skkn xây dựng công thức xác định tỉ lệ kiểu hình đồng hợp lặn ở thế hệ con trong các phép lai hai cặp tính trạng trội lặn hoàn toàn có hoán vị gen

A – ĐẶT VẤN ĐỀ

Một thực tế đã và đang tồn tại trong việc dạy, học, thi đối vớibộ môn Sinh học là thời lượng chính dành cho việc dạy và học bộmôn ở trên lớp đang còn quá ít, trong khi đó quá trình thi, kiểm tra,đánh giá thì thường đòi hỏi rất cao, yêu cầu học sinh không chỉ nhớ,hiểu, mà còn phải biết vận dụng kiến thức để giải quyết nhiều tìnhhuống đặt ra, đặc biệt là những tình huống liên quan đến di truyền.Trong các dạng bài tập di truyền thì bài tập di truyền dạng hoán vịgen thường được sử dụng đưa vào trong các đề thi như đề thi tuyểnsinh đại học, cao đẳng qua các năm, đề thi học sinh giỏi qua cácnăm Trên thực tế, việc hướng dẫn học sinh giải các bài tập ditruyền dạng hoán vị gen thường gặp rất nhiều khó khăn, nhất lànhững bài tập dữ kiện đề bài cho rất ít, đề bài chưa cho biết tỷ lệkiểu hình đồng hợp lặn ở thế hệ sau Những bài tập dạng như thếnày thường gây không ít khó khăn cho cả người dạy và người học,giáo viên thì lúng túng trong việc tìm cách giải cho học sinh dễhiểu, học sinh thì lúng túng, khó hiểu nên thường không giải được,hoặc giải được nhưng phải mất rất nhiều thời gian Để khắc phụchiện trạng này, trong quá trình giảng dạy bộ môn tôi đã luôn để tâmtìm kiếm những phương pháp giải đơn giản, dễ hiểu, dễ áp dụng màhiệu quả lại nhanh và chính xác nhằm giúp học sinh có thể giải cácbài tập di truyền hoán vị gen một cách hứng thú, nhanh gọn, chính

xác Vì vậy tôi đã quyết định lựa chọn đề tài Xây dựng công thứcxác định tỷ lệ kiểu hình đồng hợp lặn ở thế hệ con trong cácphép lai hai cặp tính trạng trội lặn hoàn toàn có hoán vị gen.B – GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1 Cơ sở lý luận của vấn đề.

Khái niệm hoán vị gen: Các gen trên cùng nhiễm sắc thể(NST) có thể đổi chỗ cho nhau do sự trao đổi chéo giữa các cromatittrong quá trình giảm phân tạo nên hiện tượng di truyền hoán vị gen.

Tần số hoán vị gen (f) được tính bằng tỷ lệ phần trăm các giaotử mang gen hoán vị trên tổng số giao tử được sinh ra.

Tần số hoán vị gen thể hiện lực liên kết giữa các gen khôngalen trên cùng NST Tần số hoán vị gen càng cao thì lực liên kết

càng nhỏ, tần số hoán vị gen càng nhỏ thì lực liên kết càng lớn Xuhướng chủ yếu của các gen là liên kết, vì vậy f  50% (dấu bằngchỉ xảy ra khi tất cả các tế bào đều xảy ra hoán vị gen).

Tần số hoán vị gen thể hiện khoảng cách tương đối giữa cácgen, vì vậy nó được ứng dụng để lập bản đồ di truyền (bản đồ gen)là một bản đồ chỉ ra vị trí xắp xếp tương đối giữa các gen dựa trêntần số hoán vị gen.

Hoán vị gen là hiện tượng di truyền lần đầu tiên đượcMoocgan phát hiện trên đối tượng ruồi giấm, sau đó người ta nhậnthấy hiện tượng di truyền này gặp ở hầu hết các loài sinh vật Trênđối tượng ruồi giấm, hoán vị gen chỉ xảy ra ở ruồi giấm cái Ở cácđối tượng khác, hoán vị gen có thể xảy ra ở giới đực hoặc cả haigiới.

Hoán vị gen chủ yếu xảy ra tại kỳ đầu giảm phân lần 1, nhưngđôi khi nó cũng diễn ra trong quá trình nguyên phân.

2 Thực trạng của vấn đề

Giải các bài tập hoán vị gen trong trường hợp chưa cho biết tỷlệ của thể đồng hợp lặn là một trong những dạng bài tập khó đối vớihọc sinh.

