Phân dạng và phương pháp giải các dạng toán cơ bản về hoán vị gen

TOÁN CƠ BẢN VỀ HOÁN VỊ GEN

Người thực hiện: Nguyễn Văn TuấnChức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THPT Cẩm Thủy 1SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Sinh học

THANH HOÁ NĂM 2017 MỤC LỤC

truyền đã được học, học sinh cần phải có khả năng phân tích, nhận dạng từ đóxác định các bước giải đúng đắn đối với mỗi dạng bài tập Đã có nhiều tài liệusách tham khảo đề ra một số phương pháp và quy trình giải toán hoán vị gen.Tuy nhiên, trong bước xác định kiểu gen chung và viết sơ đồ lai tác giả chưa đề

ra giải pháp cụ thể để xác định kiểu gen, những chỉ dẫn còn hết sức tổng quát vàsơ lược Những phác đồ tổng quát cho việc giải quyết các bài tập chưa đi sâuvào việc thiết kế các bước giải cho các chuyên đề hẹp trong việc giải quyết cácbài tập sinh học đặc biệt là các bài tập nâng cao, nhưng các tài liệu trên cũng đãtỏ ra rất có ích cho học sinh giúp các em định hướng và giải quyết đúng đắn cácbài tập sinh học.

Trong các dạng bài tập về qui luật di truyền thì hoán vị gen là một trong những dạng bài tập vừa đa dạng, vừa phức tạp, học sinh thường gặp khó khăn trong cách giải, nhưng thường được ra trong các đề thi học sinh giỏi và THPT Quốc gia Mặc khác theo chương trình mới sinh học 12 số tiết giải bài tập rất ít và thường ra bài tập cụ thể, rời rạc, chưa có tính hệ thống, do đó phần lớn học sinh lúng túng trong phương pháp và cách thức tiếp cận bài tập Để tạo điều kiệncho học sinh vận dụng được những kiến thức lý thuyết vào giải quyết các dạng bài tập liên quan đến hoán vị gen, trong quá trình dạy học tôi đã đưa ra các bướcgiải chi tiết cho phần bài tập di truyền nâng cao dạng hoán vị gen, trong đó chủ yếu là hướng dẫn cho học sinh phương pháp giải như xác định kiểu gen, tần số hoán vị chung và xây dựng sơ đồ lai.

Với những lý do trên tôi đã chọn đề tài này để trình bày một số kinhnghiệm mà tôi đã rút ra sau những giờ trực tiếp giảng dạy, mong rằng sẽ đượcđồng nghiệp của mình cùng đóng góp để nâng cao nghiệp vụ chuyên môn, cũngnhư nâng cao chất lượng của học sinh.

1.2 Mục đích nghiên cứu:

Trang bị cho học sinh kiến thức, kỹ năng, cách nhận diện và cách thức giải

toán hoán vị.

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi đề tài:

Đối tượng nghiên cứu là 2 lớp theo học chương trình nâng cao

Phạm vi của đề tài có trọng tâm xoay quanh vấn đề tìm phương pháp phù hợpđể học sinh phát huy được tính tích cực, tự giác, chủ động trong học tập.

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

Tạo tình huống có vấn để, sử dụng phiếu học tập, vấn đáp tìm tòi…

1.5 Những đổi mới của sáng kiến kinh nghiệm:

- Đề tài đưa ra những giải pháp giải cụ thể cho từng dạng toán hoán vị.

- Đề tài hướng tới kỹ năng giải nhanh toán hoán vị nhằm đáp ứng các câu hỏi thi trắc nghiệm khách quan của thi THPTQG.

PHÂN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN CƠ BẢN VỀ HOÁN VỊ GEN

2 Phần nội dung 2.1 Cơ sở lý luận:

Số lượng gen trong tế bào nhiều hơn số cặp NST tương đồng, nên trên mỗi cặp NST tương đồng chứa nhiều cặp gen alen phân bố, mỗi cặp gen phân bố trênNST tại một vị trí nhất định gọi là lôcút hay alen.

