ thành hai tế bào con. Trong kỳ cuối nguyên phân ở tế bào động vật sau khi các NST đã hình thành cặp t- ơng đồng ở hai cực tế bào, màng sinh chất thắt dần lại ở mặt phẳng xích đạo tế bào chủ và tế bào chủ đứt ra thành hai tế bào con. Sự phân chia bào chất sau khi sự phân chia nhân diễn ra nhiều lần và kết quả có số lợng tế bào con 105 đúng bằng số nhân đợc hình thành trong tế bào chủ; hiện tợng này gọi là đa phân (multiple mitose)[ABC Biologie, 1967, tr. 903]. Giảm phân (meiose): là sự phân bào gồm hai lần phân chia tế bào từ một tế bào ban đầu (tế bào sinh dục nguyên thủy). Lần một là lần phân bào giảm nhiễm, cũng có 4 kỳ tơng tự nh ở nguyên phân. Tuy nhiên trong kỳ cuối không xảy ra sự phân ly cặp NST kép mà chỉ diễn ra sự phân ly cặp NST t ơng đồng. Mỗi tế bào con chỉ có những NST kép nguuồn gốc từ 1 trong 2 NST của cặp t- ơng đồng. Bộ NST (đơn bội) của chúng về chất lợng thông tin di truyền chỉ bằng nửa của bộ NST (lỡng bội) ở tế bào ban đầu. Lần phân bào thứ hai không có kỳ đầu và trong kỳ cuối là sự phân ly NST kép. Sau hai lần phân bào, từ một tế bào ban đầu đã hình thành 4 tế bào với bộ NST (đơn bội) bằng nửa bộ NST (lỡng bội) ở tế bào ban đầu cả về chất lợng thông tin di truyền lẫn về số lợng NST. Những tế bào đơn bội ngợc giói tính sau khi hợp nhất với nhau se cho tế bào lỡng bội giống nh tế bàop ban đầu về số lợng NST nhng có thể thay đổi về chất lợng thông tin di truyền. 5.1.5 Sự ung th 5.2 Các biến động của bộ gen Tái tổ hợp di truyền là hiện tợng tổ chức lại hệ gen cá thể để đảm bảo sự tồn tại của cá thể (bảo tồn cấu trúc hệ gen) và để cá thể phát triển thích ứng với các yếu tố môi trờng (đổi mới cấu trúc hệ gen). Tái tổ hợp nội phân (intramolecular recombination) là quá trình đó phụ thuộc các men. Các kiểu cách khác nhau gồm có: +Trao đổi chéo tơng đồng (homologous recombination): đòi hỏi sự tơng đồng giữa hai đoạn ADN (còn gọi là tái tổ hợp chung general recombination). +Trao đổi chéo đặc hiệu (site-specific recombination): xảy ra ở những vị trí đặc hiêu trên hai đoạn ADN và đòi hỏicác men tam gia nhận biết đợc vị trí đặc hiệu (đoạn ngắn) có thể xảy ra giữa hai đoạn bất kỳ không nhất thiết tơng đồng. +Sự chuyển chỗ các đoạn ADN (các transposon) liên quan đến các yếu tố có khả năng vận động (mobile genetic element) giữa hai vị trí tách ra và ghép vào trên một hay hai phân tử ADN. +Trao đổi chéo sai lệch (illegitimate recombination) liên quan đến sự thêm đoạn, mất đoạn hay nối sai các đoạn ADN với nhau trong quá trình tái bản hoặc trao đổi chéo không cân bằng (unequal crossing over) giữa các nhiễm sắc thể. Đột biến là tạo ra thông tin di truyền mới cho hệ gen (khác với tái tổ hợp). Tuy nhiên đột biến và tái tổi hợp thờng đi đôi với nhau. Ví dụ trao đổi chéo sai lệch hoặc di chuyển các yếu tố ADN (transposon) có khả năng di truyền có thể gây ra những đột biến làm thay đổi cấu trúc của gen. Ng ợc lại, tái tổ hợp là một trong những cơ chế sửa chữa ADN nhằm duy trì sự sống của tế bào khi xảy ra các đột biến nghiêm trọng. 