Bài giảng di truyền học phần 2 GV trương thị bích phượng

Chương Di truyền học Virus Mục tiêu chương Giới thiệu di truyền thực khuẩn thể, nghiên cứu xếp gen, đặc tính virus và, sở chất genome virus xác định kiểu chép Số tiết: Nội dung I Di truyền học thể thực khuẩn (Bacteriophage hay phage) Sự hình thành vết tan thể đột biến phage Phage phát dễ dàng chu trình tan, tế bào bị nhiễm phage vỡ giải phóng hạt phage vào mơi trường (Hình 8.1) Sự tạo thành đốm quan sát Một số lớn tế bào vi khuẩn (khoảng 108 tế bào) trãi lên môi trường đặc Sau thời gian sinh trưởng, tạo lớp tế bào vi khuẩn màu trắng đục Nếu phage có mặt thời điểm vi khuẩn trãi lên môi trường, nhiễm vào tế bào vi khuẩn Sau tế bào nhiễm phage bị làm tan giải phóng nhiều phage Thế hệ sau phage lại nhiễm vào vi khuẩn gần đó, tham gia vào chu trình tan khác, vi khuẩn bị vỡ giải phóng nhiều phage, chúng nhiễm vào vi khuẩn khác vùng lân cận Chu trình xâm nhiễm phage tiếp tục sau nhiều giờ, phage phá huỷ tất tế bào vi khuẩn vùng, tạo đốm (plage) suốt khác với lớp tế bào vi khuẩn màu trắng đục Hình 8.1 Chu trình sinh tan bacteriophage Hình 8.2 Sự xâm nhập phage vào tế bào vật chủ theo dạng bố mẹ đồng thời r+: đốm nhỏ, r-: đốm lớn, h+: đốm mờ, h-: đốm Phage nhân lên sinh trưởng tế bào vi khuẩn, làm cạn nguồn dinh dưỡng môi trường sinh trưởng, làm hạn chế nhân lên phage kích thước đốm Vì đốm kết nhiễm hạt phage ban đầu, đếm số lượng đốm riêng biệt có mơi trường (Hình 8.2) Kiểu gene thể đột biến phage xác định nhờ nghiên cứu đốm Trong số trường hợp, xuất đốm đầy đủ Chẳng hạn, đột biến phage làm giảm số lượng phage hệ sau từ tế bào bị nhiễm thường tạo đốm nhỏ Các đốm lớn tạo đột biến gây tan sớm tế bào bị nhiễm, nên đốm tiếp tục nhiễm nhanh Kiểu đột biến khác phage xác định phage có khả khơng có khả tạo đốm chủng vi khuẩn đặc biệt Tái tổ hợp di truyền chu kỳ sinh tan (Lytic cycle) 2.1 Chu trình tan (Lytic cycle) Hình 8.3 Sự kết hợp đầu đuôi để tạo phage hoàn chỉnh Các bacteriophage làm chết tế bào chủ gọi độc, chúng sinh sản theo chu trình tan Chu trình bắt đầu sợi phage gắn vào điểm nhận bề bề ngồi E.coli Ống co lại tạo lỗ thủng xuyên vách tế bào bơm DNA vào Capside phage cịn lại bên tế bào Sau bị nhiễm tế bào E.coli có q trình phiên mã dịch mã gen virus Phage T4 có khoảng 100 gen phần lớn biết rõ Một enzyme tạo cắt DNA tế bào chủ DNA phage phiên mã nhờ DNA polymerase tế bào chủ tạo mARN sớm Các mARN muộn tổng hợp ARN polymerase phage ARN polymerase vi khuẩn bị biến đổi để phiên mã gen phage Các mARN muộn dịch mã tạo loại protein enzyme điều hòa cấu trúc Các protein điều hịa phage kiểm sốt phiên mã nối tiếp gen Khi DNA tế bào chủ bị phân hủy, gen phage kiểm sốt tồn hoạt động tế bào để tạo cấu phần DNA phage chép hàng trăm Các protein capsid tổng hợp thành phần riêng: đầu, ống đuôi sợi đuôi Chúng tự ráp với thành virion Phage hồn tất chu trình enzyme lysozyme tạo để tiêu hóa vách tế bào vi khuẩn Tế bào vi khuẩn bị vỡ, 100-200 virion thoát chúng lặp lại chu trình Tồn chu trình từ lúc phage tiếp xúc đến tan diễn khoảng 20-30 phút 370C Trong thời gian số lượng phage T4 tăng 100 lần, số lượng tế bào E.coli mọc nhanh tăng gấp đôi Phần lớn phage độc theo chu trình vừa nêu Tuy nhiên có số ngoại lệ phage sợi M13 E.coli không làm chết làm tan tế bào Các tế bào vi khuẩn phage kí sinh có đồng tiến hóa Các tế bào vi khuẩn có chế bảo vệ biến đổi màng tế bào để phage không bám vào enzyme cắt hạn chế cắt DNA phage Phage biến đổi để xâm nhập vào tế bào vi