Ví dụ: Khi cho ruồi giấm thân xám, cánh dài dị hợp tử về haicặp gen giao phối với nhau, kết quả ở thế hệ lai thu được 60% ruồithân xám, cánh dài Hãy xác định tần số hoán vị gen?

Để giải loại bài tập dạng như thế này, hiện nay giáo viênthường hướng dẫn học sinh giải theo phương pháp đặt ẩn phụ, cáchgiải này tốn rất nhiều thời gian và công sức mà học sinh lại khóhiểu Trong khi đó những năm gần đây trong các đề thi cấp quốcgia (thi tốt nghiệp, thi đại học, cao đẳng và trung học chuyênnghiệp), thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh hầu như đều có những bàitoán về di truyền hoán vị gen Vì vậy, trong quá trình giảng dạy bộmôn Sinh học, tôi đã luôn luôn tìm tòi những phương pháp giảinhanh, đơn giản, dễ hiểu, hiệu quả cao, chính xác để giúp các emhọc sinh có thể giải nhanh, chính xác các bài tập di truyền hoán vịgen Những bài tập khó như trên có thể trở nên rất đơn giản nếu nhưchúng ta tìm được cách để tìm ra được tỷ lệ của kiểu hình đồng hợplặn và giải theo tỷ lệ kiểu hình đồng hợp lặn.

3 Giải pháp và tổ chức thực hiện 3.1 Xây dựng công thức

Trường hợp 1: Bố mẹ đều có kiểu gen dị hợp tử đều ( ABab ),trội lặn hoàn toàn, hoán vị gen xảy ra ở cả hai bên với tần số khácnhau, một bên là f1, một bên là f2:

P: Trội, trội x Trội, trội ABabABabG: AB = ab = 12f1

AB = ab = 12f2 Ab = aB = f1/2 Ab = aB = f2/2

21 f1

21 f1

trội, trội

21 f1

trội, trộif1/2 Ab 2

trội, trội

trội, lặn

trội, lặnf1/2 aB 2

trội, trội

trội, trội

lặn, trội

21 f1

ab 12f1

lặn, trội

21 f1

lặn, lặnTừ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội = 14 (3 – f1 – f2 + f1f2).Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn = 14 ( f1 + f2 - f1f2)Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội = 14 ( f1 + f2 - f1f2)Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = 41 (1 – f1 – f2 + f1f2)Từ đây ta có:

Đây chính là trường hợp khái quát thứ nhất, bởi vì 0 ≤ f1, f2 ≤50% Khi một trong hai tần số hoán vị f1, f2 nhận giá trị bằng 0 thìđó chính là trường hợp hoán vị xảy ra ở một bên, hoặc f1 = f2 thì đâylà trường hợp tần số hoán vị gen xảy ra ở hai bên với tần số bằngnhau thì các công thức trên vẫn đúng.

Trường hợp 2: Bố mẹ đều có kiểu gen dị hợp tử lệch ( aBAb ),trội lặn hoàn toàn, hoán vị gen xảy ra ở cả hai bên với tần số khácnhau, một bên là f1, một bên là f2:

P: Trội, trội x Trội, trội aBAbaBAbG: Ab = aB = 12f1

Ab = aB = 12f2 AB = ab = f1/2 AB = ab = f2/2F:

♀ ♂ f2/2 AB 12f2

Ab 12f2

aB f2/2 abf1/2 AB 4

trội, trội

trội, trội

21 f1

trội, trội

21 f1

trội, lặn

21 f1

trội, lặn

21 f1

trội, trội

21 f1

trội, trội

21 f1

lặn, trộif1/2 ab

ABabtrội, trội

lặn, trội

lặn, lặnTừ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội = 14 (2 + f1f2).Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn = 14 (1–f1f2) Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội =14 (1–f1f2)Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = f14f2

Từ đây ta có:

Đây chính là trường hợp khái quát thứ hai, bởi vì 0 ≤ f1, f2 ≤50% Khi một trong hai tần số hoán vị f1, f2 nhận giá trị bằng 0 thìđó chính là trường hợp hoán vị xảy ra ở một bên, hoặc f1 = f2 thì đâylà trường hợp tần số hoán vị gen xảy ra ở hai bên với tần số bằngnhau thì các công thức trên vẫn đúng.

Trường hợp 3 Một bên dị hợp tử đều ABab , một bên dị hợp tử lệch

, trội lặn hoàn toàn, hoán vị gen xảy ra ở hai bên với tần số f1 vàf2.