Trong quá trình giảm phân tạo giao tử, tại kỳ đầu của giảm phân I có hiện tượng tiếp hợp hai NST kép (2 crômatit) của cặp tương đồng, nên có thể xảy ra

hiện tượng trao đổi đoạn tương ứng giữa hai crômatit không cùng nguồn, gây nên hiện tượng hoán vị gen.

Tần số hoán vị gen (f) thể hiện lực liên kết giữa các gen trên NST Các gen trên NST có xu hướng liên kết chặt chẽ, tương tác gen và phân li độc lập là chính nên tần số hoán vị gen không vượt quá 50% ( f  50% )

Tần số hoán vị gen thể hiện khoảng cách tương đối giữa các gen trên NST: các gen nằm càng xa nhau thì tần số hoán vị gen càng lớn và ngược lại các gen nằm gần nhau thì tần số hoán vị gen càng nhỏ.

Công thức tính tần số hoán vị gen (f)

(f) = (số giao tử hoán vị / tổng số giao tử tạo thành) x 100%

(f) = (số cá thể có kiểu hình do hoán vị / tổng số cá thể thu được) x 100% (f) = 2 x % giao tử hoán vị

2 2 Thực trạng vấn :

- Thuận lợi: Học sinh đang bước vào tuổi trưởng thành, thích hoạt động chủ động, có năng lực tư duy, phân tích tổng hợp, năng động sáng tạo trong học tập nếu được hướng dẫn tốt

Phần lớn học sinh đã được trang bị những kiến thức về quy luật di truyền - Khó khăn:

Thực tế hiện nay sinh học vẫn là một môn học khó đối với học sinh, vì thế tỉlệ học sinh khá giỏi còn thấp

Số trường tuyển sinh vào đại học có sử dụng môn sinh học ít và điểm trúng tuyển lại rất cao khiến nhiều em chưa mặn mà với môn học

Học sinh vùng nông thôn miền núi, chất lượng đầu vào thấp, tư duy chậm vàhầu hết là gia đình kinh tế khó khăn … Những khó khăn trên đã tác động không nhỏ đến chất lượng bộ môn sinh học trong các trường phổ thông ở miền núi.

2 3 Các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập: 2.3.1 Hoán vị gen nằm trên NST thường :

a) Hoán vị gen trong phép lai phân tích :

Dạng 1: Hai cặp gen nằm trên 1 cặp NST (tính trạng trội, lặn hoàn toàn):

- Bước 1: Nhận diện bài toán là hoán vị gen trong lai phân tích: Lai giữa cơ thể có 2 tính trạng trội với cơ thể có 2 tính trạng lặn, đời con thu được 4 loại kiểu hình trong đó 2 tính trạng liên kết bằng nhau và chiếm tỉ lệ lớn, 2 tính trạng hoánvị bằng nhau và chiếm tỉ lệ nhỏ.

- Bước 2: Xác định tần số hoán vị gen, kiểu gen của cơ thể đem lai phân tích hoặc các kiểu hình còn lại ở đời con từ đó lập sơ đồ lai.

Trong lai phân tích 2 cặp gen thì các cặp tính trạng bằng nhau từng đôi (A-B- = aabb; A-bb = aaB-; A-B-/aabb + A-bb/aaB- = 50%) qua đó ta tính được tỉ lệ các kiểu hình (nếu còn thiếu), tần số hoán vị gen và kiểu gen (P).

Ví dụ : Một loài thực vật, gen A qui định thân cao trội hoàn toàn so với alen a

qui định thân thấp, gen B qui định hoa đỏ trội hoàn toàn so với gen b qui địnhhoa trắng Lai cây thân cao, hoa đỏ với cây thân thấp, hoa trắng thu được F1 có 4 loại kiểu hình, trong đó cây thân cao, hoa đỏ chiếm tỉ lệ 37,5% Cho biết không có đột biến xảy ra Hãy tìm kiểu gen cây thân cao, hoa đỏ đem lai và tỉ

bài giải :

- Bước 1: Theo bài ra lai cây thân cao, hoa đỏ (mang 2 tính trạng trội) với cây thân thấp, hoa trắng (mang 2 tính trạng lặn) thu được F1 có 4 loại kiểu hình  Đây là phép lai phân tích.

- Bước 2: Cây thân cao, hoa đỏ (A-B-) F1 chiếm tỉ lệ 37,5%  Giao tử AB = 37,5%  AB là giao tử liên kết và kiểu gen của (P) là

với tần số hoán vị gen : f = 100% - 2.37,5% = 25%

Kiểm chứng (P): ABab (cao, đỏ) x abab (thấp, trắng) Giao tử AB = ab = 37,5% 100% ab

Ab = aB = 12,5%

Tỉ lệ KG ở F1  37,5% ABab : 37,5%abab : 12,5% Abab : 12,5%aBab Tỉ lệ KH : 37,5% cao,đỏ : 37,5% thấp,trắng : 12,5% cao,trắng : 12,5% thấp,đỏ

ứng với sự có mặt của hai cặp gen dị hợp trên NST tương đồng Giả sử có 1000 tế bào sinh giao tử trải qua giảm phân để phát sinh hạt phấn, trong đó có 100 tế bào xảy ra hoán vị gen Cây F1 được dùng làm trong phép lai phân tích để cho thế hệ lai.Tính tỉ lệ % các loại kiểu hình ở thế hệ lai Biết rằng tất cả hạt phấn sinh ra đều tham gia thụ tinh và hoa tím trội hoàn toàn so với hoa đỏ, hạt phấn dài trội hoàn toàn so với hạt phấn tròn

bài giải :

1 Xác định tần số hoán vị gen:

Số hạt phấn được hình thành từ 1000 tế bào sinh hạt phấn là: 4.1000 = 4000 Nếu 1 tế bào sinh hạt phấn xảy ra hoán vị gen sẽ cho hai loại giao tử với tỉ lệ

mỗi loại giao tử là: giao tử liên kết = giao tử hoán vị gen = 21

100 tế bào sinh hạt phấn xảy ra hoán vị gen thì số hạt phấn xảy ra hoán vị gen là:2

= 200 Vậy tần số hoán vị gen là: f = 4000200 x 100% = 5%2 Xác định tỉ lệ phân tính kiểu hình ở thế hệ lai (F1) :

Biện luận xác định kiểu gen của F1: Qui ước: gen A - hoa tím trội hoàn toàn so với a - hoa đỏ; gen B - hạt phấn dài trội hoàn toàn so với alen b - hạt phấn tròn.F1 mang cặp gen dị hợp có kiểu gen có thể là ABab hoặc aBAb

- Nếu F1 có kiểu gen ABabLai phân tích F1:

(tím, dài) x

(đỏ, tròn)Giao tử F1 AB = ab = 47,5% 100% ab

Ab = aB = 2,5%

Tỉ lệ KG ở F2  47,5% ABab : 47,5% abab : 2,5% Abab : 2,5%aBabTỉ lệ KH F2 : 47,5% tím, dài : 47,5% đỏ, tròn : 2,5% tím, tròn : 2,5% đỏ, tròn- Nếu F1 có kiểu gen aBAb.

Lai phân tích F1: aBAb (tím, dài) x abab (đỏ, tròn)Giao tử F1 Ab = aB = 47,5% 100% ab

AB = ab = 2,5%

Tỉ lệ KG ở F2  2,5% ABab : 2,5%abab : 47,5% abAb : 47,5%aBabTỉ lệ KH F2 : 2,5% tím, dài : 2,5% đỏ, tròn : 47,5% tím, tròn : 47,5% đỏ, tròn

Dạng 2: Ba hoặc bốn cặp gen nằm trên 1 cặp NST (trội, lặn hoàn toàn):

(Dành riêng cho học sinh giỏi)

- Nếu Fa thu được có 3 lớp kiểu hình thì chỉ có 2 trao đổi chéo đơn Cơ thể đemlai cho ra 6 loại giao tử.

