bài giảng di truyền học

Điều kiện ngoại cảnh không đồng nhất và thường xuyên thay đổi là nguyên nhân chính làm cho các loài biến đổi dần dần và liên tục, những biến đổi nhỏ được tích lũy qua thời gian dài và tạ

GV: ThS Lê Nhã Uyên

Bộ môn Sinh học Trường Đại học Nha Trang

- Vì sao cần nghiên cứu di truyền học?

1 Gần gũi nhưng đầy bí ẩn với con người.

2 Các cơ chế di truyền liên quan và phục vụ đời sống

con người.

3 Liên quan đến nhiều cơ chế căn bản của sự sống.

4 Phát triển nhanh nên luôn mới và hứa hẹn có nhiều

ứng dụng rộng lớn trong tương lai.

- Di truyền học là một môn sinh học, nghiên cứu về tính di truyền và biến

dị ở các sinh vật.

- Kể từ thời tiền sử, đã biết ứng dụng

để tăng sản lượng cây trồng và vật nuôi, thông qua quá trình sinh sản chọn lọc hay chọn lọc nhân tạo.

CÁC NGUYÊN TẮC NGHIÊN CỨU SINH HỌC

1.Nguyên tắc thứ nhất : Các kiến thức sinh học phải nằm

trong hệ thống các kiến thức về sự tiến hóa của thế giới

sinh vật.

2.Nguyên tắc thứ hai: Tế bào là đơn vị nghiên cứu của sinh học.

3.Nguyên tắc thứ ba : Sự tương quan thống nhất giữa cấu trúc và chức năng biểu hiện ở tất cả các mức tổ chức khác nhau.

4.Nguyên tắc thứ tư : Tất cả các sinh vật đều có các thành phần cấu tạo vật lý và hóa học và toàn bộ các quá trình sống đều tuân theo các quy luật vật lí và hóa học.

5.Nguyên tắc thứ năm: Các sinh vật phải thu nhận năng

lượng và vật liệu để duy trì cấu trúc đặc thù, rồi thải

phế phẩm ra ngoài.

6 Nguyên tắc thứ sáu: Bộ gen chứa thông tin di truyền

chi phối mọi biểu hiện sống.

7 Nguyên tắc thứ bảy: Nghiên cứu sinh học phải đặt

trong tiến trình của sự phát triển cá thể.

8.Nguyên tắc thứ tám : Các sinh vật thường xuyên thu nhận nhiều tín hiệu thông tin, chúng xử lí và có phản ứng đáp lại.

Một dạng của biểu hiện này là mối liên hệ ngược back): khi một chất đươc tổng hợp dư thừa Nó sẽ ức chế các enzyme đầu chuỗi phản ứng tổng hợp ra nó dừng lại.

(feed-9.Nguyên tắc thứ chín : Sự thừa kế của các quá trình sinh học Nguyên tắc này nằm trong hệ thống các kiến thức về tiến hóa.

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN

HỌC

1.Phương pháp lai

Đây là phương pháp đặc thù của di truyền học.

Phương pháp lai giữa các cá thể và theo dõi sự phân li qua nhiều

thế hệ nối tiếp nhau do Gr Mendel nêu ra.

2 Phương pháp toán học

Nhờ Mendel sử dụng phương pháp tính số lượng để đánh giá

kết quả lai, nên ngay từ khi ra đời đi truyền học đã trở thành

khoa học chính xác.

 Đây là phương pháp không thay thể được trong nghiên cứu di

truyền số lượng và thường biến.

4 Phương pháp vật lý và hóa học: dùng kính hiển vi

quang học và điện tử để quan sát hình thái nhiễm sắc thể.

Nghiên cứu thành phần hóa học, cấu trúc của DNA, đòi hỏi các phương pháp sắc ký và nhiễu xạ tia X…

5.Kĩ thuật di truyền

Kĩ thuật tái tổ hợp DNA là thành tựu của di truyền học.

Đồng thời nó trở thành công cụ quan trọng không những góp

phần đi sâu vào các cơ chế di truyền, mà cả nhiều quá trình

sinh học rất khó nghiên cứu trước đây.

 Phương pháp này có vai trò cách mạng hóa đối với sinh học

1.Di truyền học và chọn giống

- Di truyền học là cơ sở khoa học của chọn giống.

- Kiến thức di truyền học là cơ sở để xây dựng các phương pháp lai tạo và cải thiện giống, phương pháp chọn lọc, tạo vật liệu ban đầu.

2.Di truyền học và y học

- Nhờ những thành tựu mới của kĩ thuật di truyền, vào cuối

năm 1989 Mĩ đã chấp nhận đầu tư 3 tỉ USD cho chương trình

xác định toàn bộ trình tự nucleotide của bộ gen người.

- James Watson là người được chọn để lấy DNA phân tích

nên vấn đề có tên gọi là “DNA của James”.

- Năm 1992, con người đã tạo dòng được 2375 gen hoạt động

ở bộ não của người.

- Từ đó đã bắt đầu bước ngoặt lớn trong nghiên cứu các chất điều khiển trí thông minh.

- Cuối năm 1995, con người đã thực hiện bước nhảy ngoạn mục:nắm bắt được 87.983 gen, trong đó có 67.679 gen hoạt động ở bộ não của người.

- Hiện nay, các chất điều khiển trí thông minh đang được thử nghiệm.

3.Di truyền học và tin học

Sự hòa hợp của hai lĩnh vực hàng đầu là Sinh học và Tin học ở

ngay những năm cuối này , đánh dấu đỉnh cao của khoa học,

được coi như “cuộc ráp nối của thế kỉ”.

a)Xác định toàn bộ trình tự các nucleotide của nhiều bộ gen.

b)Thí nghiệm sinh học trên máy điện toán.

c)Biến đổi chất lượng protein

4.Sự liên quan với các ngành khoa học xã hội.

a)“Đạo lí sinh học” (Bioethics) b) Nhiều vấn đề mới đặt ra.

thông tin về tất cả các quá

trình sống: sinh trưởng, sinh

sản, phát triển, tiến hoá và các

phản ứng thích nghi

Biểu hiện ở sự sai khác giữa các thế hệ và giữa các cá thể trong cùng 1 thế hệ Tạo ra sự đa dạng nhưng trong một khuôn khổ nhất định

3 nhân tố tiến hoá (Darwin)

Biến dị: tạo sự đa dạng cung cấp nguyên liệu cho tiến hoá

Di truyền: duy trì các đặc tính

Chọn lọc tự nhiên: định hướng phát triển các dạng sinh vật

Charles Robert Darwin 1809-1882

Học thuyết Lamarck (1744-1829):

1 Tiến hóa không đơn thuần là sự biến đổi mà là sự phát

triển có tính kế thừa lịch sử

2 Điều kiện ngoại cảnh không đồng nhất và thường xuyên

thay đổi là nguyên nhân chính làm cho các loài biến đổi

dần dần và liên tục, những biến đổi nhỏ được tích lũy

qua thời gian dài và tạo nên những biến đổi sâu sắc trên

CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CƠ BẢN CỦA DI TRUYỀN HỌC

Giai đoạn trước Mendel

Biết chọn lọc, thuần hoá

và lai các giống cây trồng và vật nuôi

Chưa hiểu biết về các qui luật di truyền

Ví dụ: Học thuyết của Lamarck và Darwin

Giai đoạn sau Mendel

Là người đầu tiên phát hiện

ra các qui luật di truyền

Đã chứng minh sự di truyền các tính trạng có tính gián đoạn được chi phối bởi các nhân tố di truyền (gen)

Tuy nhiên, di truyền học hiện đại tìm hiểu về quá trình di

truyền, chỉ được ra đời vào giữa thế kỷ 19 với những công

trình của Gregor Mendel.

Dù không hiểu nhiều về nền tảng vật chất của tính di

truyền, Mendel vẫn nhận biết được rằng sinh vật thừa kế

những tính trạng theo một cách riêng rẽ - mà trong đó

những đơn vị cơ bản của di truyền được gọi là gen.

1838 Học thuyết tế bào ra đời – T.Schwann

1865 Các thí nghiệm lai thực vật – Mendel

1883-84 Thuyết di truyền nhân tế bào – B.Roux…

1883 Thuật ngữ nhiễm sắc thể ra đời – V.Valdeier1884-87 Phát hiện sự phân li của nhiễm sắc thể - L.Geixer

1887 Mô tả giảm phân – V.Flemming

1900 Phát minh lại qui luật di truyền Mendel – 3 nhà khoa học

1870 Mô tả nguyên phân ở thực vật – E.Strasburger

1875 Mô tả nguyên phân ở động vật – E.van Beneden1879-82 Mô tả sự hợp nhân khi thụ tinh ở động vật- V.Flemming

1883-84 Mô tả sự hợp nhân khi thụ tinh ở thực vật - O.Hertving

Di truyền học đi sâu vào các vấn đề cơ bản của tự tồn

tại và lưu truyền sự sống nên nó giữ một vị trí quan

trọng đặc biệt, có người ví "Di truyền học là trái tim

của Sinh học”.

