ỨNg dụng di truyền học

Sinh học 12 Chương IV: ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC Bài 1. CHỌN GIỐNG VẬT NUÔI CÂY TRỒNG DỰA TRÊN NGUỒN BIẾN DỊ TỔ HỢP I) Tạo giống thuần chủng trên nguồn biến dị tổ hợp: 1) Phương pháp tạo dòng thuần chủng: Tạo các dòng thuẩn chủng khác nhau. Lai giống và chọn lọc ra những tổ hợp gen mong muốn Cho những cá thể có tổ hợp gen mong muốn tự thụ phấn hay giao phối gần để tạo ra các giống thuần chủng. 2) Hiện tượng thoái hóa Đối với cây giao phấn khi tiến hành tự thụ phấn bắt buộc qua nhiều thế hệ thì con cháy có sức sống kém dần: sinh trưởng, phát triển chậm, chống chịu kém, bộc lộ các tính trạng xấu, năng suất giảm, nhiều cây bị chết. Vật nuôi khi giao phối cận huyết (giao phối giữa các con vật cùng bố mẹ hoặc giao phối giữa bố hay mẹ với con cái của chúng) cũng có hiện tượng tương tự: sức giảm đẻ, xuất hiện các dị tật … ♦ Nguyên nhân: Qua các thế hệ tự thụ phấn hoặc giao phối cận huyết, tỷ lệ thể dị hợp trong quần thể giảm dần, tỷ lệ thể đồng hợp tăng dần trong đó các gen lặn có hại được biểu hiện. (Do đó mà luật hôn nhân gia đình cấm kết hôn gần) 3) Ý nghĩa: Trong chọn giống, sử dụng phương pháp này để củng cố một đặc tính nào đó Tạo những kiểu gen đồng hợp, trong đó các gen lặn có hại hay có lợi đều được biểu hiện, thuận lợi cho sự đánh giá kiểu gen từng dòng, phát hiện các gen xấu để loại bỏ ra khỏi quần thể. Tự thụ phấn bắt buộc và giao phối cận huyết là bước trung gian tạo ra dòng thuần để chuẩn bị lai khác dòng, tạo ưu thế lai. II) Tạo giống lai có ưu thế lai cao: 1) Định nghĩa: Ưu thế lai: hiện tượng con lai có năng suất, sức chống chịu, khả năng sinh trưởng phát triển cao vượt trội so với các dạng bố mẹ. Ưu thế lai thường biểu hiện cao nhất ở đời con lai F1 và sau đó giảm dần ở các đời tiếp theo, đây là lý do không dùng con lai F1 làm giống, chỉ dùng vào mục đích kinh tế. 2) Nguyên nhân: Ở trạng thái dị hợp tử với nhiều cặp gen khác nhau, con lai có được kiểu hình vượt trội về nhiều mặt so với các dạng bố mẹ có nhiều gen ở trạng thái đồng hợp. Giả thuyết về tác động cộng gộp của các gen trội có lợi. Giả thuyết siêu trội: sự tương tác giữa 2 alen khác nhau của cùng 1gen dẫn đến hiệu quả bộ trợ, mở rộng phạm vi biểu hiện kiểu hình. AA < Aa > aa 3) Phương pháp: Để tạo con lai có ưu thế lai cao về một số tính trạng nào đó có thể sử dụng các cách lai tạo như lai thuận nghịch, lai khác dòng đơn hoặc kép tùy theo từng giống vật nuôi cây trồng. III) Các phương pháp lai khác: 1) Lai kinh tế: Là cho phối hợp giữa các dạng bố, mẹ thuộc 2 dòng thuần khác nhau rồi dùng con lai F1 làm sản phẩm, không dùng nó để nhân giống tiếp các đời sau. Con lai F1 tăng trọng nhanh, đẻ khỏe, sức đề kháng tốt, sức sản xuất cao mà lại tốn ít thức ăn. 2) Lai cải tiến giống: Trong chọn giống vật nuôi, người ta dùng 1 giống cao sản để cải tiến một giống năng suất thấp. Ở nước ta thường dùng những con đực tốt ở giống ngoại cho phối với những con cái tốt nhất của giống địa phương. Con đực giống cao sản được sử dùng liên tiếp qua nhiều đời lai. Sau 4 – 5 thế hệ, giống Chương IV. Ứng dụng di truyền học Trang 1 Sinh học 12 địa phương đã cải tạo sẽ được gần như giống ngoại thuần chủng, chẳng hạn lợn được tăng tầm vóc, tăng tỷ lệ nạc trong thịt. 3) Lai xa: Là các hình thức lai giữa các dạng bố mẹ thuộc 2 loài khác nhau hoặc thuộc các chi, các họ khác nhau. Khó thực hiện vì: +Thực vật thường không giao phấn, hạt phấn