những ứng dụng của di truyền học.

BÀI KIỂM TRA GIỮA KÌ ỨNG DỤNG CỦA DI TRUYỀN HỌC Di truyền học ngành khoa học nghiên cứu hai đặc tính sống tính biến dị tính di truyền mà thiếu chúng sống tồn phát triển người đặc móng cho di truyền học mendel ông người phát quy luật di truyền kết nghiên cứu ông trình bày trước “ hội nhà tự nhiên học thành phố Brno” Cả hai báo cáo công bố dạng dài 44 trang “các thí nghiệm lai thực vật” phát minh mendel trước thời đại,mãi đến 35 năm sau vào năm 1900 nhà khoa học Hugo Marie de Vries, Erich Karl Correns E.Von Tschermark độc lập nghiên cứu với lần phát lại quy luật mendel năm 1900 xem năm khai sinh di truyền học Năm 1944 O.Avery Mc carty thực biến nạp, chứng minh trục tiếp AND vật chất di truyền Năm 1953 mô hình cấu trúc AND watson – crick đời coi phát minh lớn kỉ 19 Tạo bước ngoặc cho di truyền sinh học nói chung Học thuyết trung tâm sinh học phân tử đời: ADN→mARN→protein Nếu thể kỉ 21 kỉ sinh học di truyền học trọng tâm phát triển Di truyền học ứng dụng rộng rãi lĩnh vực y học, nông nghiệp, công nghiệp Với ứng dụng cụ thể chọn , tạo giống vật nuôi trồng chuẩn đoán sớm bệnh tật di truyền người có khả chữa bệnh dùng điều tra tội phạm Mỗi giống vật nuôi trồng có mức trần suất muốn tăng xuất phải thay đổi giống Các ứng dụng di truyền học chọn, tạo giống ứng dụng di truyền học tạo giống từ nguồn biến dị tổ hợp: ta biết biến dị tổ hợp kết lai tạo quy luật di truyền mendel số giao tử tối đa tạo thành giảm của kiểu gen 2n n số cặp gen di hợp.mà thể người động vật có nhiều gen khác số lượng giao tử khác tạo thành thể lớn phân li độc lập nhiễm sắc thể giảm phân bắt cặp trao đổi chéo nhiễm sắc thể kì đầu giảm phân Sau giao tử kết hợp ngẫu nhiên thụ tinh tạo thành biến dị tổ hợp biến dị tổ hợp nguồn để chọn, tạo giống -Ta tạo giống từ nguồn biến dị tổ hợp chúng trải qua bước: tạo dòng chủng khác sau lai chúng với chọn lọc tổ hợp gen mong muốn cho chúng tự thụ phấn hay giao phối gần để tạo thành dòng thần chuẩn -Chúng ta tạo giống lai có ưu lai cao: biết ưu lai tượng lai có suất, phẩm chất, sức chống chịu, khả sinh trưởng phát triển vượt trội so với dạng bố mẹ ưu lai thể cao F1 Chính ưu lai dùng sản xuất, để tạo giống có ưu lai cao tạo dòng thuẩn khác sau cho lai chúng với tuyển chọn tổ hợp lai có ưu lai cao mong muốn để thu lai có ưu lai cao dùng phương pháp lai thuận, lai nghịch, lai khác dòng đơn, lai khác dòng kép -Ứng dụng di truyền học phương pháp gây đột biến: Gây đột biến phương pháp dùng tác nhân vật lí, hóa học nhằm thay đổi vật liệu di truyền sinh vật Quá trình tạo giống phương pháp gây đột biến trải qua bước: Bước 1:xử lí mẫu vật tác nhân gây đột biến Bước 2:chọn lọc cá thể đột biến có kiểu hình mong muốn Bước 3:tạo dòng Các thành tựu tạo giống phương pháp gây đột biến Việt Nam như: +Gây đột biến tác nhân vật lí: giống lúa mộc tuyền gây đột biến tia gama tạo thành giống lúa MT1 có nhiều đặc tính quý chín sớm, rút ngắn thời gian canh tác, thấp cứng cây, không bị đổ ngã gió lớn, chịu chua, phèn nên canh tác nhiều vùng khác suất tăng 15-25%.chọn lọc từ 