Vì không ít thì nhiều nó liên quan và chi phối bất kì

lĩnh vực nào của sinh học, từ các cơ chế phân tử của

sự sống cho đến sự tiến hóa của toàn bộ thế giới sinh

vật trên hành tinh của chúng ta.

Các quy luật di truyền

của Mendel

Mendel: 1822-1884

o1856-1863: Làm những thí

nghiệm công phu trên đậu Hà

lan

o1865: Trình bày kết quả tại

Hiệp hội khoa học tự

nhiên(Bruno)

o1866: Kết quả được công bố

trên tập san của hiệp hội và gửi

cho các cơ quan khoa học trên

thế giới

oThế giới khoa học lúc đó chưa

công nhận điều quan trọng của

Nghiên cứu độc lập và cùng phát hiện ra qui luật di truyền Mendel

Được coi là năm ra đời của Di truyền học

Mendel: Ông tổ của ngành di truyền học

Vườn thực nghiệm của Mendel

1 Đối tượng nghiên cứu: Đậu Hà lan ( Pisum sativum )

Ưu điểm:

Rất dễ trồng khoảng cách giữa các thế hệ ngắn Tạo ra số lượng con cháu lớn.

Các tính trạng của chúng hoàn toàn khác

biệt nhau

Có khả năng tự thụ phấn và có thể kiểm soát sự thụ phấn

Là cơ thể lưỡng bội và sinh sản hữu tính

carpel stamen

Đậu Hà lan ( Pisum sativum )

3 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Gene là đơn vị chứa thông tin di truyền của các tính trạng

Mỗi một gen có một vị trí nhất định trên nhiễm sắc thể

Allele: Các trạng thái khác nhau của một gen.

ví dụ: hình dạng hạt có 2 allele là trơn và nhăn.

Một allele có thể là trội, lặn hoặc đồng trội, và

có thể ảnh hưởng đến một số gen ở ngay cạnh

Kiểu hình (Phenotype): Là biểu hiện của tính

 Heterozygous (dị hợp tử)

 Dominant (tính trội)

 Recessive (tính lặn)

 Genotype (kiểu gen)

 Phenotype (kiểu hình)

4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Theo dõi riêng từng cặp tính trạng qua nhiều thế hệ nối tiếp

nhau

Đánh giá khách quan và tính số lượng chính xác

Vật liệu thuần chủng và biết rõ nguồn gốc

Dùng toán học thống kê để phân tích các kêt quả thu được

QUI LUẬT DI TRUYỀN CỦA MENDEL :

Qui luật đồng nhất của thế hệ con lai thứ nhất hay qui luật tính trội Qui luật phân li tính trạng Qui luật phân li độc lập

LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY

Lai đơn tính là quá trình lai trong đó cha mẹ khác nhau theo một cặp tính trạng

LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY

Tính trạng trội

Tính trạng lặn

Mendel cho lai giữa hai dòng thuần chủng khác nhau về

một cặp tính trạng tương phản thì tất cả các cá thể ở thế hệ F1

đều giống nhau và giống với một trong hai cá thể bố mẹ

Mendel gọi tính trạng xuất hiện ở F1 là tính trạng trội và

tính trạng không biểu hiện ở thế hệ này là tính trạng lặn

LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY

Tiếp tục cho các cây F1 (tất cả đều có hoa đỏ) tự thụ phấn, ở thế hệ tiếp theo (F2) cả hai thứ hoa đỏ và hoa trắng đều xuất hiện: 705 cây hoa đỏ và 224 cây hoa trắng Tính trạng lặn đã xuất hiện trở lại ở thế hệ F2 với tỉ lệ xấp xỉ 1/4

LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY

Trait Studied Dominant Form Recessive Form F 2 Dominant-to- Recessive Ratio

inflated 6,022 yellow 2,001 green

Định luật I Mendel- Qui luật phân ly hay giao tử thuần khiết

Mỗi cá thể có hai nhân tố di truyền cho mỗi tính trạng, trong quá trình thành lập giao tử hai nhân tố này phân ly về hai giao tử khác nhau nên mỗi giao tử chỉ có một nhân tố Khi các giao tử phối hợp nhau trong thụ tinh, cặp nhân tố được khôi phục lại trong hợp tử

LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY

Ý nghĩa

Trong sản xuất nông nghiệp do thế hệ F2bị phân ly, ưu thế

lai giảm nên không dùng F2làm giống.

Phân ly các tính trạng khác nhau, có điều kiện chọn cá thể

có tính trạng mong muốn để làm giống và làm vật liệu

khởi đầu cho công tác chọn tạo giống

Điều kiện nghiệm đúng quy luật 1 và 2

Khi giảm nhiễm tạo thành giao tử, các giao tử mang gen trội và gen lặn được tạo thành như nhau

Khi thụ tinh tạo thành hợp tử, các giao tử phải được kết hợp với nhau theo cùng một xác suất

Các hợp tử và cá thể được tạo thành sau thụ tinh phải có sức sống như nhau

Sự phát triển của các tính trạng không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh

Thí nghiệm có số cá thể lớn, lặp lại nhiều lần

GIẢI THÍCH SỰ PHÂN LY NST THEO QUAN ĐIỂM CỦA MENDEL

Homozygous dominant parent Homozygous recessive parent

A

A

A

A A A

A A A A

a a

a a a a

a a a a

meiosis II

meiosis I

(chromosomes duplicated before meiosis)

HIỆN TƯỢNG TRỘI KHÔNG HOÀN TOÀN Trội không hoàn toàn:

Cá thể dị hợp tử sẽ có kiểu hình trung gian giữa 2 kiểu hình đồng hợp tử của bố và mẹ

rr: hoa màu trắng Cây hoa phấn

Mirabilis jalapa

HIỆN TƯỢNG ĐỒNG TRỘI

Hiện tượng đồng trội:

2 allele biểu hiện độc lập nhau

trong cơ thể dị hợp tử Kiểu hình

khác với thể đồng hợp và không

phải là kiểu hình trung gian

Sự khác nhau giữa phương thức trội không hoàn toàn và đồng

trội với trội hoàn toàn:

•Thế hệ F1 của một phép lai đơn tính giữa hai cá thể bố mẹ

thuần chủng sẽ có kiểu hình khác với bố mẹ.

•Tỉ lệ kiểu hình ở F2 là 1:2:1 (giống với tỉ lệ kiểu gen) thay vì 3:1.

Nhóm II: Trên màng hồng cầu chỉ có kháng nguyên A, không có B, trong huyết tương chỉ có kháng thể β, không có α- Nhóm máu A Nhóm III: Trên màng hồng cầu chỉ có kháng nguyên B, không có A, trong huyết tương chỉ có kháng thể α, không có β- Nhóm máu B Nhóm IV: Trên màng hồng cầu có cả A và B, trong huyết tương không

có cả kháng thể α và β- Nhóm máu AB

TRONG TRUYỀN MÁU

Lethal Alleles- Alleles gây chết ở động vật (e.g.

“Hairless” Allele in Dogs)

Lethal in the homozygous state, HH.

HH = lethal (does not survive past the

embryonic stage of development)

Hairless × Hairless

Note: modification

of Mendelian ratio

to 2:1 (2/3 hairless:1/3 hairy)

Agouti (chuột lang) (yy)

Yellow (Yy) Yellow mouse

A Lethal Allele in Mice (Y)

LAI HAI VÀ NHIỀU CẶP TÍNH TRẠNG- QUI LUẬT PHÂN LI ĐỘC LẬP

Lai đậu thuần chủng hạt vàng tròn với hạt xanh nhăn

Nội dung định luật phân li độc lập và tổ hợp tự do

LAI HAI VÀ NHIỀU CẶP TÍNH TRẠNG- QUI LUẬT PHÂN LI ĐỘC LẬP

Khi có 2 hoặc nhiều gen trong một phép lai thì trong quá trình thành lập giao tử, các alen của một gen này sẽ di truyền độc lập với các alen của những gen khác

AB AB

Aabb white- flowered

dwarf parent (homozygous recessive)

F1 OUTCOME: All F1 plants purple-flowered, tall

1/16 1/16 1/16 1/16

ADDING UP THE F2 COMBINATIONS POSSIBLE:

9/16 or 9 purple-flowered, tall

AABB

purple-Flowered tall parent

(homoygous dominant) SỰ SỰ PHÂN PHÂN LY LY NST NST THEO THEO QUAN QUAN ĐIỂM ĐIỂM CỦA CỦA MENDEL MENDEL

 Điều kiện nghiệm đúng quy luật 3

Như quy luật 1,2 :

Khi giảm nhiễm tạo thành giao tử, các giao tử mang gen

trội và gen lặn được tạo thành như nhau

Khi thụ tinh tạo thành hợp tử, các giao tử phải được kết

hợp với nhau theo cùng một xác suất

Các hợp tử và cá thể được tạo thành sau thụ tinh phải có

sức sống như nhau

Sự phát triển của các tính trạng không phụ thuộc vào điều

kiện ngoại cảnh

Thí nghiệm có số cá thể lớn, lặp lại nhiều lần

Mỗi cặp gen nằm trên cặp nhiễm sắc thể tương đồng

khác nhau.