khác loài không nảy mầm trên vòi nhụy hoặc nảy mầm được nhưng chiều dài ống phấn không phù hợp với chiều dài vòi nhụy nên không thụ tinh được. +Động vật khác loài thường khó giao phối, do chu kỳ sinh sản khác nhau, hệ thống phản xạ sinh dục khác nhau, bộ máy sinh dục không phù hợp, tinh trùng khác loài bị chết trong đường sinh dục cái. Cơ thể lai xa thường bất thụ, khác phục bằng đa bội hóa. Bài 2. TẠO GIỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN VÀ CÔNG NGHỆ TẾ BÀO I) Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến: Quy trình tạo giống mới bằng phương pháp gây đột biến: +Xử lý mẫu vật bằng các tác nhân đột biến +Chọn lọc các cá thể đột biến có kiểu hình mong muốn +Tạo dòng thuần chủng của thể đột biến. II) Tạo giống bằng công nghệ tế bào: 1) Công nghệ tế bào thực vật: ♦ Nuôi cấy tế bào: Nuôi cấy các mẫu mô, tế bào thực vật trong ống nghiệm, sau đó cho chúng tái sinh thành các cây. Kỹ thuật này cho phép nhân nhanh các giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt, quý hiếm, chống chịu giỏi… ♦ Dung hợp tế bào trần: Loại bỏ thành phần tế bào bằng enzym hoặc vi phẫu để tạo tế bào trần. Cho dung hợp các tế bào trần để tạo ra tế bào lai. Đưa tế bào lai vào môi trường nuôi cấy đặc biệt sẽ phát triển thành cây lai khác loài. Các tế bào lai có khả năng tái sinh đầy đủ thành cây lai mang đặc điểm của cả 2 loài mà bằng phương pháp lai hữu tính khó có thể tạo ra được. ♦ Nuôi cấy hạt phấn: Từ một tế bào đơn bội, được nuôi trong ống nghiệm với hóa chất đặc biệt, người ta có thể tạo nên các mô đơn bội, sau đó xử lí hóa chất gây lưỡng bội hóa tạo nên cây lưỡng bội hoàn chỉnh. Có kiểu gen đồng hợp về tất cả các gen. 2) Công nghệ tế bào động vật: ♦ Nhân bản vô tính bằng kỹ thuật chuyển nhân: Điển hình cho kỹ thuật này là thành công của nhóm các nhà bác học Anh đã tạo ra con cừu Dolly (1997). Công nghệ tạo cừu Dolly gồm các bước: +Tách tế bào tuyến vú của cừu cho nhân và nuôi trong phòng thí nghiệm +Tách tế bào trứng của cừu khác, sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng này +Chuyển nhân của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng đã bị bỏ nhân +Nuôi cấy trên môi trường nhân tạo cho trứng phân cắt thành phôi. +Chuyển phôi vào tử cung của một cừu mẹ để nó mang thai. Sau thời gian mang thai giống như trong tự nhiên, cừu mẹ này đã đẻ ra cừu con (Dolly) giống y hệt cừu cho nhân tế bào. Cừu Dolly qua đời ngày 14/2/2003, tuổi thọ 6,5 năm chỉ bằng nửa so với những con cừu bình thường. ♦ Cấy truyền phôi: Chương IV. Ứng dụng di truyền học Trang 2 Sinh học 12 Chia cắt phôi động vật thành nhiều phần rồi cấy vào tử cung của các con vật khác nhau, người ta cũng tạo ra nhiều con vật có kiểu gen giống nhau. Bài 3. TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ GEN I) Khái niệm công nghệ gen: Công nghệ gen là quy trình tạo ra những tế bào hoặc sinh vật có gen biến đổi, có thêm gen mới, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới. Hiện nay công nghệ gen đang được thực hiện phổ biến là tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp để chuyển gen. Kỹ thuật chuyển gen là chuyển một đoạn DNA từ tế bào cho sang tế bào nhận bằng nhiều cách, ví dụ: dùng các thể truyền – vecto chuyển gen là plasmid hoặc thực khuẩn thể. ♦ Plasmid: phân tử nằm trong tế bào chất của vi khuẩn, tùy loài mà số lượng thay đổi từ vài chục đến vài trăm phân tử trong 1 tế bào, chứa DNA dạng vòng, gồm khoảng 8000 – 