P: Trội, trội x Trội, trội ABabaBAbG: AB = ab = 12f1

Ab = aB = 12f2 Ab = aB = f1/2 AB = ab = f2/2F:

AB f22

trội, trội

21 f1

trội, trội

21 f1

trội,

trộif1/2 Ab 4

trội, trội

trội, lặnf1/2 aB 4

lặn, trội

lặn, trội

21 f1

ab f22

trội, trội

21 f1

trội, lặn

21 f1

lặn, lặnTừ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội = 14 (2 + f2 – f1f2)Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn = 14 (1 – f2 + f1f2 ) Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội = 14 (1 – f2 + f1f2 ) Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = f22

.12f1Từ đây ta có:

Đây chính là trường hợp khái quát thứ ba, bởi vì 0 ≤ f1, f2 ≤50% Khi một trong hai tần số hoán vị f1, f2 nhận giá trị bằng 0 thìđó chính là trường hợp hoán vị xảy ra ở một bên, hoặc f1 = f2 thì đâylà trường hợp tần số hoán vị gen xảy ra ở hai bên với tần số bằngnhau thì các công thức trên vẫn đúng.

Trường hợp 4: Trường hợp khái quát cho hai cặp gen qui

định hai cặp tính trạng, trội lặn hoàn toàn cùng nằm trên NST giớitính X không có alen tương ứng trên Y Thể đồng hợp XX mang

gen dị hợp tử đều XABXab có xảy ra hoán vị gen với tần số f, thể dịhợp mang gen trội XABY.

P: trội, trội x trội, trội XABXab XABY

XAB = Xab = 12f XAB = Y = 1/2XAb = XaB = f/2 F:

21 f

.12f XABXAB

Trội, trội

f2 XABXAb

Trội, trội

2f XABXaB

Trội, trội

.12f XABXab

Trội, trội

Y 12 12f XABYTrội, trội

f2 XAbYTrội, lặn

2f XaBYLặn, trội

.12f XabYLặn, lặnTừ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội = 34fTỷ lệ kiểu hình trội, lặn = f4Tỷ lệ kiểu hình lặn, trội = f4Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = 14fTừ đây ta có:

Trường hợp 5: Trường hợp khái quát cho hai cặp gen qui

định hai cặp tính trạng, trội lặn hoàn toàn cùng nằm trên NST giớitính X không có alen tương ứng trên Y Thể đồng hợp XX manggen dị hợp tử lệch XAbXaB có xảy ra hoán vị gen với tần số f, thể dịhợp mang gen trội XABY.

P: trội, trội x trội, trội XAbXaB XABY

XAb = XaB = 12f XAB = Y = 1/2XAB = Xab = f/2

21 f

f2 XABXAB

Trội, trội

.12f XABXAb

Trội, trội

.12f XABXaB

Trội, trội

f2 XABXab

Trội, trội

Y 12 f2 XABYTrội, trội

.12f XAbYTrội, lặn

.12f XaBYLặn, trội

f2 XabYLặn, lặnTừ bảng trên ta có:

Tỷ lệ kiểu hình trội, trội = 2 f4Tỷ lệ kiểu hình trội, lặn = 14fTỷ lệ kiểu hình lặn, trội = 14fTỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = f4Từ đây ta có:

Công thức khái quát: Trong các trường hợp bố, mẹ đem lai

dị hợp tử về hai cặp gen qui định hai cặp tính trạng tương phản trộilặn hoàn toàn thì ở thế hệ lai ta luôn có:

Tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn = 41 - tỷ lệ kiểu hình lặn, trội

Như vậy trong các trường hợp đề bài chưa cho biết tỷ lệ kiểuhình lặn, lặn mà mới chỉ biết tỷ lệ kiểu hình trội, trội hoặc trội, lặnhoặc lặn, trội ta đều có thể đưa về tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn để giảiquyết vấn đề của bài toán theo kiểu đã biết tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn.

Đối với một bài tập di truyền hoán vị gen sẽ trở nên đơn giảnkhi ta biết được tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn Từ tỷ lệ kiểu hình lặn, lặn tacó thể tính được tần số hoán vị gen, xác định được kiểu gen của bố,mẹ, viết được sơ đồ lai, xác định được tỷ lệ phân li kiểu hình và tỷlệ phân li kiểu gen.

3.2 Một số ví dụ vận dụng.

Ví dụ 1: Ở ruồi giấm, gen A qui định thân xám trội hoàn toàn

so với alen a qui định thân đen Gen B qui định cánh dài trội hoàn toàn so với alen b qui định cánh cụt Cho ruồi giấm thân xám, cánh dài dị hợp tử lai với nhau thu được thế hệ lai có 60% ruồi giấm thân xám, cánh dài Hãy xác định kiểu gen của ruồi giấm đem lai và tần số hoán vị gen.