106 5.2.1 Tái tổ hợp tơng đồng Tái tổ hợp chung ở Procaryota Trên vi khuẩn E. coli phức protein Rec-BCD (có hoạt tính nuclease và helicase) có khả năng tạo vết đứt trên sợi đơn ADN và giải phóng sợi này khỏi cấu trúc kép (cần ATP). Trao đổi chéo thờng đợc khởi động tại vị trí Chi (trình tự GCTGGTGG); cứ khoảng 5 kb lại có một vị trí nh vậy. Phức Rec-BCD nhận biết vị trí này và cắt liên kết bổ sung cách đấy khoảng 5 nucleotid về phía đấu 3 . Sau đó helicase t - ơng tác với ADN để mở xoắn tạo sợi đơn. Protein Rec-A nhận biết sợi đơn tạo phức nucleo-protein. Khi tìm thấy đoạn tơng đồng trên NST, phức này (Rec- AADN dạng đơn) mở xoắn và tạo liên kết bổ sung giữa sợi đơn của phức với một trong hai sợi đơn của NST. Trao đổi chéo sợi đơn giữa hai đoạn ADN tơng đồng ở Procaryota ở Eucaryota Quá trình tơng tự nhau ở virus, vi khuẩn và nấm và gồm các bớc chính: (1) Hai phân tử ADN bị bẻ gẫy, (2) Vị trí đứt gẫy nằm bất kỳ trên đoạn nucleotid tơng đồng, (3) trao đổi hai sợi đơn của hai phân tử ADN, (4) cắt nối mạch bổ sung giữa hai đoạn sợi đơn ADN để hoàn chỉnh hai phân tử ADN dị hợp kép (heteroduplex join). Trao đổi đoạn ADN ở Eucaryota Tại vị trí nối dị hợp có xảy ra lỗi tạo cặp base; Lỗi này đợc khắc phục nhờ cơ chế sửa chữa ADN. Nhóm protein RAD (trong đó có RAD51 rất tơng đồng với RecA của E. coli) tham gia trao đổi chéo ở Eucaryota đợc phân lập đầu tiên từ tế bào nấm không có khả năng sửa chữa ADN hoặc bị rối loạn phân bào nguyên phân. Sau đó các dạng tơng đồng với RAD51 tìm thấy ở ruồi giấm, chuột và ngời. Gen mã cho các dạng RAD51 đều đợc hoạt hóa khi ADN bị tổn thơng. 107 Gen DST1 (thuộc họ gen rad51) mã cho sản phẩm chỉ có vai trò trong mitose. Gen rad50 mã cho protein tơng tác với ADN (sửa chữa ADN bị đứt gẫy của tế bào soma nhng kích thích đứt gẫy ADN trong tế bào meiose). Gen rad52 mã cho protein RAD52 cần cho tái tổ hợp chung ở cả tế bào soma và tế bào sinh dục. Trao đổi đoạn mạch đơn ở Eucaryota Trao đổi gen do tái tổ hợp chung và do tổng hợp ADN có giới hạn Trao đổi gen do tái tổ hợp chung Trao đổi chéo đoạn NSTử (gen E) giữa hai NST tơng đồng Đoạn e không bổ sung với E, đ ợc cắt bỏ Đoạn E đợc dùng làm khuôn tổng hợp E Trao đổi gen do tổng hợp ADN có giới hạn Thay thế gen giữa hai NSTử của một NST do tổng hợp ADN có giới hạn Tái tổ hợp ADN ở vị trí đặc hiệu Phage Mu Tái tổ hợp đặc hiệu phát hiện lần đầu tiên ở E. coli. Khi xâm nhập tế bào chủ, men integrase của phage (thể thực khuẩn) và protein IHF của tế bào chủ liên kết với vị trí đặc biệt trên -ADN (của phage) và bám vào hệ gen của tế bào vi khuẩn. Lúc này xảy ra trao đổi chéo giữa hai genomee (phage và E. coli); Phage có thể ở dạng tiềm tan. 108 Tùy theo chiều sắp xếp của các vị trí đặc hiệu trên ADN mà trao đổi chéo đặc hiệu có thể diễn ra theo 3 cách khác nhau: +Trao đổi chéo đặc hiệu ngoại phân tử (intermolecular site-specific recombination): sự ghép vào hoặc tách ra giữa hai phân tử ADN (nh ghép - ADN vào genome của E. coli). Cơ chế tái tổ hợp đặc hiệu ở E. coli +Trao đổi chéo đặc hiệu nội phân tử (intramolecular site-specific recombination): giữa các đoạn nucleotid lặp lại cùng chiều hay ngợc chiều của một phân tử ADN. Ví dụ sự trao đổi chéo đặc hiệu tại vùng G (3000 bp) của phage Mu. Đoạn G (có 34 nucleotid lặp lại ngợc chiều ở hai đầu) có khả năng đổi chiều ngay tại vị trí của mình. Sự đổi chiều của G phụ thuộc hai đoạn lặp lại này và protein GIN (mã bởi gen gin). Trao đổi chéo giữa