12 dòng đột biến giống ngô khởi đầu tạo giống ngô DT6 chín sớm, suất cao, hàm lượng protein tăng 1.5% +Gây đột biến tác nhân hóa học: xử lí giống táo gia lộc NMU ( nitrozo metylure) tạo giống táo má hồng cho vụ năm Khối lượng tăng cao thơm ngon Chất consixin gây đột biến đa bội dùng để tao trồng thể đa bội cho thu hoạch thân sợi dâu tằm, dương liễu, trái không hạt nâng cao hàm lượng đường trồng có hình thức sinh sản hữu tính dưa hấu nho Dâu tằm tam bội (3n) có nhiều đặc tính quý như: bảng dày, xuất cao -Chúng ta tạo giống công nghệ tế bào: có tạo giống công nghệ tế bào thực vật tạo giống công nghệ tế bào động vật Tạo giống công nghệ tế bào thực vật thực phương pháp như: +Nuôi cấy hạt phấn: từ hạt phấn riêng lẻ mọc môi trường nuôi nhân tạo thành dòng tế bào đơn bội, dòng có kiểu gen khác biểu đa dạng giao tử, dòng tế bào có gen đơn bội nên allen lặn biểu kiểu hình cho phép chọn lọc in vitro mức tế bào dòng có đặc tính mong muốn sau lưỡng bội hóa thành 2n ví dụ: để tạo giống lúa chiêm chịu lạnh người ta lấy hạt phấn lúa chiêm nuôi cấy môi môi trường nhân tạo điều kiện lanh 8100C dòng chiu lạnh mọc dòng khác không mọc ta chọn dòng mong muốn sau lưỡng bội hóa để tạo thành giống +Tạo giống nuôi cấy tế bào thực vật invitro tạo mô sẹo hay nuôi cấy mô Cơ sở phương pháp nuôi cấy tính toàn tế bào thực vật Các bước nuôi cấy tế bào thực vật từ chồi chồi nách ta nuôi cấy môi trường nhân tạo, để chúng phát triển thành mô sẹo ( mô gồm nhiều tế bào chưa biệt hóa có khả sinh trưởng mạnh) từ mô sẹo điều khiển cho tế bào biệt hóa thành mô khác nhau: rễ, thân, tái sinh trưởng thành Thành tựu phương pháp giúp nhân nhanh giống trồng, tạo giống bệnh +Tạo giống dòng tế bào soma có biến dị Nuôi cấy tế bào 2n môi trường nhân tạo chúng sinh sản thành nhiều dòng tế bào có tổ hợp nhiễm sắc thể khác với mức biến dị cao mức bình thường biến dị gọi biến dị dòng tế bào soma, tế bào ban đầu nuôi có 2n NST chúng nguyên phân thường tạo dòng tế bào có số lượng NST thay đổi biến dị dòng soma ứng dụng việc tạo giống trồng có kiểu gen khác giống ban đầu Ví dụ giống lúa DR2 chịu hạn, chịu nóng, xuất cao giống chọn lọc từ dòng tế bào soma có biến dị giống lúa CR203 +Dung hợp tế bào trần: Đầu tiên loại bỏ thành xenlulozo enzyme vi phẫu để tạo thành tế bào trần, tế bào trần dung hợp nhân tế bào chất với tạo thành tế bào lai dung hợp tế bào trần xảy mô loài loài khác nhau, chi họ để tạo thành tế bào lai có khả tái sinh đầy đủ thành lai soma giống lai hữu tính Tuy nhiên dung hợp thường loại bớt nhiễm sắc thể phân bào không ổn định lai tế bào soma đặc biệt có ý nghĩa giống tạo mang đặc tính hai loài mà phương pháp lai hữu tính bình thường không làm Ví dụ người ta tạo pamato lai cà chua khoa tây -Tạo giống động vật công nghệ tế bào Có hai hình thức cấy truyền phôi nhân vô tính + Tạo giống cấy truyền phôi: công nghệ công nghệ tăng sinh sản động vật, sau phôi lấy từ động vật cho trước cấy phôi vào động vật nhận cần trải qua bước sau đây: Tách phôi thành hai hay nhiều phần phần sau phát triển thành phôi riêng biệt cách ứng dụng động