khuẩn Các phage có kích thước nhỏ bé phải nhìn kính hiển vi điện tử thấy Nhưng tính trạng phage quan sát dựa theo vết tan biên độ chủ Cho hai dịng phage T4 có kiểu gene khác nhiễm vào tế bào vi khuẩn E.coli, vài phage hệ sau thực tái tổ hợp di truyền Allele r - tan nhanh, kết tạo đốm lớn, allele h- nhiễm vào tế bào chủ, kết tạo đốm Phép lai sau: r-h+  r+h- Kết thu bốn kiểu đốm Hai kiểu đốm đục, lớn đốm trong, nhỏ tương ứng với kiểu hình phage bố mẹ Hai kiểu hình khác, đốm lớn, đốm mờ nhỏ dạng tái tổ hợp tương ứng kiểu gene r-h- r+h+ Khi nhiều vi khuẩn bị nhiễm số dạng tái tổ hợp thuận nghịch thường tìm thấy số phage hệ sau Trong thí nghiệm, kiểu gene số bốn kiểu gene sinh kiểu hình khác dạng đốm (Hình 8.2) Số lượng kiểu gene xác định kiểm tra đốm tạo thành Tần số tái tổ hợp, biểu diễn dạng phần trăm, xác định sau: Tần số tái tổ hợp = Sự xếp gene nhiễm sắc thể phage Tần số tái tổ hợp sử dụng để xác định khoảng cách đồ Eukaryote Các thí nghiệm lập đồ cho thấy đột biến T4 lập đồ thành cụm riêng biệt Cả ba cụm có liên kết với cụm khác George Streisinger cộng (1964) chứng minh đồ di truyền phage T4 có dạng vòng tròn Trong phép lai, lập ba đến bốn marker di truyền với nhóm tiến hành qua toàn genome T4 Nhiều gene khác xác định lập đồ đầy đủ phân tử vịng trịn (Hình 8.3) Những vùng vòng tròn bên cụm marker T4 xác định lập đồ di truyền Vịng ngồi có mặt nhiều marker lớn tạo thành tồn vịng trịn đồ di truyền Bản đồ di truyền phage T4 cho thấy gene phage T4 tạo cụm mở rộng theo chức chúng Chẳng hạn có cụm lớn gene dùng cho chép DNA vị trí phần tư bên phía phải có cụm gene tổng hợp cấu phần tạo nên đầu phage phía vòng tròn Phân tử DNA phage T4 phân tử sợi đơn dạng thẳng, đầu tận DNA phage T4 nhân lên lặp đoạn đầu cuối (terminal redundant) Do vậy, phân tử DNA có kích thước tăng thêm 2% Khi DNA chép tế bào, tái tổ hợp phần đầu tận gen T4 với trình tự tương đồng gen T4 khác, kết tạo sản phẩm DNA có kích thước lớn khả chứa phần đầu Những phân tử chứa lặp đoạn tạo thành tái tổ hợp gen phage T4 xảy thường xun, trung bình có khoảng 20% kiện tái tổ hợp xảy nhiễm sắc thể Khi phân tử DNA gói vào phần đầu, cắt enzyme chứa khoảng 102% chiều dài gen phage T4, có chứa đoạn lặp lại phần đầu Hình 8.4 Bản đồ di truyền T4 với marker Lập đồ cấu trúc tinh vi vùng rII phage T4 Các nghiên cứu chi tiết đột biến rII phage T4 làm sáng tỏ cấu trúc gene Phage T4 dạng hoang dại r+ có khả nhiễm đồng thời hai nòi E.coli B K Các đột biến rII nhiễm nịi B khơng nhiễm nòi K Seymour Benzer (1955) nhận 2400 đột biến rII có nguồn gốc độc lập với Ơng cho lai đột biến với vào xuất dạng tái tổ hợp hoang dại r+ mà lập đồ điểm đột biến Mỗi đột biến tái tổ hợp với đột biến khác Đột biến đoạn ngăn cản tái tổ hợp với hai nhiều đột biến điểm vị trí khác gene Mỗi đoạn làm phần gene phage bao gồm vùng rII Sử dụng đột biến đoạn phương pháp đơn giản để lập đồ hàng ngàn đột biến Bản đồ đoạn (Deletion mapping) dựa có khơng có dạng tái tổ hợp Trong phép lai đột biến điểm chưa biết đột biến đoạn, xuất dạng hoang dại cho thấy đột biến điểm nằm vùng đoạn Ngược lại, đột biến điểm xuất vùng đoạn, không xuất dạng tái tổ hợp kiểu hoang dại hệ sau Hình 8.5 Đột biến đoạn sử dụng để chia locus rII bacteriophage T4 thành vùng 47 tiểu vùng nhỏ Nhiều phép lai thực để lập đồ đột biến chi tiết gene rII Khoảng cách từ A1 đến A6 B trình bày hình 8.4 Một đột biến đặc biệt kiểm tra định vị vùng A4 Đột biến không tái tổ hợp tạo dạng kiểu dại phép lai với đột biến đoạn