hai chuỗi lặp lại ngợc chiều gixL và gixR gây ra sự đổi chiều đoạn G. Do vậy hoạt động của các gen S và U bị thay thế bởi S và U . Sản phẩm của hai cặp gen này của Mu qui định giới hạn tế bào chủ E. coli. 5.2.2 Tái tổ hợp chuyên biệt Gen tái tổ hợp Ngày nay nhờ kỹ thuật tách dòng và tái tổ hợp ADN có thể thu đợc số lợng không hạn chế những đoạn ADN cần nghiên cứu, cần xác định trình tự nucleotid trên chúng hay cần phân lập và tách một gen bất kỳ ra khỏi genomee. Gen tái tổ hợp có thể mang những đột biến theo yêu cầu và đợc cấy vào phôi. Những gen tái tổ hợp hoạt động trong genomee của cá thể chuyển gen vào vật chủ và đợc di truyền cho các vật chủ thế hệ sau. 109 Ví dụ sự tách dòng và tái tổ hợp gen ngời; trong đó plasmid mang gen lạ đợc gọi là vector (cloning vector vật mang vô tính). Có nhiều loại vector khác nhau mang các đoạn ADN kích thớc khác nhau. Từ đó có thể tổng hợp những protein tơng ứng với số lợng theo ý muốn dẫn đến sản xuất hormon hay vaccine dễ dàng và hiệu quả hơn. Mặt khác vấn đề bảo tồn giống, tạo giống mới, chẩn đoán và điều trị bệnh truyền nhiễm, bệnh di truyền nh ung th hoặc AIDS có nhiều hứa hẹn khả quan. Kỹ thuật tách dòng gen ngời Kỹ thuật xác định trình tự nucleotid Phân cắt ADN bởi men giới hạn (restriction enzym) Kích thớc genome ở Eucaryota là rất lớn (10 5 -10 11 nucleotid). Để có thể cắt chính xác một gen (đoạn ADN) mong muốn nhất thiết có sự tham gia của men giới hạn (restriction enzym hay restriction nuclease). Chúng nhận biết vị trí đặc hiệu (gồm 4-8 nucleotid) trên ADN và cắt phân tử này thành những đoạn khác nhau: Men Hpd cắt thành các đoạn đầu bằng blunt ends Men EcoR cắt thành các đoạn đầu dính cohensive ends Mỗi đầu dính của ADN này có thể liên kết bổ sung với các đoạn đầu dính của ADN khác phân tử ADN tái tổ hợp 110 [...]... nghệ gen Phân ly các đoạn ADN Phân tử ADN tích điện âm sẽ dịch chuyển về cực dơng trong môi trờng điện một chiều Các phân tử ADN kích thớc khác nhau dịch chuyển đoạn đờng khác nhau do điện di ngang trên gel agarose hoặc điện di đứng trên gel polyacrylamid Các ADN lớn (10 5-107 cặp nucleotid) đợc điện di trong điện trờng đẩy pulsed-field ; Các ADN có kích th ớc 300-10.000 cặp nucleotid đợc phân ly trên... bình thờng ở thế hệ con-cái Sự nhân đôi và phân ly bình thờng của cặp NST: A b C a B c x2 AA bb CC aa BB cc 2 giao tử A b C và 2 giao tử a B c Sự nhân đôi và phân ly bất thờng của cặp NST nói trên: A b C a B c x2 AA bb CC aa BB cc giao tử A b C và 2 giao tử a B c Đồng thời xuất hiện mới 1 giao tử A b c và 1 giao tử a BC Số giao tử xuất hiện mới này (do trao đổi đoạn NST... có cấu trúc đa phần tử Mỗi phân tử protein gồm 100-30000 phần tử (dài nhất tới 0,1 micromet) nguồn gốc từ a amin Với 20 loại a amin đã tạo đợc vô vàn phân tử protein (đặc thù) khác nhau ở số lợng, số loại và trật tự các a amin làm cơ sở vật chất biểu hiện hàng nghìn tính trạng khác nhau của cơ thể sinh vật Tơng tự nh thế, với 4 loại nucleotit (A, T, G, X) cũng tạo đợc vô số phân tử ADN khác nhau (10000-25000... chất lu giữ thông tin về cấu trúc phân tử protein tơng ứng; đồng thời làm vật chất tham gia trực tiếp vào quá trình sinh sản (di truyền tính trạng) nhờ khả năng tự sao chép, tự điều chỉnh và tích lũy thông