- Nếu Fa thu được có 4 lớp kiểu hình thì có 2 trao đổi chéo đơn và 1 trao đổichéo kép Cơ thể đem lai cho ra 8 loại giao tử.

- Để xác định kiểu gen của cơ thể đem lai cần dựa vào 2 lớp kiểu hình là lớpkiểu hình không xảy ra hoán vị để tìm những gen nằm trên cùng 1 NST và lớpkiểu hình do trao đổi chéo kép để xác định trình tự sắp xếp các gen.

- Tần số trao đổi chéo giữa 2 gen liền kề = tần số trao đổi chéo đơn + tần số traođổi chéo kép thực tế

+ Tần số trao đổi chéo đơn = tổng số cá thể tạo ra do trao đổi chéo đơn/tổng sốcá thể thu được

+ Tần số trao đổi chéo kép thực tế = tổng số cá thể tạo ra do trao đổi chéokép/tổng số cá thể thu được

- Tần số trao đổi chéo kép lý thuyết = Tích các trao đổi chéo liền kề

- Khoảng cách giữa hai gen liền kề trên bản đồ gen = tần số trao đổi chéo giữa 2gen liền kề

- Kho ng cách gi a hai gen đ u mút trên b n đ gen b ng t ng kho ng cách gi a các genầu mút trên bản đồ gen bằng tổng khoảng cách giữa các genồ gen bằng tổng khoảng cách giữa các genằng tổng khoảng cách giữa các genổng khoảng cách giữa các gen

- Hệ số trùng hợp = Tần số trao đổi chéo kép thực tếTần số trao đổi chéo kép lý thuyết- Hệ số nhiễu = 1 – hệ số trùng hợp

Ví Dụ 1: Ở cây ngô gen A qui định mầm xanh trội hoàn toàn so với a qui định

mầm vàng; gen B qui định mầm mờ là trội hơn so với b qui định mầm bóng;gen D qui định lá bình thường trội hoàn toàn so với gen d qui định lá cứa Khilai phân tích cây ngô (P) dị hợp về 3 cặp gen thì được kết quả lai Fa như sau:

của Fa

Kiểu hình Số cáthể

Tổng % số cáthể

Trao đổi chéo đơn ở đoạn II (đoạn B và D)

Ví dụ 2 Xét 4 cặp gen liên kết trên 1 NST, mỗi gen qui định 1 tính trạng Cho

một cá thể dị hợp tử 4 cặp gen (AaBbCcDd) lai phân tích với cơ thể đồng hợp tửlặn, Fa thu được 1000 các thể gồm 8 phân lớp kiểu hình như sau:

Kiểu hình Số lượng Kiểu hình Số lượng

- Nhận thấy cặp gen lặn a luôn đi liền với gen trội D trên cùng 1 NST, còn gen trội A luôn đi liền với gen lặn d trên cùng 1 NST  suy ra gen này liên kết hoàntoàn với nhau.

- Kết quả phép lai thu được 8 phân lớp kiểu hình với tỉ lệ không bằng nhau, chứng tỏ đã xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm không đồng thời và trao đổi chéo kép trong quá trình tạo giao tử ở cơ thể AaBbCcDd

- 2 phân lớp kiểu hình chiếm tỉ lệ thấp nhất là kết quả của trao đổi chéo kép Suyra trật tự phân bố của các gen của 2 phân lớp là BbaaDdcc và bbAaddCc.

- Hai phân lớp kiểu hình có số lượng cá thể lớn nhất mang gen liên kết  Giả sửkiểu gen của cơ thể mang lai phân tích là baDCBAdc

* Khoảng cách giữa các gen:

- Tần số HVG vùng B/A = f đơn B/A + f kép = 4210004396 = 10%- Tần số HVG vùng d/c = f đơn d/c + f kép = 140100014596 = 30%- Hai phân lớp kiểu hình mang gen liên kết chiếm tỉ lệ: 305 1000310 = 60%Vậy BAd + Adc = 10% + 30% = 40%  suy ra 2 gen Ad nằm giữa

b) - Tần số trao đổi chéo kép theo lý thuyết:10% x 30% = 3%

- Tần số trao đổi chéo kép thực tế: 10009 6 = 1,5%  Hệ số trùng lặp là : 0,5

Dạng 3: Ba cặp gen nằm trên 2 cặp NST:

- Bước 1: Xác định phép lai phân tích

- Bước 2: Tìm kiểu gen, tần số hoán vị của cơ thể đem lai

* Trường hợp 1: tính trạng trội, lặn hoàn toàn:

Ví dụ: Ở một loài thực vật alen A qui định thân cao; a qui định thân thấp;

B qui định hoa đỏ; b qui định hoa trắng; D qui định quả tròn; d qui định quả dài.Cho cây (P) thân cao, hoa đỏ, quả tròn lai phân tích thu được Fa có tỉ lệ 20% câycao, hoa đỏ, quả tròn; 20% cây thân cao, hoa trắng, quả dài; 20% cây thấp, hoađỏ, quả tròn; 20% cây thấp, hoa trắng, quả dài; 5% cây cao, hoa đỏ, quả dài; 5%cây cao, hoa trắng, quả tròn; 5% cây thấp, hoa đỏ, quả dài; 5% cây thấp, hoatrắng, quả tròn Cho biết kiểu gen (P) đem lai và tần số hoán vị gen.

bài giải

- Fa có tỉ lệ 20% cây cao, hoa đỏ, quả tròn; 20% cây thân cao, hoa trắng, quả dài;20% cây thấp, hoa đỏ, quả tròn; 20% cây thấp, hoa trắng, quả dài => đều là tínhtrạng liên kết và tính trạng hoa đỏ luôn đi với tính trạng quả tròn => Kiểu gencủa (P) là AaBDbd

- Theo bài ra kiểu hình cây cao, hoa đỏ, quả tròn A-B-D- = 20% => BD = 40%=> hoán vị xảy ra với tấn số f = 100% - 2.40% = 20%.

- Sơ đồ lai kiểm chứng:

(P) : AaBDbd (f = 20%) x aabdbd G : ABD = Abd = aBD = abd = 20% abd AbD = ABd = abD = aBd = 5%

Fa : PLKG: 20% Aa

: 20% Aabd

bd : 20% aa

: 20% aa

5% Aa

Bd : 5% Aa

: 5% : aa bdBd

: 5% aa

PLKH: 20% cao, đỏ, tròn; 20% cao, trắng, dài; 20% thấp, đỏ, tròn;20% thấp, trắng, dài; 5% cao, đỏ, dài; 5% cao, trắng, tròn; 5% thấp, đỏ, dài; 5%thấp, trắng, tròn.

* Trường hợp 2: xảy ra tương tác gen:

- Bước 1: Xét riêng từng cặp tính trạng

- Bước 2: Xét chung các cặp tính trạng để tìm kiểu gen đem lai và tần số hoán vị

Ví dụ: Ở một loài thực vật, màu sắc hoa do một gen có 2 alen quy định, alen A

quy định hoa đỏ trội hoàn toàn so với alen a quy định hoa trắng; Chiều cao câydo hai cặp gen B,b và D,d cùng quy định Cây thân cao, hoa đỏ dị hợp về cả bacặp gen (P) lai phân tích, thu được đời con có tỉ lệ: 7% cây thân cao, hoa đỏ; 18%cây thân cao, hoa trắng; 32% cây thân thấp, hoa trắng; 43% cây thân thấp, hoađỏ Tìm kiểu gen và tần số hoán vị của cây (P) đem lai.

bài giải

Xét tính trạng chiều cao: Cao : thấp = 1 : 3  phù hợp với phép lai : BbDd x bbdd => Tính trạng chiều cao tương tác bổ sung, trong đó B-D- qui định cây cao; B-dd; bbD-; bbdd đều qui định thân thấp

Xét tính trạng màu sắc hoa : Đỏ : trắng = 1:1  phù hợp với phép lai: Aa x aa Xét chung 2 cặp tính trạng trên: (1 cao : 3 thấp)(1 đỏ : 1 trắng) = 1:1:3:3 # 7% cây thân cao, hoa đỏ; 18% cây thân cao, hoa trắng; 32% cây thân thấp, hoa trắng;43% cây thân thấp, hoa đỏ Điều này chứng tỏ một trong hai cặp gen qui định chiều cao của thân liên kết với cặp gen qui định màu sắc hoa.