lớn r1272, r1241, rJ3 rPT1 tái tổ hợp tạo dạng kiểu dại phép lai với rPB242, rA105 r638 Các đột biến tạo khuôn, kết lai với đột biến đoạn lớn xếp vào vùng A4 Bản đồ di truyền vùng A4 tạo đột biến đoạn trình bày phần hình 8.5 Xác định tiểu vùng A4 (từ a qua g) Hình 8.6 Xác định vùng rII liên quan với marker di truyền dạng thẳng đồ di truyền phage T4 Ví dụ, đột biến vùng A4 kết tái tổ hợp tạo dạng kiểu dại với đột biến đoạn r1368, lại thực với đột biến r221 vào tiểu vùng c Ở mức độ chi tiết hơn, đột biến tiểu vùng xếp nhờ lai chúng với Ở phage T4, điểm đột biến gần nhau, tách nhờ tái tổ hợp 1% tái tổ hợp tương ứng với khoảng cách khoảng 100 bp Vì vậy, hai đột biến khơng thể tái tổ hợp với xếp vào vị trí gene Bản đồ di truyền cho số lớn đột biến rII có nguồn gốc độc lập mơ tả hình 8.6 Nghiên cứu đột biến vùng rII lập đồ di truyền có vai trị quan trọng, qua rút kết luận sau: + Sự trao đổi di truyền xảy gene nucleotide gần + Các đột biến không tạo tần số với tất điểm gene, chúng phân bố không Chẳng hạn, 2400 đột biến rII xác định 304 điểm Một điểm có đến 474 đột biến (Hình 8.6) Nhũng điểm có tần số đột biến cao gọi điểm nóng (hotspot mutation) Ở điểm khác, đột biến phục hồi lần vài lần Hình 8.6 Bản đồ di truyền locus rII phage T4 Kết phân tích vùng rII quan trọng, giúp cho phân biết khái niệm gene Phổ biến nhất, gene liên quan với đơn vị chức Điều tương ứng với đoạn DNA mã hóa cho phân tử protein Benzer đưa thuật ngữ cistron để chức này, thuật ngữ cistron sử dụng Đơn vị chức xác định qua thử nghiệm bổ sung (complementation test), xác định đột biến có allele với khơng Trước thí nghiệm ơng rII coi locus Thí nghiệm cho thấy đột biến xếp thành hai nhóm rIIA rIIB Lai đột biến rIIA  rIIB có r+, lai rIIA  rIIA rIIB  rIIB thu kiểu hình đột biến r Ngồi nghĩa đơn vị chức năng, gene cịn đơn vị tái tổ hợp (recon) đơn vị đột biến (muton) Cả hai đơn vị này, tương ứng với nucleotide riêng lẽ gene Tính tiềm tan (Lysogeny) phage  Chu trình tiềm tan bắt đầu phân tử DNA phage  gắn vào nhiễm sắc thể vi khuẩn tiến hành chép phần nhiễm sắc thể vi khuẩn Các hạt phage không tạo thành Phân tử DNA phage gắn vào gen vi khuẩn gọi prophage, tế bào vi khuẩn sống sót gọi tế bào tiềm tan (lysogen) Một chủng tiềm tan cho phage  ký hiệu theo tên phage Ví dụ chủng E coli K12() chủng K12 trở thành tế bào tiềm tan phage  Hình 8.7 Chu trình tan tiềm tan phage  Phân tử DNA phage  có đầu đầu cuối chứa 12 nucleotide không kết cặp, mà dạng sợi đơn tạo đầu dính (cohesive end) bổ sung Khi vào tế bào, đầu cuối bổ sung gắn lại tạo phân tử vòng tròn Sự tạo vòng tròn xảy sớm chu trình tan chu trình tiềm tan (Hình 8.7) Có khoảng 75% tế bào vi khuẩn bị nhiễm phage, phân tử DNA vòng tròn chép chu trình tan xảy Còn khoảng 25% tế bào bị nhiễm, phân tử DNA vòng tròn phage  phân tử DNA vòng tròn E coli tương tác xảy tái tổ hợp điểm chuyên biệt (site-specific recombination) DNA phage gắn vào nhiễm sắc thể vi khuẩn Vị trí tái tổ hợp điểm chuyên biệt DNA vi khuẩn phage gọi điểm gắn vào vi khuẩn phage (bacterial and phage attachment sites) Mỗi điểm gắn có chứa đoạn: đoạn trung tâm có trình tự nucleotide vị trí gắn vùng mà tái tổ hợp thực xảy Điểm gắn vào phage ký hiệu POP’ (P: phage) điểm gắn vào vi khuẩn biểu diễn BOB’ (B: bacteria) So sánh đồ di truyền phage prophage POP’ nằm gần vùng trung tâm phân tử DNA dạng thẳng Một protein phage, integrase, xúc tác cho tái tổ hợp điểm chuyên biệt Enzyme integrase nhận điểm gắn vào phage vi khuẩn, gây trao