Tài liệu di truyền chọn giống trong nuôi trồng thủy sản gồm 8 chương, chương đầu tiên này giới thiệu về kiến thức cơ sở di truyền trong chọn giống thủy sản như DNA, nhân của tế bào di truyền cũng như các sơ đồ trong di truyền chọn giống, các kỳ phân chia của nhân, tế bào.
DI TRUYỀN – CHỌN GIỐNG SP419 Chương CƠ SỞ VẬT CHẤT CỦA TÍNH DI TRUYỀN Nguyễn Lộc Hiền - Bộ môn Di truyền Giống Nông nghiệp - Khoa Nông nghiệp & SHƯD - ĐHCT Mô (Cơ quan) Tế bào Nhiễm sắc thể DNA Tế bào đơn vị cấu trúc chức tất sinh vật sống, có khả Cá thể tồn đơn vị sống độc lập Nhân tế bào chứa nhiễm sắc thể cấu tạo từ DNA mang thông tin di truyền Tế bào tiền nhân DNA (không có nhân) Màng tế bào Tế bào nhân thật Màng tế bào Tế bào chất Các quan tử Nhân chứa DNA µm Cấu tạo tế bào tiền nhân (Prokaryote) Cấu tạo tế bào tiền nhân điển hình Tế bào vi khuẩn có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, quan tử nhân tế bào, DNA nằm tế bào chất Cấu tạo tế bào tiền nhân Cấu tạo tế bào nhân thật (Eukaryote) Màng nhân Hạch nhân NHÂN Chromatin Trung thể Ribosomes Ty thể Màng tế bào Tế bào động vật tiêu biểu NHÂN Màng nhân Hạch nhân Chromatin Cấu tạo tế bào nhân thật (Eukaryote) Ribosomes Không bào Ty thể Màng tế bào Vách tế bào Lạp thể Tế bào thực vật tiêu biểu Tổ chức tế bào học vật liệu di truyền • Tất DNA tế bào tạo thành gen (genome) tế bào • Một gen bao gồm phân tử DNA đơn (trong tế bào tiền nhân) hay nhiều phân tử DNA (trong tế bào nhân thật) • Các phân tử DNA tế bào nén thành nhiễm sắc thể (chromosomes) • Các loài nhân thật có số lượng nhiễm sắc thể đặc trưng nhân tế bào • Tế bào sinh dưỡng (Somatic cells) có nhiễm sắc thể • Giao tử (Gametes) (tế bào sinh sản tinh trùng trứng) có phân số nhiễm sắc thể có tế bào sinh dưỡng • Nhiễm sắc thể tế bào nhân thật gồm chất nhiễm sắc (chromatin) phức hợp DNA protein 20 µm Nhiễm sắc thể tế bào nhân thật In human being, Nhiễm sắc tử Nhiễm sắc thể tế bào nhân thật Cánh dài Tâm động Cánh ngắn (dạng kép) Nhiễm sắc thể tế bào nhân thật có số lượng, hình dạng kích thước khác đặc trưng cho loài Hình dạng nhiễm sắc thể dựa vào vị trí tâm động Tâm Tâm lệch (Tâm cân) Submetacentric Metacentric Tâm Tâm đầu Acrocentric Tâm lệch Tâm đỉnh (Tâm mút) Telocentric Tâm đỉnh Các dạng nhiễm sắc thể người Sự hiện nhiễm sắc thể dạng đơn bội n (trái) dạng lưỡng bội 2n (phải) tế bào nhiễm sắc thể đơn không tương đồng cặp nhiễm sắc thể (đơn) tương đồng Chỉ có vật liệu di truyền tế bào Có hai vật liệu di truyền tế bào Nhiễm sắc thể tương đồng Nhiễm sắc thể tương đồng Vùng gắn thoi Sao chép Protein kết dính Vùng gắn