Kiểu gen của (P) có thể là 

Dd (hoặc 

ABD = ABd = abD = abd = 7%

Fa : PLKG: 18% abAbDd : 18% abAbdd : 18% aBab Dd : 18% aBabdd

7% ABab Dd : 7% ABab dd : 7% abab Dd : 7% abab dd PLKH: 43% cây thân thấp, hoa đỏ : 32% cây thân thấp, hoa trắng 18% cây thân cao, hoa trắng : 7% cây thân cao, hoa đỏ

b) Bài toán hoán vị gen trong trường hợp tự thụ phấn hoặc F1 lai với nhau:

Bước 1 Biện luận xác định tính trạng trội lặn, và qui luật di truyền chi phối

sự di truyền của hai cặp tính trạng Nếu ở thế hệ lai xuất hiện 4 loại kiểu hình phân tính  9 : 3 : 3 : 1 (hay  1 : 1 : 1 : 1 trong lai phân tích) thì sự di truyền chi phối tuân theo qui luật di truyền hoán vị gen

Bước 2 Xác định tần số hoán vị gen từ đó suy ra kiểu gen của P Dùng

phương pháp phân tích giao tử để xác định tần số hoán vị (f) thường căn cứ vào tỉ lệ % kiểu hình mang hai tính trạng lặn  tỉ lệ giao tử liên kết (hoặc tỉ lệ giao tử hoán vị)  kiểu gen của cá thể đem lai và lập sơ đồ lai kiểm chứng

Dạng 1 Hai cặp gen nằm trên cùng 1 cặp NST:

* Trường hợp 1: Kiểu hình lặn chiếm tỉ lệ nhỏ hơn 6,25% : (0,16%; 1%; 4%)

Bố và mẹ đều có kiểu gen dị hợp tử chéo aBAb x aBAb và hoán vị xảy ra ở cả hai bên

= ab x ab = tỉ lệ cá thể có kiểu hình lặn => tần số hoán vị gen (f)

Ví dụ: Cho những cây cà chua F1 có cùng kiểu gen với kiểu hình cây cao, quả đỏ tự thụ phấn F2 thu được tỉ lệ phân li kiểu hình: 50,16% cao, đỏ : 24,84% cao, vàng: 24,84% thấp, đỏ : 0,16% thấp, vàng Biện luận và viết sơ đồ lai từ F1 đến F2

bài giải :

kiểu gen dị hợp hai cặp gen.Vậy cây cao, quả đỏ biểu hiện trong kiểu gen dị hợp là tính trạng trội

Qui ước: A - cây cao; a - cây thấp; B - quả đỏ; b - quả vàng  F1 ( Aa,Bb) x F1 (Aa,Bb) Tỉ lệ phân tính kiểu hình ở F2 : 50,16% : 28,84% :

28,84% : 0,16%  9 : 3 : 3 : 1  1 : 2 : 1 nên sự di truyền của hai cặp tính trạng tuân theo qui luật di truyền hoán vị gen

ra cả hai bên bố mẹ F1 đem lai AB = ab = 4%  25% là giao tử mang gen hoán vị Ab = aB = 46%  25% là giao tử liên kết  kiểu gen của F1 là aBAbvà tần số hoán vị gen f = 2 x 4% = 8%

Bước 3: Lập sơ đồ lai (học sinh tự lập)

* Trường hợp 2: Kiểu hình lặn chiếm tỉ lệ lớn hơn 6,25% : - Kiểu hình lặn chiếm tỉ lệ 9% hoặc 16% …

Bố và mẹ đều có kiểu gen dị hợp tử đều ABab x ABab và hoán vị có thể xảyra ở cả hai bên hoặc một bên