Ý nghĩa

Tạo ra nhiều kiểu gen khác nhau, mỗi kiểu gen dưới tác động của môi trường sẽ tạo ra kiểu hình khác nhau

Có điều kiện chọn những cá thể lai có nhiều đặc tính tốt theo ý muốn để làm giống và làm vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống

Lai đa tính và công thức tổng quát để dự đoán trong

di truyền

Các số liệu cần tính Kiểu lai

1 cặp tính trạng

2 cặp tính trạng

n cặp tính trạng

Số giao tử được tạo thành

LAI ĐA TÍNH VÀ CÔNG THỨC PHÂN TÍNH CHUNG

Nguyên lý: Xác suất để cho các sự kiện độc lập xảy ra đồng thời sẽ bằng tích số các xác suất của từng sự kiện được biểu hiện riêng rẽ Ứng dụng: Tính số giao tử, số kiểu tổ hợp, số kiểu gen, số kiểu hình, tỉ lệ kiểu gen, tỉ lệ kiểu hình trong một phép lai đa tính

Ví dụ: Trong một phép lai với 3 cặp tính trạng: màu hoa, màu hạt và dạng hạt, chúng ta muốn tìm xem tỉ lệ của các cây ở F2 (được tạo ra khi cho các cây F1 dị hợp về ba cặp alen lai với nhau) có kiểu hình hoa đỏ, hạt vàng, nhăn là bao nhiêu? Chúng ta đã biết trong từng phép lai đơn tính: tỉ lệ hoa

đỏ là 3/4, hạt vàng là 3/4, hạt nhăn là 1/4 Nhân ba tỉ lệ nầy với nhau, ta sẽ được tỉ lệ của kiểu hình hoa đỏ, hạt vàng, nhăn ở F2 là 3/4 x 3/4 x 3/4 = 9/64

- Cả hai giới đều tham gia như nhau vào việc truyền đạt các

dấu hiệu di truyền.

- Các gen có cặp ở trong tế bào cơ thể, đơn độc trong tế

bào sinh dục.

- Ở các con lai một có nguồn gốc từ bố, một có nguồn gốc

từ mẹ, có thể là trội hoặc lặn.

- Việc tìm ra các quy luật Mendel không những có ý nghĩa

TƯƠNG TÁC GEN

Các allele khác nhau của cùng một gen có thể tác động qua lại : Trội

không hoàn toàn

Các gen khác nhau cũng có thể tương tác với nhau: Tương tác gen

Phần lớn các đặc điểm hình thái, sinh hoá đều được kiểm soát bởi

nhiều gen

Ví dụ: Quá trình đường phân gồm nhiều bước, mỗi bước đòi hỏi 1

enzyme, mỗi enzyme được tổng hợp bởi một gen chuyên biệt

Các allele của mỗi gen riêng lẻ

có biểu hiện kiểu hình riêng, khi hai hoặc nhiều gen cùng hiện diện chung sẽ tạo kiểu hình mới.

Trong tương tác bổ trợ không thể nào xác định được tác động của từng gen dựa trên cơ sở biểu hiện của kiểu hình

P RRpp x rrPP hoa hồng hạt đậu F1 RrPp x RrPp

hồ đào hồ đào F2 9 R - P - 3 R - pp 3 rr P - 1 rrpp

hồ đào hoa hồng hạt đậu đơn

cc: Chuột bạch tạng

Gen 2:

B: gây ra sự tích tụ melanin- chuột

có màu lông đen b: Sự tích tụ một lượng nhỏ melanin- chuột có màu lông nâu

Cả B và b đều không tạo ra sự tích tụ melanin nếu không có C

Qua thí nghiệm ta thấy:

Càng nhiều gen trội trong kiểu gen thì tính trạng càng

được biểu hiện ở mức độ cao hơn, do tác động của

chúng được tích luỹ lại (Di truyền cộng tính)

Số gen tham gia hoạt động trùng hợp càng lớn thì

biên độ biến thiên của tính trạng càng rộng và tạo

thành dãy biến thiên liên tục về kiểu hình, F2phân ly

thành càng nhiều nhóm kiểu hình theo mức độ biểu

hiện tính trạng.

Ý nghĩa

Trong chọn giống, các tính trạng số lượng năng suất, phẩm chất, tính chống chịu thường rất được quan tâm là kết quả hoạt động của các poligen.

Sử dụng hiệu ứng cộng để tạo ra thế hệ con có các đặc điểm tốt hơn bố mẹ gọi là ưu thế lai

Hai hoặc nhiều gen cùng tác

động với nhau tạo nên một

tính trạng

Ví dụ: chiều cao, màu da, chỉ số

IQ của người

Màu sắc hạt lúa mì

Màu sắc của lông chó

Gene Interaction Between Two Loci Affecting a

4 Tính đa hiệu của gen

Là hiện tương một gen có

thể tác động đến nhiều

tính trạng

ở đậu Hà lan: 1 gen ảnh hưởng

đến màu hoa và cả màu của vỏ

hạt Hoa đỏ hạt xám, còn hoa

trắng hạt trắng

Sai hỏng gen của bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm ở người gây một loạt các triệu trứng khác:

25% sai hỏng cấu trúc tim bẩm sinh 9% biến dạng cơ xương

4% gây ra hệ thần kinh trung ương bất thường

4% sai hỏng đường tiết niệu hay thận 5% sai hỏng đường tiêu hoá

NHỮNG PHỨC TẠP TRONG BIỂU HIỆN CỦA GEN

1 Gen biến đổi:

Các gen xác định có tính trạng hay không có tính trạng

được gọi là các gen căn bản hay gen nền Gen biến đổi

(modifier gene) là gen không có biểu hiện kiểu hình

riêng nhưng ảnh hưởng đến sự biểu hiện kiểu hình của

các gen căn bản khác.

Ví dụ: Ở bò, lông đều do gen trội S, lông có đốm do gen

lặn ss Bò có đốm hay không đốm là do các gen căn bản

xác định Nhưng ở bò có đốm, đốm ít hay nhiều là do tác

động của các gen biến đổi Số đốm ở lông chó cũng có sự

biểu hiện tương tự: đốm nhiều hay ít do tác động của

gen biến đổi

NHỮNG PHỨC TẠP TRONG BIỂU HIỆN CỦA GEN

2 Các tính trạng bị giới hạn bởi giới tính:

Có những tính trạng mà gen của chúng chỉ biểu hiện ở một giới tính được gọi là gen bị giới hạn bởi giới tính

Ở đại gia súc có sừng số lượng sữa và lượng mỡ trong sữa được biểu hiện ở giống cái

Ở gà trống cũng vậy, chúng mang các gen đẻ trứng nhiều hay ít, lớn hay nhỏ nhưng không có biểu hiện

Nhiều gen ở người cũng có sự biểu hiện bị giới hạn bởi giới tính như gen tạo sữa không biểu hiện ở nam giới hay gen mọc râu hầu như không biểu hiện ở nữ giới.

Ở người, hói đầu do gen Baldness- B xác định Kiểu gen dị hợp tử Bb

có biểu hiện trội ở đàn ông, nhưng ở nữ có biểu hiện lặn Điều này giải thích vì sao ít có phụ nữ hói đầu.

NHỮNG TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG

Tác động của môi trường

Environmental Effects on Gene Expression

A temperature-sensitive allele, himalayan, is expressed only at temperatures below 20oC.

MỘT SỐ TÍNH TRẠNG CỦA NGƯỜI DI TRUYỀN

THEO CÁC QUI LUẬT MENDEL

MÀU MẮT

Khả năng uốn lưỡi Một gen tạo khả năng uốn lưỡi tròn (phải), một gen trội thứ 2 cho phép gập ngược (tỉ lệ 1/1000 người- trái)

Khả năng khớp ngón cái ngược ra sau được hay không, tóc mọc thành đỉnh nhọn ở trán, nhiều tàn nhang, lúm đồng tiền trên gò

má, bệnh bạch tạng hoặc dái tai ở người (có thể thòng hay

liền-DI TRUYỀN HỌC NHIỄM SẮC THỂ

1 Sự xác định giới tính

2 Di truyền liên kết với giới tính

3 Di truyền liên kết gen

1 SỰ XÁC ĐỊNH GIỚI TÍNH Nhiễm sắc thể (NST) thường (autosome): ♀, ♂ giống nhau NST giới tính (sex chromosome): ♀, ♂ khác nhau, giữ vai trò cơ bản trong việc xác định giới tính của sinh vật

Tuỳ từng sinh vật ♀: XX hoặc XY và ♂: XY hoặc XX Người 2n= 46 (23 cặp) 22 cặp thường và 1 cặp NST gi ới tính (♀: XX, ♂ XY) Ruồi dấm 2n = 8 (4 cặp): 3 cặp thường và 1 cặp giới tính (♀: XX, ♂: XY) Tất cả các tế bào của một loài nói chung có số lượng NST

cố định đặc trưng cho loài đó.

NST X

NST Y

Có mang nhiều gen Mang một ít gen hoặc không mang gen

Hệ thống XY (giới cái là XX và giới đực là XY) là đặc điểm của nhiều loài động

one pair of duplicated chromosomes

Bộ NST của người

Sự xác định giới tính ở người

X

XX XY

XX XY

Y X

x x

Sự di truyền liên kết giới tính được phát hiện vào năm 1910 bởi nhà di truyền học người

Mỹ là Thomas Hunt Morgan

Ruồi dấm:

Drosophila melanogaster

Là một ruồi nhỏ, thân xám trắng, mắt đỏ.

Ưu điểm:

Chu trình sống ngắn: 10 ngày, 25℃ Từ 1 cặp ruồi bình thường đẻ

ra khoảng 100 ruồi con Các tính trạng biểu hiện rõ ràng:

mắt trắng- w: white.

Dễ nuôi trên môi trường nhân tạo,

ít choán chỗ trong phòng thí nghiệm

và dễ lai giữa chúng với nhau

Bộ NST lưỡng bội có 8 chiếc, 6A và

XX (♀) và XY (♂)

Có NST khổng lồ

Nhiễm sắc thể khổng lồ ở

ruồi dấm

Thí nghiệm của Morgan

Gen qui định màu mắt nằm trên NST X

F1 có sự di truyền chéo, dấu hiệu mắt trắng của mẹ truyền cho ruồi

đực con, còn mắt đỏ của cha truyền cho ruồi cái con

a Các gen liên kết với NST giới tính X

1/4 1/2

ở nữ (gen tổng hợp protein cần cho sự đông máu nằm trên NST X)

Sự di truyền chéo thể hiện rõ: ông ngoại truyền gen mầm bệnh cho mẹ, mẹ truyền bệnh cho con trai.

Cho đến nay, có ít nhất 50 bệnh và 200 dấu hiệu di truyền gắn với NST X của người đã được biết

Sự di truyền màu lông ở mèo có sự liên kết với NST giới tính X, nên mèo tam thể chỉ có ở mèo cái

b Các gen liên kết với NST giới tính Y

NST Y thường chứa ít gen, nhưng nếu có thì được

truyền theodòng đực

Sự hiện diện của NST Y và đoạn gen trên đó xác định

tính nam Đoạn này nằm ở vùng chuyên hoá của NST Y.

Ví dụ: Ở loài cá Lebistes, NST Y mang gen xác định các

đốm sắc tố trên lưng Gen này nằm trên NST Y Kiểu

hình này được truyền từ cá cha cho cá con đực và cá cái

không có biểu hiện của tính trạng này

- Ý nghĩa di truyền các tính trạng LK giới tính

Chọn cá thể đực cái theo mục đích, khi ta liên kết được gen chỉ thị thể hiện ở những giai đoạn sớm của đời sống cá thể

3 DI TRUYỀN LIÊN KẾT

Mỗi NST mang nhiều gen

Các gen nằm trên cùng NST sẽ

cùng di truyền với nhau gọi là sự

di truyền liên kết (NST thường

hoặc giới tính).

Các gen cùng di truyền với

nhau được xếp vào nhóm gọi là

nhóm liên kết Nhóm liên kết

gen tối đa bằng số cặp NST

2n=8, số nhóm liên kết gen tối

- Các gen trên một NST liên kết hoàn toàn với nhau

trong quá trình di truyền tạo thành nhóm gen liên kết

- Số nhóm gen liên kết nhỏ hơn hoặc bằng số cặp nhiễm

sắc thể tương đồng

- Sự di truyền tuân theo học thuyết của Morgan

VD: Thân xám, cánh dài x thân đen cánh ngắn

+ Các gen liên kết hoàn toàn thì đi theo nhiễm sắc thể

trong quá trình di truyền

+ Phân ly ở F2thu được tỷ lệ 3 : 1

Ý nghĩa của liên kết gen

Các gen trên cùng NST tạo nên nhóm liên kết, di truyền

ổn định qua các thế hệ

Các gen có lợi trên cùng NST tổ hợp thành nhóm liên kết

liên kết không hoàn toàn

Xảy ra ở kỳ đầu lần phân bào I của quá trình giảm phân

Kết quả sự phân ly ở Fbvà F2phụ thuộc vào khoảng cách của các gen bắt chéo

Kiểu dị hợp tử theo hai gen liên kết có hai trạng thái

sắp xếp các gen trên đôi nhiễm sắc thể tương đồng

Trạng thái liên kết

P AB x ab F1 AB

AB ab ab

Các giao tử F1

AB, ab: Kiểu liên kết

Ab, aB: Kiểu tái tổ hợp

Trạng thái đẩy

P Ab x aB F1 aB

Ab aB Ab

Các giao tử F1

AB, ab: Kiểu tái tổ hợp

Ab, aB: Kiểu liên kết

Ví dụ: Thí nghiệm của Morgan khi lai phân tích đối với

- Thân đen, cánh dài: 8,5%

- Tần số kiểu tái tổ hợp luôn luôn nhỏ hơn tần số các kiểu liên kết (< 50%)

- Xác định phương thức của tính trạng di truyền dựa vào Fbvà F2

* Ví dụ 1: Lai phân tích kiểu dị hợp tử AB/ab x ab/ab thu được kết quả như sau:

K.hình AB Ab aB ab T số

Số liệu t/n 191 37 36 203 467 Giả thiết 116,75 116,75 116,75 116,75 467 Các gen di truyền độc lập (1:1:1:1)

- Kết quả thực nghiệm sai khác rất rõ so với giả thiết di

truyền độc lập => các gen A, B di truyền liên kết

+ Hai kiểu liên kết AB và ab có tần số lơn hơn (84,37%)

+ Hai kiểu tái tổ hợp có tần số nhỏ hơn (16,63%)

* Ví dụ 2: Kết quả phân ly ở F2cho ta số liệu sau

K hình AB Ab aB ab TS

S.L t/n 187 35 37 31 290

Gt các 163,125 54,375 54,375 18,125 290

gen di truyền độc lập (9: 3: 3: 1)

Kết quả thực nghiệm không tương ứng với tỷ lệ 9 : 3 : 3

: 1, như vậy các gen trên di truyền liên kết.

4.1.3 Xác định tần số trao đổi chéo

 Dựa vào kết quả lai phân tích

KH ở Fb AB Ab aB ab TS

SL cá thể a1 a2 a3 a4 n

- Trường hợp dị hợp tử F1thuộc trạng thái liên kết

Trạng thái

đẩy 1/2 rf 1/2 (1 - rf) 1/2 (1 - rf) 1/2 rf

1

1% TĐC = 1 đơn vị Morganit hoặc 1 centi Morgan(CM)

TSTĐC thể hiện lực liên kết giữa các gen trên NST và khoảng cách tương đối giữa các gen trên NST

TSTĐC thường ≤ 50% vì xu hướng liên kết gen là chủ yếu

Dựa vào tần số trao đổi chéo ở Fb, F2ta có thể xác định được thứ tự sắp xếp và khoảng cách của các gen trên nhiễm sắc thể => vẽ bản đồ di truyền

Hiện tượng tái tổ hợp

1 Tái tổ hợp và trao đổi chéo

-Tái tổ hợp: khi các gen liên kết

không hoàn toàn, xuất hiện các dạng

giao tử mới không giống cha mẹ do

- Hai alen trội cùng một phía trên

NST gọi là vị trí cis(AB/ab), 2 alen

trội nằm trên 2 NST gọi là vị trí trans

(Ab/aB).

Trao đổi chéo giữa các chromatid Sự tạo thành các dạng tái tổ hợp

Sự trao đổi các đoạn NST tạo các dạng tái tổ hợp

BẢN ĐỒ NHIỄM SẮC THỂ Là sơ đồ sắp xếp một cách tương đối về vị trí, khoảng cách theo trật tự đường thẳng của các gen trên nhiễm sắc thể của tế bào.

Các nhóm gen liên kết được đánh số theo thứ tự phát hiện ra chúng

BẢN CHẤT CỦA VẬT CHẤT DI TRUYỀN

1 Những tiêu chuẩn của vật chất di truyền

Phải chứa đựng thông tin ở dạng bền vững cần thiết cho việc cấu tạo, hoạt động và sinh sản của tế bào

Phải được sao chép một cách chính xác để thông tin di truyền của thế hệ sau giống như thế hệ trước

Thông tin chứa đựng trong vật chất di truyền phải được

sử dụng để sinh ra những phân tử cần cho cấu trúc và hoạt động của tế bào

Vật chất di truyền phải có khả năng bị biến đổi

DNA được khám phá ra năm 1869 do Johann

Freidrich Miescher, một nhà hoá sinh thụy sỹ làm việc

ở Đức

Tách được nhân từ tế bào mủ của vết thương lấy ở

dải băng buộc vết thương bỏ đi (đó thực chất là tế bào

bạch cầu)

Nhân tế bào này chứa một hỗn hợp chất phospho lạ

thường và ông đặt tên là nuclein.