vật quý giống vật nuôi sinh sản chậm, Phối hợp hai hay nhiều phôi thành thể khám, áp dụng thành công chuột tạo thể khảm từ hai hợp tử khác nhau, mở hướng tạo giống vật nuôi khác loài Làm biến đổi thành phần tế bào phôi phát triển theo hướng có lợi cho người +Nhân vô tính: Điển hình cho kĩ thuật thành công nhà bác học người Anh tạo cừu dolly(1997) công nghệ tạo giống cừu dolly gồm bước sau: Tách tế bào tuyến vú cừu cho nhân nuôi phòng thí nghiệm Tách tế bào trứng cừu khác sau loại bỏ nhân tế bào trứng Chuyển tế bào tuyến vú vào tế bào trứng bị bỏ nhân Nuôi cấy môi trường nhân tạo cho trứng phát triển thành phôi Chuyển phôi vào tử cung cừu mẹ để mang thai sau thời gian mang thai giống tự nhiên cừu mẹ đẻ cừu giống cừu cho nhân tế bào Thành công chứng tỏ thực nghiệm động vật có vú nhân từ tế bào soma không cần có tham gia nhân tế bào sinh dục cần tế bào chất noãn bào, nhiều loài động vật nhân vô tính như: chuột, khỉ, bò, dê, lợn Nhân vô tính giúp nhân nhanh giống vật nuôi quý -Tạo giống công nghệ gen: Công nghệ gen công nghệ tạo tế bào sinh vật có gen bị biến đổi, có thêm gen mới, từ tạo thể mang đặc điểm mới, công nghệ gen thực phổ biến công nghệ AND tái tổ hợp để chuyển gen Công nghệ di truyền hay công nghệ sinh học đại giai đoạn phát triển cao công nghệ sinh học tiếp nối giai đoạn công nghệ vi sinh, công nghệ tế bào nên công nghệ di truyền coi công nghệ sinh học đại, trung tâm công nghệ di truyền công nghệ AND tái tổ hợp Kĩ thuật di truyền kĩ thuật dẫn tới khả biến đổi gen tần số kiểu gen quần thể làm tăng khả sinh sản cá thể, góp phần nâng cao vốn gen vốn hợp tử quần thể Nói chung công nghệ di truyền có kĩ thuật di truyền với công nghệ AND tái tổ hợp dựa lí thuyết thành tựu sinh học phân tử, sinh học tế bào cho phép điều chỉnh cấu trúc chức hoạt động hệ thống sống vi sinh vật, động vật, thực vật tạo nhiều sản phẩm sinh học có ích cho người Để tạo AND tái tổ hợp cần có enzyme cắt giới hạn, thể truyền, gen cần chuyển Enzyme cắt giới hạn: tính chất quan trọng enzyme cắt giới hạn tính đặc hiệu vị trí nghĩa chúng nhận biết đoạn ADNđặc thù để cắt vị trí xác định, tùy theo vị trí cắt so với đoạn nhận biết mà có loại enzyme cắt giới hạn là: Enzyme Ι có hai hoạt tính: hoạt tính cắt(restriction) cải biên(methyl hóa) cắt điểm xa so với trình tự nhận nhận biết chúng Enzyme ΙΙ có loại hoạt tính cắt vị trí giới hạn nhận biết, enzyme khác đảm nhận cải biến, tính đặc hiệu cao vị trí đoạn cắt nên enzyme loại ΙΙ sử dụng công cụ hữu hiệu, loại “giao mổ tinh tế”trong thao tác gen kĩ thuật AND tái tổ hợp Thể truyền phân tử AND nhỏ, đóng vai trò vật tải trung gian vận chuyển đoạn AND ngoại lai thông thường có hai loại vector là: Plasmid: plasmid chọn làm vector vì: plasmid vi khuẩn vào tế bào vi khuẩn khác chúng hoạt động bình thường Có trọng lượng phân tử thấp so với “NST” vi khuẩn cho phép nhà nghiên cứu tách chiết, tinh chúng cách dễ dàng Có khả tự chép độc lập với “NST” vi khuẩn chứa số gen kháng thuốc cho phép phát dòng vi khuẩn chứa AND tái tổ hợp cần tiềm Vector phage: thường dùng phage lamda