đổi vật lý, kết phân tử DNA phage gắn vào phân tử DNA vi khuẩn Kết tái tổ hợp làm đồ di truyền prophage khác với đồ di truyền phage Bản đồ di truyền prophage chuyển đổi vòng tròn đồ di truyền phage tự Prophage chèn vào nhiễm sắc thể E coli gene gal gene bio Sự chèn vào phage  làm tăng khoảng cách gene gal gene bio Khoảng cách gene gal gene bio tế bào tiềm tan với phage  khoảng hai phút so với phút tế bào khơng tiềm tan Hình 8.8 Mơ hình gắn phage  vào NST E.coli Khi tế bào tiềm tan, gene phage trở thành phần nhiễm sắc thể vi khuẩn làm kiểu hình vi khuẩn bị thay đổi Nhưng hầu hết gene phage prophage giữ trạng thái bất hoạt nhờ protein repressor - sản phẩm gene phage Protein repressor bắt đầu tổng hợp nhờ nhiễm vào phage tiếp tục tổng hợp nhờ prophage Gene mã hóa cho repressor thường gene prophage biểu chu trình tiềm tan Nếu tế bào tiềm tan bị nhiễm phage giống với prophage, có mặt repressor prophage ngăn cản biểu gene phage nhiễm vào Tính kháng với phage giống với prophage gọi tính miễn nhiễm (immunity) Đây tiêu chuẩn để xác định tế bào vi khuẩn chứa phage đặc biệt Chẳng hạn phage  không tạo đốm vi khuẩn chứa prophage  Trong tế bào tiềm tan, chép không giải phóng phage Tuy nhiên, prophage đơi trở nên có hoạt tính, trải qua chu trình tan, tạo số lượng lớn phage hệ sau Hiện tượng gọi cảm ứng prophage (prophage induction), bắt đầu hư hại DNA vi khuẩn Đơi prophage tách khỏi DNA vi khuẩn cách ngẫu nhiên thường gây tác nhân mơi trường hóa chất chiếu xạ Khả bị cảm ứng thuận lợi cho phage DNA phage khỏi tế bào bị hư hại Cơ chế sinh hóa cảm ứng phức tạp thoát phage xảy dễ dàng Sự cắt phage tái tổ hợp điểm chuyên biệt khác, ngược với trình gắn vào Sự cắt yêu cầu enzyme phage, integrase thêm protein phage excisionase Nghiên cứu di truyền gắn vật lý cho thấy escisionase gắn với integrase sau nhận điểm gắn vào prophage BOP’ POB’, gắn với điểm Integrase cắt trình tự O tạo lại BOB’ POP’ Quá trình tách diễn ngược lại với gắn vào II Đặc tính virus Tính đa dạng cấu trúc thành phần di truyền Hình 13.2 Các dạng đột biến nhiễm sắc thể Các sai hình NST chia thành loại: Bên NST: đoạn, đảo đoạn, tăng đoạn Giữa NST: chuyển đoạn Biến đổi cấu trúc NST: 1.1 Sự phát sinh đột biến cấu trúc NST Sai hình NST liên quan đến đứt đoạn NST Có NST bị đứt đoạn sau nối lại thường khơng giữ cấu trúc cũ Điều dẫn đến nhiều kiểu đột biến cấu trúc NST khác Các đoạn vịng trịn khơng tâm động thường bị phân bào Có thể xảy trường hợp đoạn có tâm động nối nhau, phân bào bị kéo căng đầu thành cầu chromatid sau bị đứt không tạo đoạn tăng đoạn 1.2 Mất đoạn Sự thiếu đoạn NST gồm loại: đoạn (deletion) NST đỉnh (deficiency) Đoạn NST bị nhỏ mang gen phần gen Trong trường hợp hiệu kiểu hình giống xuất alen đột biến locus Các đoạn khơng có đột biến nghịch, đoạn NST bị khó ngẫu nhiên gắn trở lại đột biến Nhờ đoạn phân biệt với đột biến gen Sự đoạn dài NST thường gây chết cân di truyền gen Hình 13.3 Sơ đồ mơ tả tương "giả trội" Sự đỉnh đoạn NST mang gen trội A cho phép alen lặn a có biểu kiểu hình Khi sinh vật dị hợp tử (Aa), đoạn có A alen lặn a NST có biểu kiểu hình Hiện tượng gọi "giả trội" (Pseudodominant), thật locus tương ứng trạng thái bán dị hợp tử (Hemizygote) Tiếp hợp giảm phân I có đoạn Sự đoạn cá thể dị hợp phát kì trước giảm phân I NST tương đồng bắt cặp Nếu có đoạn thấy xuất vịng trịn khơng có đoạn NST tương đồng Ví dụ đột biến đoạn người: vai ngắn NST số 5, karyotype 46,XY,del(5p) dẫn đến hội chứng mèo kêu (Cri du chat) Trẻ sơ sinh bị hội chứng có tiếng khác mèo kêu Bệnh gặp với tần số 1/50.000 trẻ, biểu chậm trí, đầu nhỏ sống tới lúc trưởng thành Sự phần vai dài NST số 22 (được gọi NST Philadelphia, lấy tên thành phố nơi phát đầu tiên) Nó tìm thấy tế bào tủy xương (cùng với tế bào có NST bình thường) 90% người bệnh bạch huyết myelocyt kinh niên (một dạng ung thư) Thường đoạn bị chuyển đến NST dài (thường NST số 9) 1.3 Lặp đoạn (tăng đoạn - Duplication) Các lặp đoạn NST tăng lên nhiều cách khác Nói chung lặp đoạn khơng gây hậu nặng nề đoạn, chí số lặp đoạn có lợi cho tiến hóa tạo vật liệu di truyền Lặp đoạn cạnh nhau, xa NST hay vào NST khác Nhờ lặp đoạn nghiên cứu ảnh hưởng số lượng vị trí khác mức bình thường đoạn NST hay gen Kiểu hình lặp đoạn có trội, có lặn hay trung gian có tác động tích lũy Trường hợp điển hình lặp đoạn đột biến trội mắt thỏi Bar (B) nằm NST X Drosophila Trường hợp tăng đoạn, dị hợp tử +/Bar mắt bé bình thường ít, hẹp cạnh nên có dạng kéo dài Ruồi đồng hợp BB có mắt nhỏ Nếu lặp đoạn đơi, tăng bình thưịng đoạn đột biến Bar kép, có kiểu hình mắt nhỏ nên gọi "thỏi kép" Số đoạn lặp lại đến đoạn thành "siêu Bar" mắt nhỏ Gen mắt thỏi B có tác động gia tăng theo chiều giảm kích thước mắt, số đoạn lặp nhiều, mắt bé Có trường hợp khác, lặp đoạn tác động theo hướng ngược lại, số đoạn tăng kiểu hình trở bình thường Các kiểu gen hoang dại, Bar Bar kép tương ứng với đoạn NST khổng lồ Sự tăng đoạn Bar nhân tố trội mặt di truyền Khi nuôi ruồi Bar đồng hợp tử BB nhận thấy ruồi hoang dại xuất ruồi với tần số1/1.600 ruồi Bar kép xuất với tần số tương tự Sự xuất kiểu hình bất thường giải thích trao đổi chéo khơng cân tiếp hợp giảm nhiễm I 1.4 Đảo đoạn (Inversion) Đảo đoạn xảy lúc đoạn đứt quay 1800 nối lại Giả sử trình tự bình thường đoạn NST 1-2-3-4-5-6, hai chỗ bị đứt xảy vùng 2-3 5-6 đoanh bị đứt nối đảo ngược Như NST có đoạn 1-2-5-4-3-6 Hình 13.4 Nguồn gốc đảo đoạn Đảo đoạn mang tâm động (Pericentric inversion) Tâm động nằm bên đoạn bị đảo Trong giảm nhiễm I NST tương đồng tiếp hợp tạo vòng tròn kép Nếu trao đổi chéo xảy sợi NST đơn vùng đảo đoạn chromatid NST thường có chiều dài khơng cân Trong trường hợp này, sản phẩm giảm phân vừa có lặp đoạn lại có đoạn nên sức sống Nữa khác giao tử (khơng có trao đổi chéo) có sức sống bình thường gồm 1/4 có đoạn với trình tự gen bình thường 1/4 có đảo đoạn Ví dụ dị hợp tử có đảo đoạn xảy trao đổi chéo vùng 3-4 Các NST tái tổ hợp có đoạn trắng đoạn đen làm giao tử sức sống có gen thừa, có gen thiếu + NST đen trắng bên trái có gen (6-3-4-56) (2 gen 6, thiếu gen 1-2) + NST đen trắng bên phải có gen (1-2-5-4-3-2-1) (2 gen 1-2, lại thiếu gen 6) Hình 13.5 Trao đổi chéo xảy đoạn đảo Hình 13.6 Cặp nhiễm sắc thể dị hợp đảo đoạn hình thành vịng giảm phân (a) Sơ đồ tạo vòng (b) Ảnh chụp hiển vi điện tử q trình tạo vịng Đảo đoạn khơng mang tâm động (Paracentric inversion) Hình 13.7 Trao đổi chéo xảy đoạn bị đảo Hình 13.8 Sản phẩm giảm phân kết trao đổi chéo đơn vịng đảo đoạn khơng mang tâm động Tâm động nằm đoạn bị đảo Trao đổi chéo xảy bên đoạn đảo tạo NST hướng tâm (có tâm động - dêcntric chromosome) kì sau I tạo nên cầu nối, nối cực tế bào Cầu nối bị đứt chỗ tạo đoạn không cân chứa lặp đoạn đoạn Ví dụ trường hợp xảy trao đổi chéo 4-5 Trao đổi chéo xảy đoạn không mang tâm động Các NST trao đổi chéo (trắng hay đen cả) tạo giao tử có sức sống, số khác tạo giao tử sức sống khơng cân di truyền Đoạn không tâm động (acentric fragment) tạo bị khơng di chuyển cực Một sản phẩm