thoi Nhiễm sắc tử chị em Nhiễm sắc tử chị em Số lượng nhiễm sắc thể lưỡng bội (2n) khác số loài sinh vật Drosophila melanogaster (2n=8) Arabidopsis thaliana (2n=10) Allium cepa (2n=16) Zea mays (2n=20) Oryza sativa (2n=24) Glycine max (2n=40) Mus musculus (2n=40) Homo sapiens (2n=46) Canis familiaris (2n=78) Solanum tuberosum (2n=48) Equus caballus (2n=64) Felis domesticus (2n=38) Coraciiformes (2n=132) Số lượng nhiễm sắc thể lưỡng bội (2n) khác số loài sinh vật ♀ ♂ Myrmecia pilosula ♀ (2n=2) Ophioglossum sp (2n1200-1400) (theo www.wikipedia.org) Phân loại nhiễm sắc thể Nhiễm sắc thể thường Y X Nhiễm sắc thể giới tính Cặp nhiễm sắc thể giới tính XY người đàn ông Các loại nhiễm sắc thể đặc biệt: Polytene chromosome Lampbrush chromosome Nhiễm sắc thể khổng lồ tuyến nước bọt ruồi dấm Nhiễm sắc thể chổi đèn số tế bào trứng loài lưỡng cư Nhiễm sắc thể tế bào tiền nhân Ở tế bào tiền nhân, nhiễm sắc thể có dạng vòng gắn vào màng tế bào Nhiễm sắc thể dạng vòng tế bào vi khuẩn Đó phân tử DNA dạng vòng điểm đầu điểm cuối không gắn với protein để tạo phức hợp nucleoprotein nhiễm sắc thể tế bào nhân thật Đặc điểm phân chia tế bào Sự phân chia tế bào giúp truyền đạt toàn thông tin di truyền cho hệ tế bào sau Những vật liệu truyền đạt cần thiết cho tồn tế bào, sinh trưởng phát triển sinh vật sử dụng thông tin di truyền Điểm khởi đầu chép Vách tế bào Màng plasma Nhiễm sắc thể Sự phân chia tế bào tế bào tiền nhân DNA nhiễm sắc thể bắt đầu chép Tế bào bắt đầu phân chia Tế bào vi khuẩn E coli Tế bào tiền nhân phân chia theo kiểu phân cắt đôi tế bào Thế hệ cha mẹ Mitosis Chu kỳ tế bào Phân chia tế bào Sinh sản vô tính Sinh sản hữu tính Sinh sản & Di truyền Vòng đời Meiosis Thế hệ cháu Tổng quát sinh sản di truyền sinh vật nhân thật 10 Giai đoạn tiến kỳ Hai nhiễm sắc tử (trong nhiễm sắc thể kép) tách tâm động Nhờ co giãn sợi tơ vô sắc nhiễm sắc tử trượt hai cực tế bào Giai đoạn chung kỳ Nhiễm sắc thể mở xoắn trở dạng sợi mảnh, thoi vô sắc biến Màng nhân hạch nhân hình thành trở lại - Tế bào chất quan tử phân chia 14 Giai đoạn chung kỳ Eo thắt tế bào động vật Vách ngăn tế bào thực vật Chu kỳ tế bào G1 trình phân bào nguyên nhiễm S M G2 Nguyên phân Tiền kỳ Chung kỳ Tiến kỳ Đầu biến kỳ Biến kỳ 15 Kỳ trung gian Đầu tiến kỳ Đầu chung kỳ Tiền kỳ Biến kỳ Cuối tiến kỳ Cuối chung kỳ Kỳ trung gian giai đoạn trình phân bào nguyên nhiễm trình phát triển phôi cá Whitefish Các giai đoạn trình phân bào nguyên nhiễm tế bào chóp rễ hành Allium sp (2n = 16) 16 Phân bào giảm nhiễm (Meiosis) o o o o o Xảy tế bào sinh dục Gồm lần phân chia liên