chúng có gen AND sợi kép mạch thẳng với hai đầu dính tự nhiên vùng trung tâm có chứa số gen không quan trọng việc tái phage điều cho phép dùng enzyme giới hạn thích hợp để cắt vùng xen AND ngoại lai vào Để tạo giống AND tái tổ hợp cần trải qua bước: Tạo AND tái tổ hợp: AND tái tổ hợp phân tử AND lắp ráp từ đoạn AND lấy từ nguồn khác gồm thể truyền gen cần chuyển việc cắt AND tế bào cho AND plasmid enzyme cắt giới hạn thực để tạo đầu dính có trình tự bổ sung Trộn AND tế bào cho AND plasmid chúng bắt cặp bổ sung với nhau, Enzyme nối ligaza có tạo liên kiết photphodieste làm liền mạch AND, plasmid mang gen lạ gọi AND tái tổ hợp Chuyển AND tái tổ hợp vào tế bào nhận: Phương pháp biến nạp: dùng muối CaCl2 dùng súng bắn điện để làm giãn màng sinh chất cuiar tế bào phân tử AND dễ dàng chuôi qua màng tế bào.trường hợp thể truyền thực khuẩn thể lamda(virut lây nhiễm vi khuẩn) chúng mang gen cần chuyển xâm nhập vào vi khuẩn gọi tải nạp Tách dòng tế bào chứa AND tái tổ hợp: dựa vào tính chất hóa sinh, dấu chuẩn di truyền thương khả kháng thuốc kháng sinh Thành tựu bật tạo giống công nghệ gen khả cho tái tổ hợp thông tin di truyền loài đứng xa bậc thang phân lọa mà lai hữu tính không thực từ tạo sinh vật biến đổi gen sinh vật bổ sung vào gen gen tái tổ hợp, gen sửa chữa Tạo giống vi sinh vật: ngày người ta tạo chủng vi khuẩn sản phẩm mong muốn tự nhiên cách chuyển hay nhóm gen từ gen người hay đối tượng khác vào tế bào vi khuẩn Ví dụ: vi khuẩn ecoli, nấm men sinh vật dùng công nghệ gen để sản xuất insulin chữa bệnh tiểu đường, hoocmon sinh trưởng người(hGH), vacxin viêm gan B Tạo giống thực vật: tạo giống công nghệ gen mở nhiều ứng dụng trồng trọt, sản xuất chất tinh bột, đường với xuất cao Sản xuất loại protein trị liệu, kháng thể chất dẻo đến có 1200 loài thực vật chuyển gen, số có 290 giống cải dầu, 133 giống khoai tây nhiều loại khác cà chua, ngô, lanh, đậu nành, cải, củ cải đường Ví dụ: cà chua chuyển gen có gen sản xuất Etilen làm bất hoạt khiến cho trình chín chậm lại nên vận chuyển xa đẻ lâu mà không bị hỏng cà chua chuyển gen kháng virut góp phần hạn chế dùng thuốc háo học diệt côn trùng gây bệnh, hạn chế o nhiễm môi trường Lúa chuyển gen tổng hợp B-caroten: gạo giống lúa chứa B-caroten Tạo giống Động vật: sử dụng công nghệ gen đểtạo giống động vật có nằng suất chất lượng sảnphẩm chất cao hơn, đặc biệt tạo động vật chuyển gen sản xuất thuốc chữa bệnh cho người Vi tiêm phương pháp thông dụng kĩ thuật chuyển gen động vật đoạn AND bơm thẳng vào hợp tử giai đoạn non Sử dụng tế bào gốc, phôi có té bào có khả phân chia mạnh, tế bào đươc lấy chuyển gen cấy trở lại vào phôi số đối tượng động vật sử dụng phương pháp dùng tinh trùng vector chuyển gen, người ta bơm AND vào tinh trùng tinh trùng mang đoạn AND vào tế bào trứng thụ tinh Tạo giống cừu sản xuất protein người tạo giống bò chuyển gen -Sử dụng dạng đa bội thể chọn giống: +Sử dụng thể tự đa bội: dùng coxixin tạo dạng tự đa bội có giá trị kinh tế cao Ví dụ; khối lượng 1000 hạt giống lúa mạch tứ bội 55-56gam khi lúa mạch lượng bội 29gam Củ caie đường tam bội cho xuất cao dạng lưỡng bội 10-20% +Sử dụng thể dị đa bội: sử dụng thể dị đa bội chọn giống cho phép kết hợp biến dị tổ hợp với ưu thể dị đa bội Ví dụ:GD.kapechenko tạo dạng sống dị bội cải củ cải bắp lai khỏe kết hợp đặc tính quý cải củ cải bắp, hữu thụ bền vững qua nhiều hệ +Sử dụng thể lệch bội; thể lệch bội thường có sức sống yếu, độ hữu thụ thấp nên sử dụng thực tiễn, song người ta sử dụng rộng rãi chọn giống thực vật để thay NST kiểu gen NST kiểu gen khác Ví dụ: giống lúa chanes sping ta tạo thể đối NST lai thể với giống khác thay NST riêng biệt gen NST giống cho, thay NST riêng biệt làm biến đổi xuất chiều cao cây, độ cứng Tương tự người ta thay NST mang gen mẫn cảm với virut NST nicotian glutinasa có mang gen kháng virut Sinh vật biến đổi gen sinh vật mà hệ gen làm biển đổi phù hợp với lợi ích mình, cách làm biến đổi hệ gen sinh vật đưa thêm gen lạ vào thể, loại bỏ làm biển đổi 1số gen sinh vật Kĩ thuật di truyền từ đời gây nhiều lo ngại cho nhà khoa học nhà khoa học năm 1997, hội thảo Asilomar (california) xác định nguy hiểm xảy đặc ta nguyên tắc để ngăn ngừa thảm họ sau 20 năm phát triển kĩ thuật di truyền nhiều vấn đề làm sáng tỏ chưa có câu trả lời dứt khoát Các sinh vật biến đổi mặt di truyền GMO (genetic modified organism) gây hậu như: GMO ảnh hưởng đến phát triển dạng tự nhiên hay tạo dạng gây bệnh tái tổ hợp với dạng tự nhiên Các gen sinh vật GMO gây nguy hiểm cho thể người lâu dài? Các thực vật GMO kháng chất diệt cỏ có chuyển gen cho cỏ dại không hay ong thụ phấn cho kháng côn trùng hậu quarsex Các động vật GMO thoát môi trườn tự nhiên lấn át động vật khác không Nhiều nước đặc quy chế lệ kiểm soát chặt chễ GMO Sự phát triển nhanh kĩ thuật giải kí tự chuỗi dẫn đến thời đại “genomics”(age of genomics) thời cao điểm dự án gen người máy giải kí tự chuỗi đạt tốc độ 1000 nucleotide/giây Gemomics: Bộ gen giả kí tự chuỗi virut RNA MS2 gồm 3569 nucleotide vào năm 1977 Từ năm 1990 đến nay, việc giải kí tự chuỗi DNA hàng loạt sinh vật mô hình thực hiên xong Đến năm 2006 số genome giải xong 500 Sự giải kí tự chuỗi thành công tạo nên khoa học gen gọi genomics: giải nhanh trình tự nucleotide AND gen chức chúng Genomics cách mạng hóa nông nghiệp, y học nhiều lĩnh vực khĩ thuật, cung cấp nhiều cách tiếp cận để phát triển, bảo tồn sử dụng đa dạng sinh học hành tinh chúng ta.genomics dẫn đến hệ máy điện toán phần mềm dựa vào cách truyền tính hiệu xác tinh vi tế bào Proteomics: nghiên cứu toàn phức hợp protein biểu chúng Nhờ biết đặc tính nhiều loại protein sản xuất hoocmon vắc xin có hiệu với số lượng lớn genome giúp cho chuẩn đoan sớm, việc ngăn ngừa phòng trị bệnh nhờ proteomics Các nghiên cứu proteomics cho thấy số bệnh, phân tử protein người bệnh thiếu biến đổi sau dịch mã Các –omics khác: Tiếp sau genomics, proteomics, hàng loạt –omics khác đời như: Cellomics: nghiên cứu chức tế bào tác động thuốc cấp độ tế bào nhờ gắn kết với công nghệ thông tin Metabolomics: ứng dụng công nghệ gen điều khiển trao đổi chất, can thiệp vào trình sinh lí để chữa trị ngăn ngừa