Nuclein: DNA và protein NST

2 SỰ KHÁM PHÁ RA NUCLEIC ACID

Streptococcus pneumoniae

phế cầu khuẩn gây bệnh sưng phổi

Thí nghiệm chứng minh DNA là vật chất di truyền của vi khuẩn

3 DNA LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA VI KHUẨN

Một chủng đột biến: không có vỏ capsule, khuẩn lạc gồ ghề rough (R), không có khả năng gây bệnh

Dạng hoang dã: tế bào hình cầu, có vỏ nhầy capsule bao quanh Những tế bào này có kich thước lớn, khuẩn lạc màu lấp lánh, nhẵn trơn, gọi là chủng smooth (S) Những tế bào này rất độc và có khả năng gây chết một con chuột tùy thuộc vào liều lượng gây nhiễm

Streptococcus pneumoniae

Thí nghiệm của Griffith

Tiêm chủng S sống gây bệnh cho chuột → chuột chết.

Tiêm chủng R sống không gây bệnh → chuột sống

Tiêm chủng vi khuẩn S bị đun chết bằng nhiệt cho chuột

→ chuột sống

Hỗn hợp vi khuẩn S bị đun chết trộn với chủng vi khuẩn R

còn sống đem tiêm cho chuột → chuột chết Phân tích máu

của chuột chết phát hiện trong máu của những con chuột đã

chết có cả chủng R và tế bào chủng S sống

Thí nghiệm của Griffith

Thí nghiệm của Griffith

Vi khuẩn S không thể tự sống

lại được sau khi bị đun chết,

nhưng có một nhân tố nào đó

chuột chết, nhân tố này được

gọi là nhân tố gây biến nạp và

hiện tượng này gọi là hiện

tượng biến nạp

Thêm vào dung dịch chủng S đã đun nóng enzyme protease

hoặc enzyme RNase + dịch chứa tế bào chủng R còn sống và

tiêm vào chuột thí nghiệm

Kết quả: Các chuột bị tiêm đều bị bệnh và chết.

Chứng tỏ protein và RNA không phải là tác nhân gây biến

nạp.

Thêm vào dung dịch chủng S đã đun nóng enzyme DNase +

dịch chứa tế bào chủng R còn sống và tiêm vào chuột

Kết quả: Chuột vẫn sống bình thường.

DNA là nhân tố biến nạp (hay vật chất di truyền của

Staphylococcus pneumoniae là DNA).

Thí nghiệm của T.Avery, Mc Leod và Mc.

Những công cụ phân tích mà Avery và các cộng sự

đã sử dụng:

Ultracentrifugation (máy siêu ly tâm):

Ly tâm vật chất biến nạp với tốc độ cao để ước lượng kích thước chất biến nạp Vật chất biến nạp lắng đọng xuống đáy ống ly tâm rất nhanh, điều này chứng tỏ rằng trọng lượng phân tử lớn, đây cũng là đặc điểm của DNA

Máy điện di- Electrophoresis:

Họ đặt chất biến nạp vào một trường điện từ và quan sát khả năng di chuyển nhanh như thế nào Họ nhận thấy rằng vật chất di truyền di chuyển rất linh động, điều này cũng phù hợp với đặc điểm của phân tử DNA là tỉ lệ ái lực/trọng lượng lớn.

Ultraviolet absorption spectrophotometry: (quang phổ

hấp phụ)

Ở kỹ thuật này họ đặt dung dịch chứa chất biến nạp vào một

máy quang phổ kế và quan sát loại ánh sáng nào mà nó hấp

thụ cao nhất Kết quả hấp thụ quang phổ này cũng phù hợp

với DNA Ánh sáng mà chất biến nạp hấp thụ cực mạnh có

bước sóng khoảng 260nm, ngược lại protein hấp thụ cực

đại ở bước sóng 280nm

Elementary chemical analysis: (phân tích các nhân tố hóa

học)

Tỷ lệ trung bình của Nitrogen/phosphorus là 1.67, điều này

phù hợp với cấu trúc của DNA giàu cả 2 nguyên tố N và P,

nhưng mà tỉ lệ này thấp hơn ở phân tử protein Phân tử

protein là giàu N nhưng mà nghèo P, thậm chí nếu dung

dich DNA bị nhiễm một ít protein thì tỉ lệ này cũng cao.

Biến nạp là quá trình làm cho đoạn DNA mang gen hình thành vỏ nhầy từ tế bào dạng S đã chết, xâm nhập vào tế bào dạng R sống Kết quả tái tổ hợp DNA của tế bào chủng S với tế bào chủng R làm cho

tế bào chủng R có gen hình thành vỏ nhầy Capsule và độc tố gây bệnh làm cho chuột bị chết

Biến nạp không chỉ với tính trạng gây bệnh mà còn nhiều tính trạng khác như tính đề kháng kháng thuốc hay tổng hợp các chất khác nhau.

- Biến nạp còn thể hiện ở nhiều loại vi khuẩn khác

nhau, và cả ở sinh vật eukaryote: nấm men, tế bào

thực vật, tế bào chuột và cả tế bào người, thậm chí

có thể thực hiện biến nạp giữa các loài khác nhau

rất xa trong hệ thống phân loại.

- Do đó, biến nạp được coi như là một phương tiện

chung để chuyển gen giữa các sinh vật khác nhau.

Virus hay siêu vi khuẩn hay siêu vi trùng, là một vật thể nhỏ xâm nhiễm vào

cơ thể sống

4 DNA LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA VIRUS

Virus có tính kí sinh nội bào bắt buộc: chúng chỉ có thể sinh sản bằng cách xâm chiếm tế bào khác vì chúng thiếu bộ máy ở mức tế bào để tự sinh sản

Virus thường chỉ các vật thể xâm nhiễm sinh vật nhân chuẩn(sinh vật đa bào hay đơn bào)

Thực khuẩn thể (bacteriophage hay phage) được dùng để

chỉ các vật thể xâm nhiễmsinh vật nhân sơ( vi khuẩn hoặc vi khuẩn cổ ).

4 DNA LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA VIRUS

Cấu trúc của virus phage T2:

DNA được bao bởi vỏ protein

hay lipoprotein

Vòng lây nhiễm của phage

Gắn chất phóng xạ lên DNA và protein:

Vì DNA chứa nhiều phospho nhưng không có lưu

huỳnh sulfur, còn protein chứa sulfur nhưng không chứa

phospho, nên có thể phân biệt giữa DNA và protein nhờ

đồng vị phóng xạ P và S

Phage được nuôi trên vi khuẩn đã mọc trên môi

trường chứa các đồng vị phóng xạ P 32 và đồng vị phóng xạ

S 35

S 35 gắn vào protein và P 32 vào DNA của phage

Phage nhiễm phóng xạ này được tách ra và đem nhiễm

vào các vi khuẩn không phóng xạ

THÍ NGHIỆM CỦA HERSHEY VÀ CHASE Cho phage nhiễm trong một khoảng thời gian đủ để

bám vào vách tế bào vi khuẩn và bơm chất nào đó vào trong tế bào

Dung dịch được lắc mạnh và li tâm để tách rời tế bào

vi khuẩn khỏi phần phage bám bên ngoài vách tế bào.

Phân tích phần nằm ngoài vi khuẩn cho thấy nó chứa nhiều S 35 80% nhưng rất ít P 32 , chứng tỏ phần lớn protein vỏ của phage nằm ngoài tế bào vi khuẩn.

Phân tích phần trong tế bào vi khuẩn thấy chúng chứa nhiều P 32 70% nhưng rất ít S 35 , chứng tỏ DNA được bơm vào trong tế bào

Kết luận: Vật chất di truyền của phage T2 là DNA

5 DNA LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỂN CỦA TẾ BÀO EUKARYOTE

Khi DNA được cho vào môi trường nuôi cấy tế bào

eukaryote, nucelic acid đi vào tế bào, một trong số chúng

sản xuất ra protein mới- transfection

Ví dụ sự tổng hợp thymidine kinase

Những thí nghiệm như vậy không những chỉ ra rằng DNA là

vật chất di truyền của tê bào eukaryote, mà DNA còn có thể

được chuyển vào các tế bào ở các loài khác nhau mà vẫn duy

trì chức năng của DNA đó

6 RNA LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA VIRUS

Mỗi một virus riêng biệt

bản thân nó đều có chứa

Nhưng khi virus xâm nhập

vào tế bào chủ, chúng lại trở

thành một vật thể sống

Tế bào chủ bắt đầu tổng hợp những protein virus Sau đó gene của virus sẽ sao chép và những gene mới được hình thành, cùng với vỏ protein chúng tạo thành những virus hoàn chỉnh

Một số thực khuẩn thể- phage, virus thực vật và virus động vật (HIV, the AIDS virus) và tất cả các viroids đều có gene là RNA.