giảm phân sức sống thừa thiếu gen, 1/4 có sức sống bình thường 1/4 có sức sống với NST có đảo đoạn Biến đổi cấu trúc NST 1.5 Chuyển đoạn (Translocation) Chuyển đoạn trao đổi đoạn NST khơng tương đồng Trao đổi đoạn xảy đôi NST tương ứng (thường khác chức năng) X Y NST khác đôi Sự chuyển đoạn thuận nghịch (reciprocal) xảy tao đổi đoạn NST không tương đồng Trong giảm phân, NST có chuyển đoạn tiếp hợp với tạo nên hình chéo Tiếp theo NST đẩy để cực, có trường hợp: + Bốn NST vào cuối kỳ trước I đẩy tạo nên vòng tròn Sự phân ly trường hợp tạo nên giao tử khơng sức sống mang số NST có dư thiếu gen Ví dụ: 1-4-3-4 thiếu 1-2-2-3 thiếu + Sự hình thành số đẩy chéo NST Trong trường hợp giao tử tạo nên có sức sống có cân gen (mỗi giao tử có 1-2-3-4) Hai trường hợp xảy với xác suất nên dạng có chuyển đoạn thường bất dụcc (50% giao tử chết) Tiêu chuẩn thứ hai để phát chuyển đoạn có thay đổi nhóm liên kết gen Một số gen nhóm liên kết gen chuyển sang nhóm liên kết gen khác Ngoài hệ di truyền trên, chuyển đoạn gây hiệu vị trí (position effect) Các gen dời chỗ có biểu khác, ví dụ từ vùng đồng nhiễm sắc (euchromatin) chuyển sang vùng dị nhiễm sắc (heterochromatin) có hoạt tính Hình 13.9 Quá trình giảm phân xảy thể dị hợp chuyển đoạn Sự hình thành chuyển đoạn tiếp hợp chúng giảm phân I * Nhiễm sắc thể (Isochromosome) Các NST có hai vai dài khơng chuyển thành NST với vai chiều dài tương đồng với mặt di truyền nhờ phân chia tâm động khác thường vng góc với tách tâm động bình thường NST X tâm mút Drosophila chuyển thành dạng"X dính" phân chia tâm động theo chiều vng góc với bình thường Do phân chia khác thường đó, chromatid thay phân li cựu lại dính nhau, có đoạn bị * Chuyển đoạn Robertson (Robertsonian translocation) Một chuyển đoạn đặc biệt gọi Robertson Đây trường hợp hình thành NST tâm nối lại NST Chuyển đoạn thuận nghịch thực giưa NST tâm đầu A B, A bị đứt phía tâm động tạo vai dài tâm động, B bị đứt đầu mút ngắn tâm động, đoạn nối tạo NST tâm mang tâm động B Đoạn có tâm động A với vai ngắn nối với đoạn ngắn B hình thành NST có tâm động A NST có nhiều châtss dị nhiễm sắc khơng quan trọng nên thường Chuyển đoạn Robertson có hậu làm giảm số lượng NST Hình 13.10 Chuyển đoạn Roberson Sự hình thành NST tâm nối lại NST tâm đầu (chuyển đoạn Robertson) Người có 46 NST, vượn người (hắc tinh tinh, khỉ đột, đười ươi) có 48 NST NST thứ hai người gồm hai đoạn giống NST khác vượn người Rất từ tổ tiên chung, chuyển đoạn Robertson tạo nên loài người nối lại NST khác nhau, làm giảm số lượng cịn 46 thay 48 loài vượn người II Đột biến số lượng NST Đa bội thể (polyploidy): hiểu theo nghĩa rộng thay đổi số lượng NST Sự thay đổi số lượng NST có nhiều kiểu: đa bội nguyên (euploidy), đa bội lai (alloploidy) đa bội lệch (aneuploidy) Đa bội nguyên Sự tăng nguyên lần NST đơn bội loài, gọi đa bội thể nguyên hay đa bội thể Đây đa bội hiểu theo nghĩa hẹp, có cá thể 2n NST dạng 3n, 4n, 5n dạng đa bội thể - Thể đơn bội (Monoploid): số sinh vật Eukaryote bậc thấpnhư vi nấm, vi tảo có nhân dơn bội Các thể đơn bội sinh vật bậc cao thường có sức sống dạng lưỡng bội bình thường Các thực vật đơn bội tìm thấy thường bất thụi Một số động vật tồn dạng đon bội Một ngoại lệ đáng lưu ý ong đực ong vò vẽ - Thể tam bội (Triploid): tam bội NST (3n) tạo nên kết hợp giao tử đơn bội với giao tử lưỡng bội Bộ NST đon bội thứ ba thể tam nhiễm thường phân bố vào tế bào sinh dục với nhiều loại tổ hợp khác nhau, tạo nên giao tử cân di truyền Các thể tam bội