bệnh Sắp tới có nhiều –omics khác đời điều cho thấy công nghệ gen can thiệp đến AND gen chiều rộng lẫn chiều sâu Những ứng dụng di truyền người đạt nhiều thành tựu ứng dụng nhiều vào thực tiễn sống Di truyền y học tư vấn lĩnh vực chuẩn đoán y học hình thành trên sở thành tựu di truyền y học di truyền y học tư vấn có nhiệm vụ chuẩn đoán, cung cấp thông tin khả mắc loại bệnh di truyền đời gia đình có bệnh từ cho lời khuyên kết hôn sinh đẻ để phòng hạn chế hậu Để có lời khuyên di truyền xác nhà tư vấn di truyền học phải tìm hiểu tiền sử gia đình, theo dõi phả hệ, xác định bệnh di truyền đâu đột biến trội hay lặn, di truyền theo quy luật gì, số trường hợp phải thăm khám cho người có liên quan gia đình Ngày kĩ thuật chẩn đoán trước sinh thực với phương pháp phân tích đáng tin cậy thể giai đoạn phôi thai thể mẹ phương pháp chọc dò dịch ối để phân tích di truyền hoc tế bào hóa sinh, quan sát gián tiếp bào thai nhờ siêu âm, quan sát trực tiếp bào thai soi phôi thai, lấy mẫu sinh phẩm từ phôi thai ( máu tua thai ) để xét nghiệm, định lượng AFT(anpha feto protein) máu mẹ chuẩn đoán trước sinh cho phếp đánh giá tình trạng nhiễm sắc thể gen, tình trạng hoạt động enzyme bào thai giúp tư vấn di truyền y học có sở khoa học chắn lời khuyên xác Y học tương lai Y học dự phòng, vào mẫu AND trẻ vừa sinh dự báo loại bệnh di truyền để phòng ngừa sớm Các bệnh di truyền Alcaptonuria, bệnh phenyketonuria(PKU), bệnh tay – sachs, hhongf cầu lưỡi liềm, hội chứng down, hội chứng Edward, hội chứng patau, hội chứng turner, hội chứng clinefelter Phương pháp PCR làm tăng đáng kể hiệu chuẩn đoán phân tử nhờ khuyeechs đại acid nucleotide không cần tạo dòng nên chuẩn đoán phân tử thực chí với tế bào phôi thai Kĩ thuật di truyền dùng xác định quan hệ huyết thống, tìm thủ phạm điều tra nhờ vào việc phân tích đặc điểm riêng biệt gen người: Phần lớn gen người có khác nhiều chúng mã hóa cho nhiều chức bảng sống, vùng không mã hóa giống không cần thiết trình tự AND thay đổi cá thể Một kiểu thay đổi lặp lại nối tiếp trình tự AND AND mini-satellite có locus với trình tự lặp lại hàng nghìn lần nối tiếp nhau, lại có nhiều biến đổi gọi “siêu biến đổi” hay tăng thêm đoạn lặp lại trình tự lặp lại nối tiếp khác lớn người quan hệ họ hàng Các locus gọi lặp đoạn nối tiếp với số lượng dao động, Như kĩ thuật di truyền cho phép người vượt giới hạn tiến hóa cải biến sinh giới, thành tựu 35 năm qua cho thấy biến đôi sinh giới kĩ thuật di truyền giới hạn  ... sâu Những ứng dụng di truyền người đạt nhiều thành tựu ứng dụng nhiều vào thực tiễn sống Di truyền y học tư vấn lĩnh vực chuẩn đoán y học hình thành trên sở thành tựu di truyền y học di truyền. .. khác dòng đơn, lai khác dòng kép -Ứng dụng di truyền học phương pháp gây đột biến: Gây đột biến phương pháp dùng tác nhân vật lí, hóa học nhằm thay đổi vật liệu di truyền sinh vật Quá trình tạo giống... cấp thông tin khả mắc loại bệnh di truyền đời gia đình có bệnh từ cho lời khuyên kết hôn sinh đẻ để phòng hạn chế hậu Để có lời khuyên di truyền xác nhà tư vấn di truyền học phải tìm hiểu tiền