Trong một số trường hợp gene RNA của virus là chuỗi đôi, nhưng thông thường là mạch đơn

Phân tử RNA và protein của 2 chủng A và B được tách ra bằng phương pháp hoá sinh

RNA của chủng A + vỏ protein chủng B= virus hỗn hợp có khả năng gây bệnh đốm thuốc lá và kiểu gen cũng như kiểu hình của virus mới được hình thành này giống hệt chủng A

Khi virus hỗn hợp mang RNA của kiểu B và vỏ protein

Thí nghiệm của H.Fracnkel- Corat và B.Singer- 1957

Là bằng chứng chứng tỏ vật chất di truyền của virus đốm thuốc lá là RNA

Kết luận: Gene được cấu tạo từ nucleic acid, bình thường

là DNA nhưng trong một số hệ thống di truyền đơn giản

như là virus thì gene là RNA.

virus particle labeled with35 S virus particlelabeled with32 P

bacterial cell (cutaway view)

label outside cell label inside cell

Nucleic acid, vật chất mang thông tin di truyền của các

hệ thống sống, là một polymer hình thành từ các

monomer là nucleotide.

Acid nucleic gồm 2 loại phân tử:

DNA: acid deoxyribonucleic

RNA: acid Ribonucleic

ACID NUCLEIC

Mỗi nucleotide gồm có 3 thành phần:

Phân tử đường pentose Một base nitrogenous (A, T, C, G) Gốc phosphate

1 Nucleotides và polynucleotides

Đường pentose: một phân tử đường có 5 nguyên tử Carbon- C được đánh số 1’, 2’, 3’, 4’, 5’

OH gắn vào vòng C ở vị trí 2’ (DNA) Hydrogen –H gắn vào 2’C (RNA)

Base nitrogenous: gồm 2 nhóm

Purine: Adenine và guanine

Pyrimidine: Thymine, Cytosine, Uracil.

Gốc phosphate: Có sự liên kết của 1, 2 hoặc 3 nhóm

phosphate gắn vào 5’C của phân tử đường Các base được gắn với phân tử đường bởi liên kết bazo nito

glycosidic giữa 1’C của phân tử đường với nguyên tử N ở vị trí

1 của pyrimidine hoặc vị trí 9 của purine

A, C, G, T

Nucleoside: Đường + Base

Nucleotide: Nucleoside + phosphate (1, 2 hoặc 3 nhóm)

Chỉ có nucleoside triphosphate là hoạt động như cơ chất để

tổng hợp DNA

Tên đầy đủ của 4 nucleotides để tổng hợp DNA

2-deoxyadenosine 5-triphosphate (dATP)

2-deoxycytidine 5-triphosphate (dCTP)

2-deoxyguanosine 5-triphosphate (dGTP)

2-deoxythymidine 5-triphosphate (dTTP)

phosphate group

Những nucleotide riêng lẻ liên kết với nhau bằng liên kết

phosphodiester giữa 5’C của nucleotide này với 3’C cua

nucleotide khác

Sự hình thành chuỗi polynucleotides

Đầu 5’ P

Đầu 3’ OH

Tất cả DNA có hướng tổng hợp 5’ 3’

A polynucleotide chain

consists of a series of 5'-3'

sugar-phosphate links that

form a backbone from

which the bases protrude.

RNA có cấu trúc tương tự như DNA, chỉ khác nhau ở phân tử đường và Thymine thay bằng Uracil.

4 nucleotide để tổng hợp RNA:

adenosine 5-triphosphate (ATP) cytidine 5-triphosphate (CTP) guanosine 5-triphosphate (GTP) uridine 5-triphosphate (UTP) Trình tự RNA: A, C, G, U

Giống như DNA, RNA polynucleotides chứa liên kết 3’-5’

phosphodiester, nhưng liên kết này ít ổn định so với phân tử DNA bởi vì nó ảnh hưởng gián tiếp đến nhóm OH ở vị trí 2’ của phân tử đường

Tính đặc hiệu của nucleotide do base, nên khi nói đến

nucleic acid, base thường được dùng thay cho nucleotide.

Cách gọi thường dùng là cặp base, kí hiệu pb (base pair) hay

kb (kilobase), megabase pair (Mb), A gigabase pair (Gb)

1 kb = 1000 bp

1 Mb = 1000 kb = 1 000 000 bp

1 Gb = 1000 Mb = 1 000 000 kb = 1 000 000 000 bp

Tất cả các sinh vật đều có chung một cấu trúc DNA.

Tính đặc trưng của DNA của một loài chỉ biểu hiện ở trình

tự sắp xếp các nucleotide dọc theo chiều dài và số lượng của

chúng

Tính đặc trưng của phân tử DNA

• Đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự phân bố các nuclêôtit Vì vậy từ 4 loại nuclêôtit đã tạo nên nhiều loại phân

tử DNA đặc trưng cho mỗi loài.

• Đặc trưng bởi tỷ lệ:

• Đặc trưng bởi số lượng, thành phần trình tự phân bố các gen trong từng nhóm gen liên kết.

Chức năng cơ bản của DNA

• Chứa thông tin di truyền được mã hoá dưới dạng trình tự phân bố các nuclêôtit của các gen trên phân tử DNA.

• Nhân đôi để truyền thông tin di truyền qua các thế hệ.

• Chứa các gen khác nhau, giữ chức năng khác nhau.

• Có khả năng đột biến tạo nên thông tin di truyền mới

2 Chuỗi xoắn kép

Mô hình chuỗi xoắn kép của phân tử DNA đươc Watson và

Crick đưa ra năm 1953

•Các base purine và pyrimidine có cấu trúc phẳng, khoảng

cách trung tâm của 2 mặt phẳng kề nhau là 3,4 A o

•Mạch polynucleotide không duỗi thẳng mà xoắn thành lò

xo quanh trục giữa, mỗi bước xoắn của lò xo dài 34 Angston.

•DNA có nhiều hơn một mạch polynucleotide (2) Rãnh chính

Rãnh phụ

DNA được tách ra từ tế bào

người và E.coli.

DNA này tác dụng với acid

để thuỷ phân các liên kết

A liên kết với T bằng 2 liên kết hydro

G liên kết với C bằng 3 liên kết hydro

2-nanometer diameter, overall distance between each pair

of bases = 0.34 nanometer each full twist of the DNA double helix = 3.4 nanometers

CÁC LOẠI DNA

Năm 1953- mô hình chuỗi xoắn kép của Watson và Crick ra đời

1970, nhờ các phương pháp chính xác, nhiều dạng DNA được phát hiện: Dạng A, B, C…Z.

Các dạng này khác nhau ở chiều cao giữa 2 nucleotide kề nhau và số cặp nucleotide trong một vòng xoắn

Dạng B (watson Crick): thường tồn tại trong điều kiện sinh lý

Dạng B Dạng A Dạng Z Dạng B Dạng A Dạng Z

3 DNA TRONG TẾ BÀO

Tất cả các sinh vật có cấu tạo tế bào và ti thể, lục lạp đều có

bộ gen là DNA mạch kép Các virus có bộ gen đa dạng gồm

RNA và DNA mạch đơn hay mạch kép

Sinh vật Số cặp base số lượng gen

Số lượng base không phản ánh mức độ tiến hoá

a BỘ GEN CỦA PROKARYOTE

Có sự khác nhau đáng kể giữa

bộ gen của prokaryote và eukaryote, tuy nhiên chiều dài DNA của bộ gen đều dài hơn gấp 1.000 lần chiều dài tế bào.

Một phân tử DNA vòng tròn của E.coli nếu kéo thẳng sẽ dài khoảng 1.35mm, gấp 1000 lần chiều dài tế bào.

Tế bào đơn bội của người nếu kéo thẳng dài khoảng 1m, gấp 1000 lần chiều dài tế bào

- DNA có thể ở 3 dạng cấu trúc:

- Dạng siêu xoắn: mạch kép vặn xoắn lại thành hình số 8.

Đây là dang tự nhiên ở vi khuẩn.

- Dạng vòng tròn: sợi DNA căng tròn có được do DNA siêu xoắn bị cắt đứt 1 trong hai mạch kép.

- Dạng thẳng: khi DNA bị cắt đứt cả hai mạch.

b BỘ GEN CỦA EUKARYOTE Phân tử DNA dạng thẳng, tồn tại dưới dạng cuộn chặt cùng với protein là các histon.

DNA eukaryote có kích thước rất lớn, nên ở trong tế bào nó được nén chặt ở nhiều mức độ khác nhau, mức thấp nhất là nucleosome và mức độ cao nhất

là cấu trúc nhiễm sắc chất Sợi nhiễm sắc quan sát dưới kính hiển vi điện tử có đường kính: 100A o , đôi khi đạt đến 300A o Đường kính của chuỗi xoắn kép DNA là 20A o

This first level of packing of DNA

results in an 11 nm diameter fiber.