có độ bất thụ cao nên thiên nhiên, chúng thường dạng sinh sản vơ tính chuối - Thể tứ bội (Tetraploid): tứ bội NST (4n) xuất tế bào thể tăng đôi số NST tế bào soma Sự tăng đơi số NST xảy nhờ tác động alkaloid colchicine vào tế bào hợp giao tử 2n Trong thể lưỡng bội, tế bào số mô chuyên biệt trở thành đa bội Ví dụ số tế bào gan người thể đa bội, nội nhủ hạt nhiều lồi thực vật thể tam bội Hình 13.11 Thể lưỡng bội (phía trái) thể tứ bội (phía phải) nho Đa bội thể lai: gọi thể dị bội Đa bội thể lai có NST loài khác đứng chung tế bào (2nA + 2nB) Hình 13.12 Thể đa bội lai lúa mì Hình 13.13 Thể đa bội lai tạo thành lai hai loài Raphanus với Brassica Đa bội lệch hay đa nhiễm Sự thay đổi số lượng NST liên quan đến cặp số cặp NST gọi đa bội thể lệch Các dạng đa bội thể lệch: + Thể đơn nhiễm hay thể (2n - 1) + Thể tam nhiễm hay thể ba (2n + 1) + Thể tứ nhiễm hay thể bốn (2n + 2) + Thể tam nhiễm kép (2n + + 1) + Thể vô nhiễm hay thể không (2n - 2) Hình 13.14 Cơ chế hình thành giao tử thừa học thiếu nhiễm sắc thể không chia ly nhiễm sắc thể giảm phân Các thể đa bội lệch người: Ở người nhiều hội chứng di truyền thể đa bội lệch làm thay đổi số lượng cặp NST giới tính, đưa đến dạng: XXX (siêu nữ), XXY (Klinefelter), OX (Turner), OY (chết) + Hội chứng Turner Henry Turner mô tả người nữ NST X (OX), có cơng thức 2n - = 45 Hội chứng có nhiều biểu đặc trưng lùn (chiều cao < 1,5 m), quan sinh dục phát triển (khơng dậy thì), thơng minh Hình 13.15 Đặc điểm hội chứng Turner (XO) + Hội chứng Klinefelter Henry Klinefelter mô tả người nâm dư NST X (XXY), công thức 2n + = 47 Hội chứng có biểu đặc trưng bất thụ, ngón tay, chân dài, phát triển ngực, có tính nữ suy giảm trí tuệ + Người siêu nữ (XXX)_ dư NST X, gen 2n + = 47, thối hóa, suy giảm trí tuệ + Hội chứng Down Langdon Down phát hiện, thường tam nhiễm cặp NST số 21 người Tỷ lệ xuất khoảng 1/600 trẻ sơ sinh Người bệnh có số biểu đặc trưng như: thối hóa trí tuệ, mắt giống mắt người Mơng cổ Có mối liên hệ thuận số trẻ sinh mắc bệnh Down tuổi bà mẹ Tỷ lệ 1/500 bà mẹ 20 - 30 tuổi, 1/300 bè mẹ 40-45 tuổi 1/60 bà mẹ lớn 45 tuổi Tuổi cha không ảnh hưởng Ở người đơn nhiễm thấy hơn, có lẽ mang nhiều gen lặn nguy hiểm, nên trạng thái bán hợp tử khó sống Hình 13.16 Đặc điểm hội chứng Clinefelter (XXY) Hình 13.16 Nguồn gốc Hội chứng Down Hình 13.17 Đặc điểm hội chứng Down III Đột biến gây tạo hay cảm ứng Tác động gây đột biến xạ ion hóa Tia X, tia phóng xạ , , , neutron tia tử ngoại tác nhân gây đột biến Trừ tia tử ngoại có khả xuyên thấu yếu nên tác động lên sinh vật đơn bào giao tử, tia khác có tác dụng gây đột biến lên tất dạng sinh vật Tác dụng gây đột biến phóng xạ có đặc điểm: - Khơng có ngưỡng tác dụng, tức khơng có liều vơ hại - Số lượng đột biến tỷ lệ thuận với liều lượng phóng xạ, khơng phụ thuộc cường độ thời gian chiếu xạ 1.1 Bức xạ ion hóa Ánh sáng nhìn thấy phần nhỏ phổ sóng điện từ Sóng có bước sóng ngắn chứa lượng lớn khả xuyên thấu mạnh So với ánh sáng nhìn thấy (bước sóng khoảng 10-4 m), tia X, tia , tia vũ trụ có bước sóng từ nm ngắn hơn, gọi xạ ion hóa Các xạ tạo nhờ máy chiếu tia X, proton, neutron phát từ nguồn phóng xạ radium, cobalt 60, tạo tia anpha, beta gamma 1.2 Ảnh hưởng liều lượng (dose) cường độ xạ (radiation intensity) Các thí nghiệm sau năm 1927 với xạ lượng cao cho thấy đột biến gây tạo (đột biến cảm ứng) phụ thuộc lớn vào liều lượng, liều lớn tần số đột biến cao Khi liều lượng cao, phụ thuộc có phức tạp hơn, nhiều tế bào bị chết Điểm đáng