tiếp: giảm phân giảm phân nhiễm sắc thể nhân đôi lần Mỗi lần phân bào gồm giai đoạn: Tiền kỳ, Biến kỳ, Tiến kỳ Chung kỳ Tiền kỳ chia thành giai đoạn nhỏ có tiếp hợp trao đổi chéo xảy cặp nhiễm sắc thể tương đồng tạo nguồn biến dị đa dạng Kết quả: Số lượng nhiễm sắc thể tế bào giống giảm so với tế bào mẹ (từ tế bào 2n tế bào n) thành phần nhiễm sắc thể không giống Đóng vai trò quan trọng trình sinh sản hữu tính, đảm bảo nhiễm sắc thể loài ổn định tạo đa dạng sinh vật Tế bào trãi qua giảm phân tế bào lưỡng bội đa bội Phân bào giảm nhiễm (Meiosis) Leptotene Zygotene Pachytene Diplotene Diakinesis Prophase Metaphase Anaphase Telophase Interphase Prophase Metaphase Anaphase Telophase Tứ tử (Tứ thể tiểu bào tử) Hạt phấn non 17 Giai đoạn tiền kỳ phân bào giảm nhiễm Zygotene Pachytene Leptotene (Hiệp ty Hậu ty) Diplotene Diakinesis (Mành ty) (Song ty Xuyên động) Trao đổi chéo Trao đổi chéo (crossing-over) hai nhiễm sắc tử “không chị em” cặp tương đồng Tetrad Tâm động Tâm động Các điểm bắt chéo (chiasma) (mủi tên) quan sát kính hiển vi điện tử tinh hoàn Châu Chấu 18 Giai đoạn biến kỳ tiến kỳ phân bào giảm nhiễm Biến kỳ Tiến kỳ Biến kỳ Giảm phân Tiến kỳ Giảm phân Giảm phân: Sự giảm số lượng nhiễm sắc thể tế bào n=2 (kép) 2n=4 (kép) Giảm nhiễm n=2 (đơn) Giảm nhiễm Tiền kỳ Chung kỳ Chung kỳ Lưỡng bội Đơn bội Đơn bội 19 Giảm nhiễm tạo biến dị di truyền Trường hợp Trường hợp Hai xếp có nhiễm sắc thể giai đoạn biến kỳ Biến kỳ Giao tử Tổ hợp Tổ hợp Tổ hợp Tổ hợp Nguyên phân Nguyên phân – Cơ chế cho ổn định Giảm phân Giảm phân – Cơ chế cho đa dạng So sánh trình nguyên phân giảm phân tế bào lưỡng bội 20 So sánh trình nguyên phân giảm phân tế bào lưỡng bội Đặc điểm Nguyên nhiễm Giảm nhiễm Sao chép DNA Xảy suốt gian kỳ Xảy suốt gian kỳ trước trước nguyên phân xảy giảm phân I xảy Số lần phân chia Xảy lần, gồm kỳ Xảy hai lần, lần gồm kỳ Sự tiếp hợp nhiễm sắc thể tương động Không xảy Xảy tiền kỳ I tiếp sau sụ trao đổi chéo nhiễm sắc tử không chị em cặp nhiễm sắc thể tương đồng Số tế bào thành phần di truyền (*) Hai tế bào lưỡng bội (2n) Bốn tế bào đơn bội (n), chứa giống mặt di truyền phân số nhiễm sắc thể có giống hệt với tế bào mẹ tế bào mẹ; khác mặt di truyền khác với tế bào mẹ Vai trò Quan trọng trình Tạo giao tử; tạo đa dạng di sinh trưởng phát triển; làm truyền giao tử; sở tế bào; sở sự sinh sản hữu tính sinh sản vô tính (*) Trường hợp tế bào mẹ lưỡng bội (2n) ♀ Noãn nguyên bào 2n ♂ Tinh nguyên bào Giai đoạn tăng trưởng (Nguyên phân) Noãn bào sơ cấp 2n Tinh bào sơ cấp Giảm phân Noãn bào thứ cấp n Tinh bào thứ cấp Giảm