Toàn bộ phân tử DNA ở prokaryote đều mang thông tin mã hoá cho các protein, trong khi DNA eukaryote bao gồm những trình tự mã hoá (exon) xen kẽ với những trình tự không mã hoá (intron).

Các trình tự DNA được chia ra làm 3 loại:

Các trình tự lặp lại nhiều lần Các trình tự có số lần lặp lại nhiều lần.

Trình tự duy nhất: là các gen mã hoá cho các protein, có trình tự đặc trưng cho từng gen.

CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA NHIỄM SẮC THỂ

1 Các cấu trúc có khả năng tự tái sinh

- Các tế bào Prokaryotae có vùng nhân chứa DNA được tái tạo và phân đều về các tế bào con khi sinh sản.

- Các tế bào Eukaryotae có nhiều bào quan nhưng chỉ có nhân, ty thể, lục lạp có chứa DNA và nhờ khả năng tự tái sinh nên tham gia vào các cơ chế di truyền.

2 Nhiễm sắc thể

2.1 Hình thái NST

- NST có hình dạng đặc trưng, rõ nhất

ở kỳ giữa của nguyên phân.

- Tâm động là điểm thắt eo chia NST thành 2 vai, vai ngắn hơn là vai p và vai dài hơn là vai q Dựa vào vị trí của tâm

Sơ đồ các kiểu nhiễm sắc thể ở kì giữa và kì sau

2.2 Kiểu nhân và nhiễm sắc đồ

- Sự mô tả hình thái của NST gọi là kiểu nhân (Karyotype).

- Kiểu nhân có thể biểu hiện ở dạng nhiễm sắc đồ (Idiogram) khi các NST được xếp theo thứ tự bắt đầu từ dài nhất đến ngắn nhất.

Cặp nhiễm sắc thể tương đồng

2.3 Chất nhiễm sắc

- Chất nguyên nhiễm sắc là chất nhiễm sắc ở trạng thái dãn xoắn, DNA chất nguyên

nhiễm sắc ở trạng thái hoạt động.

- Chất dị nhiễm sắc là chất nhiễm sắc biểu hiện dạng cuộn xoắn cao, mang DNA

không phiên mã được và thường sao chép muộn hơn.

Sự phân hóa các phần trên nhiễm sắc thể

3 Các nhiễm sắc thể đặc biệt

- Nhiễm sắc thể thường (NST A: autosome)

- Nhiễm sắc thể giới tính (sex chromosome)

- Nhiễm sắc thể B (nhiễm sắc thể phụ), những cây có NST B thì yếu hơn và kém hữu thụ hơn các cây khác.

- NST khổng lồ (polytene chromosome): ở tế bào tuyến nước bọt, tuyến Manpighi, màng ruột một số côn trùng bộ 2 cánh (Diptera).

- NST chổi đèn (lambrush chromosome): có ở tiền kì của giảm phân trong tế bào trứng của động vật có xương sống nhất là ở giai đoạn Diplotene của trứng có nhiều noãn hoàng (trứng gà, chim hoặc bò sát).

Nhiễm sắc thể khổng lồ của ruồi giấm

b.

Nhiễm sắc thể khổng lồ của ruồi giấm Nhiễm sắc thể chổi đèn

II Chu trình tế bào và phân bào ở

+ Giai đoạn G1 (Gap): kéo dài từ

sau khi tế bào phân chia đến bắt đầu

sao chép vật chất di truyền.

+ S (Synthesis) là giai đoạn tổng

hợp DNA.

+ G2 là giai đoạn được nối tiếp

sau S đến bắt đầu phân chia tế bào.

- Kỳ trung gian (interphase):

khoảng thời gian gồm G1, S và G2 tế

2 Nguyên phân (Mitosis)

Sự phân bào ở sinh vật nhân thực gồm 2 quá trình: chia nhân (mitosis) và chia tế bào chất (cytokinesis)

* Nguyên phân được chia thành 4 kì:

a Kì trước (Prophase)

b Kì giữa (Metaphase)

c Kì sau (Anaphase)

d Kì cuối (Telophase)

* Sự phân chia tế bào chất:

- Ở tế bào động vật sự chia tế bào chất bắt đầu bằng nếp nhăn phân cách (cleavage furrow) bao vòng tế bào và mọc sâu dẫn đến chia tế bào thành hai.

- Ở tế bào thực vật, phiến tế bào (cell plate) hình thành ở trung tâm tế bào chất và lan rộng dần đến cắt tế bào thành hai.

Phân bào nguyên nhiễm

3 Giảm phân (meiosis)

Giảm phân trải qua 2 lần phân chia nối tiếp nhau: giảm nhiễm I và giảm nhiễm II.

Phân bào giảm nhiễm

*SO SÁNH NGUYÊN PHÂN VÀ GIẢM NHIỄM

Giống nhau

- Sao chép DNA trước khi vào phân bào

- Đều phân thành 4 kỳ

- Sự phân đều mỗi loại NST về các tế bào con

- Màng nhân và nhân con biến mất cho đến gần cuối

- Hình thành thoi vô sắc

Nguyên phân (Mitose) Giảm phân (Meiose)

1 Xảy ra ở tế bào soma

2 Một lần phân bào: 2 tế bào con

3 Số NST giữ nguyên: 1 tế bào 2n  2 tế

bào 2n

4 Một lần sao chép ADN , một lần chia

5 Thường các NST tương đồng không

bắt cặp

6 Thường không có trao đổi chéo

7 Tâm động chia ở kỳ sau

8 Duy trì sự giống nhau: tế bào con có

kiểu gen giống kiểu gen tế bào mẹ

9 Tế bào chia nguyên phân có thể là

lưỡng bội (2n) hay đơn bội (n)

1 Xảy ra ở tế bào sinh dục

2 Hai lần phân chia tạo 4 tế bào con

3 Số NST giảm đi một nữa: 1 tế bào 2n 

4 tế bào n

4 Một lần sao chép ADN , 2 lần chia

5 Các NST tương đồng bắt cặp ở kỳ trước I

6 nhất 1 trao đổi chéo cho 1 cặp tương đồng

7 Tâm động không chia ở kỳ sau I mà chia ở kỳ sau II

8 Tạo sự đa dạng trong các sản phẩm của giảm phân

9 Giảm phân luôn luôn xảy ra ở tế bào lưỡng bội (2n) hoặc đa bội (>2n)

Sự biến đổi trong qúa trình phân bào

-Hình thành NST khổng lồ: vào kì trước, sau khi DNA tự nhân đôi, hình

thành các nhiễm sắc tử, nhưng sau đó chúng không tách rời nhau.

-Nội nguyên phân: ở tiền kì, màng nhân không tiêu biến, quá trình

phân chia sẽ xảy ra ở bên trong màng nhân Kết quả tạo ra nhân mới có bộ NST

tăng gấp đôi.

- Hình thành thể đa bội: Sau khi NST tự nhân đôi, màng nhân tiêu biến

nhưng thoi vô sắc không xuất hiện, tạo ra những tế bào có số lượng NST tăng gấp

bội.

- Tế bào 2 nhân: sau khi phân chia nhân, tế bào chất không phân chia

hình thành tế bào mới có hai nhân.

Trong giảm phân cũng xảy ra những biến đổi: do sự tiếp hợp và phân ly

không bình thường của các NST, có thể làm phát sinh các giao tử thừa hoặc thiếu

NST Có trường hợp thoi vô sắc không xuất hiện, sẽ tạo thành các giao tử không

giảm nhiễm.

SỰ SAO CHÉP VÀ CÁC BIẾN ĐỔI CỦA DNA

Một trong những tính chất căn bản của vật chất di truyền DNA là khả năng tự sao chép chính xác hay

2 Kiểu nửa bảo toàn: chuỗi xoắn kép mới gồm một sợi đơn

cũ và một sợi mới được tổng hợp

3 Kiểu phân tán: Các sợi DNA đứt ra thành các đoạn nhỏ, mỗi đoạn nhỏ làm khuôn để tổng hợp đoạn mới, sau đó chúng nối lại với nhau.

1 SỰ SAO CHÉP DNA

Thí nghiệm của Meselson và Stahl (1958)

Nuôi E.coli trong môi trường 15 NH 4 Cl (nitơ nặng), tế

bào sử dụng 15 N để tổng hợp DNA cho đến khi phân tử

DNA sinh ra hoàn toàn là DNA nặng (DNA có tỉ trọng lớn

hơn DNA mang 14 N )

Chuyển các tế bào này sang môi trường 14 N- nitơ nhẹ.

DNA được tổng hợp từ 14 N gọi là DNA nhẹ

Cách các khoảng thời gian đều đặn (20, 40 phút), người

ta lấy các tế bào đem phân tích và li tâm trong gradient tỉ

trọng CsCl để phân tích các DNA nặng và DNA nhẹ

Kết quả: phù hợp với mô hình sao chép bán bảo tồn

Là một quá trình phức tạp, phải trải qua các cơ chế chung như:

Các liên kết hydro ổn định cấu trúc xoắn và gắn 2 mạch với nhau phải bị phá vỡ và tách rời 2 mạch

Phải có đoạn mồi (primer) tức là đoạn DNA hay RNA mạch đơn ngắn bắt cặp với mạch khuôn

Có đủ 4 loại nucleotide (dATP, dGTP, dTTP dCTP) bắt cặp

bổ sung với các nucleotide mạch khuôn

Mạch mới được tổng hợp theo hướng 5’P- 3’OH

Các nucleotide mới được nối lại với nhau bằng liên kết phosphodiester.