20000 cặp nucleotides. DNA của plasmid nhân đôi độc lập so với DNA của nhiễm sắc thể. II) Quy trình chuyển gen bằng plasmid: Trong kỹ thuật tạo dòng DNA tái tổ hợp, thao tác được thực hiện theo 3 khâu chủ yếu: +Tách DNA từ tế bào cho (tế bào người) và tách plasmid của vi khuẩn (hay DNA của thực khuẩn thể) +Cắt và nối DNA của tế bào cho và DNA plasmid tại những điểm xác định tạo DNA tái tổ hợp. Thao tác cắt và nối được thực hiện nhờ enzyme cắt restrictaza và enzyme nối ligaza. +Đưa DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận (thường là E. coli), tạo điều kiện cho gen đã ghép được biểu hiện  phân lập dòng DNA tái tổ hợp. III) Quy trình chuyển gen bằng thực khuẩn thể (phage): Các giai đoạn truyền và các enzyme tương tự như quy trình chuyển gen bằng plasmid. Khác nhau: +Phage có thể tự xâm nhập vào tế bào phù hợp. +Chuyển gen bằng phage bị hạn chế là chỉ chuyển được gen vào vi khuẩn thích hợp với từng loại phage nhất định. +Sự nhân lên của phage diễn ra trong vùng nhân, sự nhân lên của phân tử plasmid diễn ra trong tế bào chất. IV) Ứng dụng công nghệ gen trong tạo giống biến đổi gen 1) Khái niệm biến đổi gen: Sinh vật biến đổi gen là sinh vật mà hệ gen của nó đã được con người làm biến đổi cho phù hợp với lợi ích của mình. Những cách làm biến đổi gen: +Đưa thêm một gen lạ vào hệ gen tạo ra sinh vật chuyển gen. +Làm biến đổi một gen đã có sẵn trong hệ gen. +Loại bỏ hoặc làm bất hoạt một gen nào đó trong hệ gen. 2) Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen: a) Tạo giống vi sinh vật: Ngày nay, đã tạo được các chủng vi khuẩn cho sản phẩm mong muốn không có trong tự nhiên, bằng cách chuyển một nhay một nhóm gen từ tế bào của người hay một đối tượng khác vào tế bào của vi khuẩn. Các vi sinh vật như E. coli, nấm men bánh mì là những đối tượng đầu tiên được sử dụng trong công nghệ gen để sản xuất một số loại protein của người như insulin chữa bệnh tiểu đường. Nhiều dòng vi sinh vật chuyển gen đã được tạo ra để làm sạch môi trường. Tạo chủng vi khuẩn E. coli sản xuất Insulin người. Tạo chủng vi khuẩn E. coli sản xuất Somatostatin của người. b) Tạo giống thực vật: Chuyển gen trừ sâu từ vi khuẩn vào cây bông, tạo giống lúa gạo vàng… Chương IV. Ứng dụng di truyền học Trang 3 Sinh học 12 Cà chua bị bất hoạt gen gây chín sớm làm hư quả khi vận chuyển Gen kháng thuốc diệt cỏ từ cây thuốc lá cảnh Petunia vào cây bông, cây đậu tương. c) Tạo động vật chuyển gen: Quy trình: +Lấy trứng ra khỏi con vật nào đó rồi cho thụ tinh trong ống nghiệm. +Tiêm gen cần chuyển vào hợp tử, sau đó hợp tử phát triển thành phôi. +Cấy phôi được chuyển gen vào tử cung của con vật khác để nó mang thai và sinh sản bình thường thì sẽ cho ra đời một con vật chuyển gen. Chuyển gen protein người vào cừu. Bò tạo ra nhiều hormon sinh trưởng nên lớn nhanh, năng suất thịt và sữa đều tăng. Chương IV. Ứng dụng di truyền học Trang 4 . thọ 6,5 năm chỉ bằng nửa so với những con cừu bình thường. ♦ Cấy truyền phôi: Chương IV. Ứng dụng di truyền học Trang 2 Sinh học 12 Chia cắt phôi động vật thành nhiều phần rồi cấy vào tử cung. tạo giống lúa gạo vàng… Chương IV. Ứng dụng di truyền học Trang 3 Sinh học 12 Cà chua bị bất hoạt gen gây chín sớm làm hư quả khi vận chuyển Gen kháng thuốc di t cỏ từ cây thuốc lá cảnh Petunia. Sinh học 12 Chương IV: ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC Bài 1. CHỌN GIỐNG VẬT NUÔI CÂY TRỒNG DỰA TRÊN NGUỒN BIẾN DỊ TỔ HỢP I) Tạo