Cách giải thông thườngCách giải vận dụng

Ta có tỷ lệ ruồi giấm thân xám, cánh dài = 60%= 0,60 ≠ 9/16 của phần li độc lập và 0,60≠ 0,75 của liên kết hoàn toàn  đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen

Gọi AB = ab = x; Ab = aB = y.Ta có x + y = 0,5 (1)

Xét trường hợp ruồi giấm đực có kiểu gen dịhợp tử đều ABab , ta có thế hệ lai:

Ta có tỷ lệ ruồi giấmthân xám, cánh dài =60%= 0,60 ≠ 9/16 của phần li độc lập và 0,60≠ 0,75 của liên kết hoàn toàn đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen Tỷ lệ kiểu hình đen, cụt = 60% - 50% = 10%  ♀ab = 10%/50% = 0,2 < 0,25  ♀ab là giao tử hoán vị  Ruồi giấm cái đem lai có kiểu gen

Xét trường hợp ruồi giấm đực có kiểu gen dịhợp tử lệch aBAb

Ta có thế hệ lai: ♀

♂

0,5Ab 0,5x

0,5aB 0,5x

Từ bảng trên ta có: x + y = 0,6 (3)

Hệ phương trình (1) và (3) vô nghiệm  trường hợp ruồi đực dị hợp tử lệch không xảy ra.

, ruồi đực đem lai có kiểu gen ABab f = 0,2.2.100% = 40%

Ví dụ 2: Ở ruồi giấm, gen A qui định thân xám trội hoàn toàn

so với alen a qui định thân đen Gen B qui định cánh dài trội hoàn toàn so với alen b qui định cánh cụt Cho ruồi giấm thân xám, cánh dài dị hợp lai với nhau thu được thế hệ lai có 10% ruồi giấm thân xám, cánh cụt Hãy xác định kiểu gen của ruồi giấm đem lai và t n ần s hoán v gen.ố hoán vị gen.ị gen.

Cách giải thông thườngCách giải vận dụng

Ta có tỷ lệ ruồi giấm thân xám, cánh cụt= 10%= 0,1≠ 0,1875 của phân li độc lậpvà 0,1 ≠ 0,25 của liên kết hoàn toàn 

Ta có tỷ lệ ruồi giấm thân xám, cánh cụt = 10%= 0,1≠ 0,1875 của

đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen Gọi AB = ab = x; Ab = aB = y.

AB 0,5x ABab 0,5y

AB 0,5xabab 0,5y AbabXám, cụt

Từ bảng trên ta có: 0,5y = 0,1  y = 0,2 thay vào (1)

 x = 0,3 > 0,25  AB là giao tử mang gen liên kết  kiểu gen của ruồi giấm cái là ABab

f = 0,2.2.100% = 40%

Trường hợp ruồi giấm đực có kiểu gen dị hợp tử lệch aBAb không thỏa mãn.

phân li độc lập và 0,1 ≠ 0,25 của liên kết hoàn toàn  đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen Tỷ lệ đen, cụt = 0,25 – 0,1 = 0,15 ♀ab =

= 0,3 > 0,25  ♀ab là giao tử liên kết  Ruồi giấm đem lai đều có kiểu gen ABab

 f = (1 - 0,3.2).100% =40%

Ví dụ 3 Ở ruồi giấm, gen A qui định mắt đỏ là trội hoàn toàn

so với alen a qui định mắt trắng Gen B qui định cánh bình thườngtrội hoàn toàn so với alen b qui định cánh xẻ Cả hai gen này đềunằm trên NST giới tính X Cho ruồi giấm mắt đỏ, cánh bình thườnglai với nhau thu được thế hệ lai có ruồi giấm mắt đỏ, cánh bìnhthường chiếm tỷ lệ 55% Hãy xác định kiểu gen và tần số hoán vịgen?