Mỗi bước được điều khiển bởi enzyme đặc hiệu và được thực hiện một cách nhanh chóng, chính xác

QÚA TRÌNH SAO CHÉP DNA

Sự sao chép bắt đầu từ điểm khởi đầu sao chép (origins of

replication- ori) Vùng DNA được sao chép từ một điểm khởi

đầu được gọi là replicon

Vi khuẩn: 1 điểm khởi đầu sao chép

Eukaryote: nấm men- 300 điểm khởi đầu (1- 40kb)

Người khoảng 20.000 điểm khởi đầu (1-150kb)

KHỞI ĐẦU

Sự sao chép DNA gồm 3 bước:

Khởi đầu: Nhận ra điểm khởi đầu sao chép

Kéo dài: nối dài mạch polynucleotide

Kết thúc: Kết thúc quá trình tổng hợp mạch polynucleotide

Điểm khởi đầu sao chép của E.coli và nấm men

- Protein DnaA đặc hiệu nhận biết điểm ori dài 245bp (chứa 13 nu lặp lại 3 lần và một đoạn lặp lại 5 lần 9 nu)

- DnaA gắn vào trình tự này làm cho đoạn lặp lại 13 nu tháo xoắn

Nấm men: chiều dài của ori khoảng 20bp

QÚA TRÌNH SAO CHÉP DNA

Quá trình sao chép DNA khởi đầu bằng việc tháo xoắn phân tử

DNA: được thực hiện bởi enzyme topoisomerase.

Topoisomerase IA, IB: cắt một trong 2 mạch xoắn kép DNA

Topoisomerase II: cắt cả 2 mạch của chuỗi xoắn kép

Trong quá trình sao chép, chuỗi xoắn DNA phải được tách rời và giữ dưới dạng mạch đơn.

- 2 mạch DNA được tách rời nhờ enzyme helicase, chúng phá

vỡ liên kết hydro giữa các base.

- Có nhiều loại helicase cùng hoạt động: gắn trên mạch 3’-5’, một số khác gắn trên mạch 5’-3’

Các mạch đã được tách rời sẽ được ổn định dưới dạng mạch đơn nhờ các protein SSB (single strand binding) Các protein này gắn lên khắp phần mạch đơn làm cho 2 mạch không kết hợp trở lại được

KÉO DÀI

Sự sao chép DNA bắt đầu bằng việc tổng hợp mồi (primer) RNA Các polymerase chỉ có thể tổng hợp DNA bằng cách nối dài một mồi đã bắt cặp sẵn trên khuôn.

Mồi là một RNA nhỏ, được tổng hợp bởi primosome (gồm nhiều protein và enzyme tổng hợp RNA từ khuôn DNA là primase)

Sự tổng hợp các mạch mới xảy ra liên tục trên một mạch DNA (5’-3’) và gián đoạn (okazaki) trên mạch kia (3’-5’).

Enzyme DNA polymerase III tổng hợp mạch bổ sung từ đầu 3’OH tự do của mồi RNA, khuôn sử dụng là DNA Mạch khuôn được sử dụng đến đâu thì các protein SSB được giải phóng khỏi khuôn đến đó

Đoạn okazaki ở vi khuẩn dài từ 1000-2000 nucleotides, nhưng ở

eukaryote lại ngắn khoảng 200 nucleotide.

Đoạn primer ở vi khuẩn dài 4-15 nucleotide

Ở eukaryotide: Enzyme primase tổng hợp 1 đoạn 8-12nu, sau đó

DNA polymerase α gắn tiếp cho đến khi được 20 nu thi DNA poly III

bắt đầu tham gia vào kéo dài mạch

KẾT THÚC

Khi sự sao chép kết thúc,

các mồi RNA bị enzyme

Rnase H phân huỷ Enzyme

DNA polymerase I sẽ lấp các

lỗ hổng còn lại.

Enzyme ligase sẽ nối tất cả

những chỗ gián đoạn trên

các mạch mới tổng hợp

Sửa chữa và bảo vệ DNA

 Là hoạt động khắc phục sai hỏng trên DNA, do các tác nhân gây đột biến vật lý và hóa học của môi trường trong quá trình tái bản.

 DNA là phân tử duy nhất trong tế bào có khả năng được sửa chữa khi bị biến đổi hay phá hỏng  ổn định

di truyền

 Sai sót thường gặp:

Khoảng 5000base/ ngày bị mất (khử nhóm amin)

Khoảng 1000base/genome/ngày biến đổi CU

 Tuy nhiên tần số đột biến về trật tự aa thấp, tỷ lệ đột biến 10-9/thế hệ  do cơ chế sửa sai DNA rất nghiêm ngặt và được thực hiện thường xuyên.

 Quá trình sửa sai trên DNA liên quan chặt chẽ với quá trình tái bản và tái tổ hợp DNA  chứng tỏ luôn có sự phối hợp chặt chẽ giữa nhiều cơ chế di truyền

Sửa chữa và bảo vệ DNA

1 Sửa chữa tức thời trong sao chép (cơ chế đọc sửa)

Các sai sót trong QT tái bản

AND (bắt cặp sai) được nhận

biết và sửa chữa nhờ các ADN

Trước khi Nu mới được gắn

vào DNA pol dò lại cặp base

cuối nếu chúng không bắt

cặp phản ứng polymer hóa

sẽ dừng lại  Cặp nucleotide

sai cuối đầu 3’ bị loại nhờ

enzim DNA polymerase

(Exonuclease) Sau khi sự bắt

cặp của sợi kép đã đúng

polymer hóa được tiếp tục

2 Các cơ chế sửa sai của tế bào

Tóm tắt một số cơ chế sửachữa DNA như sau:

Các phương thức sửa chữa và phục hồi khác nhau loại bỏ sai hỏng

2.1 Quang tái hoạt hóa

- Kiểu sửa chữa trực tiếp loại bỏ đơn giản và phục

hồi các sai hỏng.

- Nhờ các enzim phụ thuộc ánh sáng (light

dependent enzime) khôi phục lại các liên kết

cộng hóa trị.

- Sai hỏng trên DNA do tia tử ngoại gây ra  biến

dạng cấu trúc xoắn của DNA  được sửa và phục

hồi nhờ enzim photolyase

- Enzim photolyase sử dụng ánh sáng  thay đổi

liên kết hóa học  Nu trở lại bình thường.

- Phổ biến ở thực vật, procaryota và eucaryota

Tuy nhiên chưa thấy ở động vật có vú và người.

2.2 Sửa chữa sự ghép đôi lệch giữa các sợi DNA

Sửa chữa được tiến hành khi phát hiện bắt cặp

sai của baseN

- Phương thức sửa chữa: cắt bỏ nhờ một

enzim nhận biết base sai hỏng thực sự hoặc

thay đổi chiều hướng trong không gian.

- Phương thức này phát hiện ở E.coli, nấm men

và tế bào động vật có vú Trên E.coli có 3 hệ

thống enzime khác nhau được sử dụng sửa

- E N glycosinlase nhận biết base bị biến đổi, hay mất gốc

amin, hoặc biến dạng cấu trúc xoắn do sai lệch.

- Cắt bỏ base ra khỏi phân tử nhờ thủy phân liên kết giữa

base – đường.

- Enzime DNA polymerase đưa các nucleotid bổ sung vào chỗ

trống –>nối đầu 3’-OH của nucleotid trước.

- Enzime lygase nối N mới với N sau – nối với đầu 5’ – PO 4 -

- Chú ý: Mỗi base được một loại N- glycosylase nhận biết

riêng

+ Uraxin - glycosylase + Adenin – glycosylase.

+ Guanin – glycosylase + Cytozin – glycosylase

+ Thymin – glycosylase.

Phương thức Cắt bỏ base N

b Hệ thống sửa chữa cắt bỏ nucleotid

- Cắt bỏ một trình tự có base sai hỏng tổng hợp đoạn

nucleotid mới Phổ biến ở hầu hết các sinh vật.

- Có sự tham gia của nhiều E để kiểm soát E

DNA polymerase tìm ra sai hỏng.

- Khi phát hiện được sai hỏng E helicase

(endonuclease) sẽ cắt 2 phía của sợi đơn mang lỗi.

- E Exonuclease loại bỏ đoạn hỏng ra khỏi DNA.

- E DNA polymerase sẽ tổng hợp đoạn DNA mới theo

NTBS

- E ligase nối đoạn mới được tổng hợp với đoạn cũ.

 Phân tử DNA được hoàn chỉnh

Sửa chữa Cắt bỏ nucleotid