tin di truyền Quan niệm hiện đại xem sự phát sinh sự sống là quá trình tiến hóa các hợp chất của carbon dẫn tới sự hình thành hệ tơng tác (dạng mã hóa) giữa các phân tử protein và a nucleic có khả năng... phối hợp các men khác nhau để cắt cùng một phân tử ADN cho phép xác định chính xác trật tự các nucleotid của phân tử ADN đó Nh vậy, cuối cùng thiết lập đợc bản đồ giới hạn Lặp lại sử dụng các men khác và sự phối hợp cắt sẽ xác định trật tự các vị trí cắt và luận ra trình tự các nucleotid tơng ứng các vị trí cắt Kỹ thuật sử dụng các men giới hạn để cắt phân tử ADN giúp lập bản đồ giới hạn, so sánh cùng... region gắn với khả năng nhận biết kháng nguyên) Các kháng thể (Igs) có khả năng nhận biết 10 6-108 phân tử kháng nguyên khác nhau nhờ 2 yếu tố là sự đa dạng của các gen liên đới có sẵn (germline diversity) trong tế bào và sự tái tổ hợp đặc hiệu các gen đó (somatic diversity) tạo ra các gen mới Sự di truyền các cơ chế miễn nhiễm Sự tái tổ hợp phụ thuộc loại tế bào lympho trong cơ thể (tính đặc tr ng... lợng đoạn (gen) Loại Igs V IgH 86 30 9 IgL 76 - 5 52 0 7 IgH >1500 12 4 IgL >200 - 4 IgL Chuột J IgL Ngời D 2 - 4 5.3 Di truyền học tiến hóa 5.3.1 Di truyền học quần thể 5.3.2 Biến dị Thực chất sự biến dị Trong qua trình sinh sản và sinh trởng của mỗi cá thể đều di n ra quá trình phân bào hoặc nguyên nhiễm hoặc giảm nhiễm Môi trờng sống trong và ngoài cơ thể luôn biến động và đều tác động tới các... hởng tới giá trị kiểu hình mà biểu hiện cuối 123 cùng là tỷ lệ các cá thể cùng kiểu hình không giống nh khi quá trình di n ra theo quy luật di truyền các tính trạng Các dạng cánh biến dị Cánh bình thờng (trái) Các dạng cánh biến di (phải) Mắt đỏ bình thờng, các dạng mắt biến dị Có thể phân biệt 3 dạng biến dị là đột biến gen, đột biến NST và đột biến bộ NST: Đột biến gen: là kết quả do rối loạn quá trình... NST ban đầu nên khi giao tử của cá thể này kết hợp với NST t ơng đồng trong giao tử của cá thể ngợc giới tính sẽ đợc những cá thể con-cái có KG (cũng là KH) khác thờng Tỷ lệ tế bào sinh dục sơ khai khi giảm phân có xảy ra TĐĐ NST là cơ sở dẫn tới tỷ lệ KG và KH ở con cái Mỗi tế bào sdsk có TĐĐ NST sẽ cho 2 giao tử với NST có biến dị, nh vậy có f% tế bào sdsk sẽ cho 2f% giao tử với NST có biến dị 124... trái đất Tiến hóa phân tử hay tiến hóa hóa học Quá trình tiến hóa phân tử Cách đây hơn 4,7 tỷ năm trớc, trong điều kiện tự nhiên lúc bấy giờ đã ngẫu nhiên xuất hiện những hợp chất hữu cơ từ những chất vô cơ Khí quyển nguyên thủy của Quả đất đã tồn tại các khí CH4, NH3, (CN 2), CO và H 2O Các chất này dới tác động của những nguồn năng lợng tự nhiên (bức xạ nhiệt từ Mặt trời, tia tử ngoại, sự phóng . Chơng 5 di truyền học phát triển cá thể và di truyền học tiến hóa 5.1 di truyền học phát triển cá thể 5.1.1 Các đối tợng mô hình nghiên cứu di truyền học phát triển cá thể Dựa. Sự phân chia nhân lớn (macronucleus) ở trùng tơ cũng di n ra theo kiểu trực phân. Trực phân di n ra ở tế bào hoặc nhân bào sinh dục tất nhiên là hiện tợng bệnh lý. Nguyên phân (mitose phân. trong sinh sản (di truyền) di n ra ở tế bào hay cơ thể sinh vật. Trớc hết chúng ta sơ bộ khảo sát chu trình của một tế bào: Các sự kiện chính di n ra trong chu kỳ tế bào M: phân kỳ G 1 : gian