phân Noãn cầu Thể cực Thể cực cấp cấp n Tinh tử Giai đoạn biệt hóa n Trứng Tinh trùng Quá trình hình thành giao tử động vật người 21 Sự thụ tinh người động vật Tinh trùng Hợp tử Trứng Tinh trùng ♂ (n) Hợp tử (2n) Phôi (2n) + Trứng ♀ (n) Đơn bội (n) Cá thể với tính trạng truyền từ hai cha mẹ Giao tử đơn bội (n = 23) n Trứng n Tinh trùng Thụ tinh Meiosis Người trưởng thành lưỡng bội, đa bào (2n = 46) Hợp tử lưỡng bội, đơn bào (2n = 46) Phát triển 2n Lưỡng bội (2n) Vòng đời người 22 Quá trình hình thành giao tử thực vật ♂ Tế bào sinh dục nguyên thủy 2n Tế bào sinh dục nguyên thủy 2n ♀ Nguyên phân Tế bào mẹ tiểu bào tử 2n Tế bào mẹ đại bào tử 2n Giảm phân n n Tứ thể tiểu bào tử Tiểu bào tử n n n n n Đại bào tử n Hạch phân n nhân sinh dục Thể cực n n Hạch phân lần Hạt phấn n n n n n nhân sinh dưỡng Hạch phân lần n n trợ cầu Đại bào tử n Noãn cầu (trứng) Sự hình thành hạt phấn (giao tử đực) n n n n n đối cầu Túi phôi nhân phụ Sự hình thành túi phôi (giao tử cái) Túi phấn Nang đại bào tử Tế bào mẹ tiểu bào tử Tiểu noãn MEIOSIS Lổ noãn Tứ thể tiểu bào tử Tế bào mẹ đại bào tử Vỏ tiểu noãn Đại bào tử thể cực Tiểu bào tử MITOSIS Tiểu noãn Đối cầu (3) Nhân sinh dục Nhân phụ (2) Trứng (1) Vỏ tiểu noãn 75 µm Hạt phấn Ghi 100 µm Nhân sinh dưỡng 20 µm Trợ cầu (2) Túi phôi Đơn bội (n) Lưỡng bội (2n) 23 Quá trình thụ tinh kép thực vật Nhân sinh dục ♂ (n) + Noãn cầu ♀ (n) Hợp tử (2n) Phôi (2n) Nhân sinh dục ♂ (n) + nhân phụ ♀ (n + n) Phôi nhũ (nội nhũ) (3n) Hạt phấn Nướm nhụy Ống phấn Hạt phấn nảy mầm đưa ống phấn phía bầu noãn nhân sinh dục Vòi nhụy Bầu noãn Tiểu noãn chứa túi phôi Nhân phụ Trứng Lổ noãn Tiểu noãn Nhân phụ Hai nhân sinh dục đưa vào túi phôi Sự thụ tinh tạo thành hợp tử phôi nhủ (nội nhủ) Trứng nhân sinh dục Phôi nhủ (3n) (2 nhân phụ nhân sinh dục) Hợp tử (2n) (trứng nhân sinh dục) Quá trình thụ phấn thụ tinh kép thực vật 24 Tiểu noãn Phôi nhủ Vỏ tiểu noãn Hộp tử Hợp tử Mầm phôi Lá mầm Mầm chồi Mầm rễ Vỏ hạt Phôi nhủ Sự hình thành hạt Cấu tạo hạt Vỏ hạt Rễ mầm Trục thượng diệp Trục hạ diệp Tử diệp (lá mầm) Đậu Phaseolus vulgaris – Cây song tử diệp (hai mầm) Vỏ hạt Lá mầm Bao mầm Phôi nhủ Trục thượng diệp Trục hạ diệp Bao rề mầm Rể mầm Bắp Zea mays – Cây đơn tử diệp (một mầm) 25 Sự hình thành trái Tâm bì Hoa Nướm nhụy Nhị đực Bầu noãn Vỏ bầu noãn Tiểu noãn Trái đơn Hạt Trái Nhị đực Nướm nhụy Bầu noãn Vỏ trái Mỗi mắt phát triển từ tâm bì hoa Trái đậu Trái Raspberry Trái khóm Trái đơn Một trái đơn phát triển từ tâm bì đơn hay nhiều tâm bì chung hoa, loại đậu, có múi Trái chùm Một trái chùm phát triển từ nhiều tâm bì rời hoa Ví dụ loại dâu Trái phức Một trái phức phát triển từ nhiều tâm bì nhiều hoa Ví dụ trái khóm, sung Sự nẩy mầm hạt Đậu Phaseolus vulgaris – Cây song tử diệp (hai mầm) Bắp Zea mays – Cây đơn tử diệp (một mầm) 26 Vòng đời thực vật hạt kín Hạt phấn nẩu mầm (n) Túi phấn Bầu noãn Tiểu noãn Túi phôi (n) Ống phấn THỤ TINH Trứng (n) Cây trưởng thành(2n) Key Ghi chú: Đơn bội (n) Lưỡng bội (2n) Nhân sinh dục (n) Hợp tử (2n) Hạt Phôi mầm (2n) Trái (2n) Sinh sản vô tính Tạo chồi từ mắt sống đời Sinh sản vô tính từ nuôi cấy mô tế bào Sự hình thành chồi từ mắt rễ củ khoai lang Dung hợp tế bào trần Ghép xoài Tạo dòng vô tính công nghệ di truyền 27 Sinh sản hữu tính Sự thụ phấn nhờ gió Sự giao phối Ruồi Hoverfly Sự thụ phấn nhờ chim côn trùng thực vật Sự tiếp hợp Trùng đế giày Paramecium aurelia Sự thụ tinh người Những yếu tố đóng góp vào biến dị hệ cháu Trao đổi chéo nhiễm sắc thể giai đoạn tiền kỳ Sự phân ly ngẫu nhiên nhiễm sắc thể giai đoạn biến kỳ Sự kết hợp ngẫu nhiên giao tử trình thụ tinh 28 [...]... Giai đoạn biến kỳ và tiến kỳ ở phân bào giảm nhiễm Biến kỳ 1 Tiến kỳ 1 Biến kỳ 2 Giảm phân 1 Tiến kỳ 2 Giảm phân 2 Giảm phân: Sự giảm số lượng nhiễm sắc thể ở tế bào con n=2 (kép) 2n=4 (kép) Giảm nhiễm 2 n=2 (đơn) Giảm nhiễm 1 Tiền kỳ 1 Chung kỳ 1 Chung kỳ 2 Lưỡng b i Đơn b i Đơn b i 19 Giảm nhiễm tạo ra sự biến dị di truyền Trường hợp 2 Trường hợp 1 Hai sự sắp xếp có thể có của nhiễm sắc thể ở giai... Đầu biến kỳ Biến kỳ 15 Kỳ trung gian Đầu tiến kỳ Đầu chung kỳ Tiền kỳ Biến kỳ Cu i tiến kỳ Cu i chung kỳ Kỳ trung gian và các giai đoạn của quá trình phân bào nguyên nhiễm trong quá trình phát triển ph i của cá Whitefish Các giai đoạn của quá trình phân bào nguyên nhiễm ở tế bào chóp rễ hành Allium sp (2n = 16) 16 Phân bào giảm nhiễm (Meiosis) o o o o o Xảy ra ở tế bào sinh dục Gồm 2 lần phân chia liên... đơn ở đầu gian kỳ Nhiễm sắc thể kép ở cu i gian kỳ đến trước nhiễm sắc thể phân chia Nguyên phân Nhiễm sắc thể đơn ở tế bào con Nhiễm sắc thể đơn ở tế bào con Gian kỳ Tiền kỳ Đầu biến kỳ Phân bào nguyên nhiễm Biến kỳ Tiến kỳ Chung kỳ 12 Giai đoạn tiền kỳ Đầu tiền kỳ Cu i tiền kỳ Nhiễm sắc thể bắt đầu co xoắn từ đầu tiền kỳ cho đến cu i tiền kỳ đạt trạng th i xoắn cực đ i và thể hiện dạng nhiễm sắc thể... (Tứ thể tiểu bào tử) Hạt phấn non 17 Giai đoạn tiền kỳ 1 ở phân bào giảm nhiễm Zygotene Pachytene Leptotene (Hiệp ty Hậu ty) Diplotene Diakinesis (Mành ty) (Song ty Xuyên động) Trao đ i chéo Trao đ i chéo (crossing-over) giữa hai nhiễm sắc tử “không chị em” trong cặp tương đồng Tetrad Tâm động Tâm