Cách giải thông thườngCách giải vận dụng

Ta có tỷ lệ ruồi giấm mắt đỏ, cánh bình thường = 55%= 0,55≠ 9/16 của phân li độc lập và 0,55≠ 0,75 của liên kết hoàn toàn  đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen

Gọi XAB = Xab = x; XAb = XaB = y x + y = 0,5 (1)

Ruồi giấm đực mắt đỏ, cánh bình thường có kiểu gen: XABY cho 2 loại giao tử với tỷ lệ bằng nhau: XAB = Y = 0,5

Ta có các kiểu tổ hợp ở thế hệ lai: ♀

♂ X

0,5XAB 0,5xXABXAB

0,5Y 0,5xXABY

0,5yXaBYTừ bảng trên ta có tỷ lệ ruồi giấm mắt đỏ, cánh bình thường là: 1,5x + y = 0,55(2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được:0,5x = 0,05  x = 0,1 < 0,25  XAB là giao tử mang gen hoán vị  Kiểu gen của ruồi giấm cái đem lai là: XAbXaB.

f= 0,1.2.100% = 20%.

Ta có tỷ lệ ruồi giấm mắtđỏ, cánh bình thường = 55%= 0,55≠ 9/16 của phân li độc lập và 0,55≠ 0,75 của liên kết hoàn toàn  đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen Tỷ lệ mắt trắng, cánh xẻ = 0,55 - 0,5 = 0,05 ♀Xab= 0,05/0,5 = 0,1< 0,25  ♀ Xab là giao tử hoán vị  Ruồi giấm đem lai có kiểu gen XAbXaB x XABY

 f = 0,1.2.100% = 20%

Ví dụ 4: Ở một loài thực vật, gen A qui định cây cao trội hoàn

toàn so với alen a qui định cây thấp, gen B qui định quả đỏ trội hoàntoàn so với alen b qui định quả vàng Cho cây cao, quả đỏ giao phấnvới nhau thu được thế hệ lai có 54% cây cao, quả đỏ Hãy xác định kiểu gen và tần số hoán vị gen? Biết rằng quá trình giảm phân tạo giao tử cái và giao tử đực là giống nhau.

Cách giải thông thườngCách giải vận dụng

Ta có tỷ lệ cây cao, quả đỏ = 54%= 0,54 ≠ 9/16 của di truyền phân li độc lập và 0,54≠ 0,75 của di truyền liên kết hoàn toàn  đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen

Gọi AB = ab = x; Ab = aB = y.Ta có x + y = 0,5  y = 0,5 – x (1)Ta có thế hệ sau:

yAb xy

Ab y2

yaB xy

aB y2

Từ bảng trên ta có:

3x2 + 4xy + 2y2 = 0,54 (2)Thay (1) vào (2) ta có:

3x2 + 4x(0,5 - x) + 2(0,5 - x)2 = 0,54 x2 = 0,54 – 0,5 = 0,04  x = 0,2 < 0,25  AB là giao tử mang gen hoán vị  Kiểu gen của hai cơ thể đem lai là dị hợp tử lệch: aBAb

f = 0,2.2.100% = 40%

Ta có tỷ lệ cây cao, quả đỏ =54%= 0,54 ≠ 9/16 của di truyền phân li độc lập và 0,54≠ 0,75 của di truyền liênkết hoàn toàn  đây là tỷ lệ của qui luật hoán vị gen Tỷ lệ cây thấp, quả vàng = 54% - 50% = 4%  ab = 0,2< 0,25  ab là giao tử hoán vị  Kiểu gen của cả hai cơ thể đem lai là aBAb

 f = 0,2.2.100% = 40%

Ví dụ 5: Câu 10 đề thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh năm học

2011 – 2012

Cho 2 cá thể ruồi giấm có kiểu hình thân xám, cánh dài giao phối với nhau, thu được F1 có 4 loại kiểu hình, trong đó ruồi giấm thân đen, cánh dài chiếm tỷ lệ 4,5%.

a) Giải thích và viết sơ đồ lai từ P  F1.

b) Tính xác suất xuất hiện ruồi đực F1 mang kiểu hình lặn ít nhất về 1 trong 2 tính trạng trên.

Quy ước: Gen A quy định thân xám, alen a quy định thân đen.

Gen B quy định cánh dài, alen a quy định cánh cụt.- Mặt khác, F1 có 4 loại kiểu hình nên kiểu gen của P là ABab giao tử ♀ aB x ♂ab = 4,5% Vì ruồi giấm đực không xảy ra trao đổi chéo nên tỷ lệ giao tử aB của cơ thể cái thế hệ P là: aB = 450,5=0,09  Tần số hoán vị gen f= 2.0,09.100% = 18%.

Sơ đồ lai:

P: ♀ ABab x ♂ ABab

G: AB = ab =0,41 AB = ab = 0,5 Ab = aB = 0,09

F1: Lập bảng ta có tỷ lệ kiểu gen và kiểu hình

0,41 AB 0,41 ab 0,09Ab 0,09aB