lưu ý, nhiều nghiên cứu cho thấy xạ ion hóa có hiệu gây đột biến tất sinh vật khơng có liều lượng ngưỡng, có nghĩa dù liều lượng thấp có khả gây đột biến Tác động tia tử ngoại Tia tử ngoại có bước sóng dài (10-5-10-6 cm) nên khó tạo ion, có lẽ tác động đến chất hấp thu trực tiếp Trong tế bào chất hữu mạch vòng chủ yếu purin pyrimidin hấp thu trực tiếp tia tử ngoại Mối liên quan chặt chẽ tia tử ngoại cấu phần ADN chứng minh ADN hấp thu tia tử ngoại mạnh bước sóng 2537 Ơ, bước sóng làm tăng tần số đột biến hạt phấn bắp Dưới tác dụng tia tử ngoại, cytosine gắn thêm phân tử nước vào liên kết C=C mạch vòng thymine bị đứt liên kết C=C mạch vòng nối phân tử thành dimer thymine Các tác nhân gây đột biến hóa chất Có nhiều hóa chất gây biến dị di truyền, đến tìm hóa chất cho hiệu đột biến cao phóng xạ Các hóa chất gây đột biến có đặc điểm gây hiệu đột biến số đối tượng Các tác nhân gây đột biến hóa học chia thành nhóm sau: Nhóm 1: Các chất ức chế tổng hợp bazơ nitơ cấu trúc ADN cofein, ethyl uretan Nhóm 2: chất đồng đẳng với bazơ nitơ cofein, 5-bromuracil, chất gần giống với bazơ nitơ nên ADN gắn nhầm tổng hợp Nhóm 3: Các chất alkyl hóa làm đứt mạch ADN ethyl methanesulfonate (EMS), methyl methanesulfonate (MMS), ethylene imine (EI) Nhóm 4: Các chất khác chất oxy hóa - khử HNO2, hydroxygenlamine (H2NOH) Nhóm 5: Các chất chêm vào ADN gồm proflavin, chất màu acridin Tất tác nhân gây đột biến tác nhân gây ung thư, tác nhân gây ung thư gây đột biến Hiện nhiều tác nhân gây đột biến sử dụng chọn giống nhằm tăng nguồn biến dị Câu hỏi Bài tập ! Bản chất hậu của đứt gãy nối lại nhiễm sắc thể Hậu đảo đoạn Các hình dạng quan sát giảm nhiễm đồng hợp chuyển đoạn Hậu trao đổi chéo đơn trình hình thành bốn thể dị hợp chuyển đoạn gì? Mơ tả kiện di truyền dẫn đến hình thành ngưới nam XYY Sự khơng phân ly nhiễm sắc thể giới tính xảy người nữ lần giảm phân thứ hai tạo loại trứng nào? Giải thích tăng độ hứu thụ thể lai khác lồi có nhân đôi số lượng nhiễm sắc thể chúng Tài liệu Tham khảo Phạm Thành Hổ 2000 Di truyền học NXB Giáo Dục Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1998) Cơ sở di truyền học NXB Giáo dục Hoàng Trọng Phán 1995 Di truyền học phân tử Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế Anthony J F Griffiths, Susan R Wessler, Richard C Lewontin, William M Gelbart, David T Suzuki, Jeffrey H Miller 2004 An introduction to genetics analysis W.H Freeman Publishers Harlt D.L., Jones E.W 1998 Genetics - Principle and analysis Jone and Bartlett Publshers, Toronto, Canada Stansfield W.D 1991 Schaum’s outline of theory and problems of genetics McGraw-Hill, Companies, Inc., United States of America Watson D.J, Baker T.A., Bell S.P., Gann A., Levine M., Losick R 2004 Molecular biology of the gene Benjamine Cummings, San Francisco, United States of America ... Thành Hổ 20 00 Di truyền học NXB Giáo Dục Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1998) Cơ sở di truyền học NXB Giáo dục Hoàng Trọng Phán 1995 Di truyền học phân tử Trung tâm Đào tạo Từ xa, Đại học Huế Anthony... di truyền tính kháng kháng sinh Tài liệu Tham khảo Phạm Thành Hổ 20 00 Di truyền học NXB Giáo Dục Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1998) Cơ sở di truyền học NXB Giáo dục Hoàng Trọng Phán 1995 Di truyền. .. Phạm Thành Hổ (20 00) Di truyền học NXB Giáo Dục Lê Đình Lương, Phan Cự Nhân (1998) Cơ sở di truyền học NXB Giáo dục Phan Cự Nhân, Nguyễn Minh Công, Đặng Hữu Lanh 1999 Di truyền học NXB Giáo dục