động Các i m bắt chéo (chiasma) (m i tên) quan sát được dư i kính hiển vi i n tử ở tinh hoàn... lo i Vào cu i tiền kỳ, màng nhân và hạch nhân biến mất, thoi vô sắc được hình thành Giai đoạn biến kỳ Nhiễm sắc thể tập trung ở mặt phẳng xích đạo Tâm động của nhiễm sắc thể đính trên s i tơ vô sắc Nhiễm sắc thể ở giai đoạn biến kỳ của quá trình phân chia nguyên nhiễm (tr i) , kiểu nhân (ph i) 13 Giai đoạn tiến kỳ Hai nhiễm sắc tử (trong nhiễm sắc thể kép) tách nhau ở tâm động Nhờ sự co giãn... khi giảm phân I xảy ra Số lần phân chia Xảy ra một lần, gồm 4 kỳ Xảy ra hai lần, m i lần gồm 4 kỳ Sự tiếp hợp của các nhiễm sắc thể tương động Không xảy ra Xảy ra ở tiền kỳ I và tiếp sau là sụ trao đ i chéo giữa các nhiễm sắc tử không chị em trong cặp nhiễm sắc thể tương đồng Số tế bào con và thành phần di truyền (*) Hai tế bào con lưỡng b i (2n) Bốn tế bào con đơn b i (n), chứa giống nhau về mặt di. .. nhau về mặt di truyền phân nữa số nhiễm sắc thể có và giống hệt v i tế bào mẹ trong tế bào mẹ; khác nhau về mặt di truyền và khác v i tế bào mẹ Vai trò Quan trọng trong quá trình Tạo ra giao tử; tạo ra sự đa dạng di sinh trưởng và phát triển; làm truyền trong các giao tử; là cơ sở m i tế bào; là cơ sở của sự của sự sinh sản hữu tính sinh sản vô tính (*) Trường hợp tế bào mẹ là lưỡng b i (2n) ♀ Noãn... phân chia liên tiếp: giảm phân 1 và giảm phân 2 nhưng nhiễm sắc thể chỉ nhân đ i một lần M i lần phân bào gồm 4 giai đoạn: Tiền kỳ, Biến kỳ, Tiến kỳ và Chung kỳ Tiền kỳ 1 được chia thành 5 giai đoạn nhỏ và có sự tiếp hợp và trao đ i chéo xảy ra trong cặp nhiễm sắc thể tương đồng tạo nguồn biến dị và đa dạng Kết quả: Số lượng nhiễm sắc thể ở các tế bào con giống nhau và giảm một nữa so v i tế bào mẹ (từ... bào n) nhưng thành phần nhiễm sắc thể không giống nhau Đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh sản hữu tính, đảm bảo bộ nhiễm sắc thể của từng lo i ổn định và tạo ra sự đa dạng sinh vật Tế bào tr i qua giảm phân là những tế bào lưỡng b i hoặc đa b i Phân bào giảm nhiễm (Meiosis) Leptotene Zygotene Pachytene Diplotene Diakinesis Prophase 1 Metaphase 1 Anaphase 1 Telophase 1 Interphase Prophase 2 Metaphase... thụ phấn và thụ tinh kép ở thực vật 24 Tiểu noãn Ph i nhủ Vỏ tiểu noãn Hộp tử Hợp tử Mầm ph i Lá mầm Mầm ch i Mầm rễ Vỏ hạt Ph i nhủ Sự hình thành hạt Cấu tạo hạt Vỏ hạt Rễ mầm Trục thượng di p Trục hạ di p Tử di p (lá mầm) Đậu Phaseolus vulgaris – Cây song tử di p (hai lá mầm) Vỏ hạt Lá mầm Bao lá mầm Ph i nhủ Trục thượng di p Trục hạ di p Bao rề mầm Rể mầm Bắp Zea mays – Cây đơn tử di p (một lá mầm)