chuyên đề “ ứng dụng di truyền học

Phần I: MỞ ĐẦU Lí chọn chuyên đề Trong chương trình sinh học phổ thơng, ứng di truyền học phần kiến thức thiếu kỳ thi tuyển sinh đại học, kì thi học sinh giỏi nước quốc tế Mặt khác, nội dung kiến thức ảnh hưởng ngày lớn đến đời sống người nói riêng sống tồn sinh giới nói chung Qua thực tế giảng dạy năm gần đây, thấy phần kiến thức ứng dụng di truyền học hay đề thi đại học, thi học sinh giỏi đặc biệt kì thi học sinh giỏi Quốc gia, thi chọn đội tuyển Quốc tế với nhiều tập mở rộng, nâng cao, ngày lạ Do học sinh dễ gặp khó khăn, lúng túng gặp tập Nhiều học sinh vận dụng lý thuyết để giải tập cách mơ hồ, không sở khoa học Từ thực tế trên, xây dựng chuyên đề “ Ứng dụng di truyền học” để giúp em học sinh lĩnh hội sở khoa học vững để giải tập có liên quan tập mở rộng Đồng thời, áp dụng kiến thức vào sống thực tiễn cá nhân học sinh Mục đích chuyên đề - Hệ thống kiến thức giúp học sinh nắm sở khoa học ứng dụng di truyền - Rèn luyện kĩ vận dụng lí thuyết vào giải tập phần ứng dụng di truyền cho học sinh đại trà học sinh giỏi môn Sinh học - Nâng cao kết dạy học kết thi đại học, thi chọn học sinh giỏi môn Sinh học Phần II: NỘI DUNG LÝ THUYẾT A CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG DỰA TRÊN NGUỒN BIẾN DỊ TỔ HỢP I GIỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỌN GIỐNG Khái niệm - Giống tập hợp cá thể sinh vật người chọn tạo ra, có phản ứng trước điều kiện ngoại cảnh, có đặc điểm di truyền đặc trưng, chất lượng tốt, suất cao ổn định; thích hợp với điều kiện khí hậu, đất đai, kĩ thuật sản xuất định Quy trình tạo giống bao gồm bước: + Tạo nguồn nguyên liệu biến dị di truyền (biến dị tổ hợp, đột biến ADN tái tổ hợp) + Đánh giá kiểu hình để chọn kiểu gen mong muốn + Tạo trì dòng có tổ hợp gen mong muốn + Đưa giống tốt sản xuất đại trà Phương pháp tạo nguồn nguyên liệu cho chọn giống - Nguyên liệu cho trình chọn giống tạo từ nguồn biến dị tổ hợp, đột biến ADN tái tổ hợp - Các phương pháp tạo nguồn nguyên liệu: + Lai hữu tính: tạo vơ số biến dị tổ hợp + Gây đột biến: tạo đột biến di truyền + Công nghệ gen: tạo ADN tái tổ hợp II NGUỒN NGUYÊN LIỆU CỦA CHỌN GIỐNG 1 Nguồn gen tự nhiên Nguồn gen tự nhiên có nguồn gốc hồn tồn từ tự nhiên có nguồn gốc từ động thực vật hoang dã Đặc điểm giống vật ni có nguồn gốc từ tự nhiên nhóm sinh vật hình thành địa phương có khả thích nghi cao với điều kiện mơi trường địa phương Lợi ích: Có sẵn tự nhiên, tiền cơng sức để tạo ra; thích nghi tốt với mơi trường sống chúng Nguồn gen nhân tạo - Đặc ểm nguồn gen ngưới chủ động tạo đ ể phục vụ nhu cầu sản xuất sinh hoạt người - Được tạo thơng qua q trình đột biến lai tạo - Lợi ích: Tạo nguồn gen phong phú, đa dạng phù hợp với nhu cầu người Ý nghĩa: Nguồn gen phong phú điều kiện vật chất tốt để tạo giống Tập hợp đủ nguồn gen tốt sử dụng tính đa dạng chúng đáp ứng yêu cầu mục đích đặt điều kiện định thành công nhà chọn giống Bởi người làm công tác chọn giống cần nắm tính đa dạng loại hình lồi, thứ giống chi, nắm vững đặc trưng tính trạng (tính trạng số lượng tính trạng chất lượng) nguồn gen để giải mục tiêu đặt III CHỌN GIỐNG VẬT NUÔI VÀ CÂY TRỒNG BẰNG BIẾN DỊ TỔ HỢP Biến dị tổ hợp a Khái niệm Là biến dị xuất tổ hợp vật chất di truyền bố mẹ q trình sinh sản hữu tính Ngun nhân tạo biến di tổ hợp trình giao phối Biến dị tổ hợp nguồn nguyên liệu phong phú cho chọn giống tiến hóa b Cơ sở tế bào học - Nguyên nhân gây biến dị tổ hợp là: + Q trình phát sinh giao tử + Q trình thụ tinh + Hốn vị gen - Biến dị tổ hợp quan trọng cho chọn giống vật nuôi, trồng do: + Biến dị tổ hợp xuất tổ hợp lại vật chất di truyền hệ bố mẹ thông qua trình giao phối Quá trình giao phối bao gồm từ việc phát sinh giao tử, tổ hợp tự giao tử thành hợp tử + Trong trình phát sinh giao tử, gen alen phân li độc lập theo cặp NST đồng dạng tổ hợp tự gen không alen theo NST không đồng dạng làm xuất số loại giao tử theo cơng thức 2n, n số cặp gen dị hợp, gen nằm NST đồng dạng khác + Trong giảm phân tạo giao tử xảy tượng hốn vị gen, gen tương ứng trao đổi chỗ cho NST khác nguồn gốc cặp đồng dạng tạo đa dạng loại giao tử + Khi thụ tinh, tổ hợp tự giao tử hợp thành hợp tử theo công thức 4n tạo vô số hợp tử khác kiểu gen, tổ hợp gen có quan hệ tương tác với theo kiểu gen – alen theo kiểu gen không alen cho kiểu hình tạo nên đa dạng phong phú giống trồng vật nuôi c Phương pháp tạo biến dị tổ hợp - Tạo biến dị tổ hợp thơng qua hình thức lai giống Các phương pháp lai (kiểu lai): Trong trình chọn tạo giống tuỳ theo kết cần đạt mà thực phương pháp lai khác Các phương pháp lai theo tham gia bố mẹ phân thành lai lần lai nhiều lần Trong trường hợp đầu công tác chọn lọc tiến hành quần thể lai lặp lại với bố mẹ theo hệ thống a Lai lần * Lai đơn Là phép lai có tham gia bố mẹ, phép lai tiến hành lần Phép lai đơn sử dụng rộng rãi bố mẹ nghiên cứu tỉ mỉ thơng qua tính trạng Người ta tiến hành phép lai bố mẹ có tính trạng bổ sung Lai đơn tiến hành lồi (lai gần) thực phép lai khác loài phụ khác lồi (lai xa).Ví dụ: A x B * Lai thuận nghịch: Khi lai thuận nghịch dạng phép lai làm bố làm mẹ Phép lai cho phép xác định mối quan hệ nhân tế bào chất, ảnh hưởng tế bào chất tới lai Con lai phép lai thuận nghịch giống hay khác phụ thuộc vào dạng di truyền tế bào chất bố mẹ Lai thuận nghịch thường dùng để xác định dạng dùng làm mẹ tốt, dạng làm bố tốt (Khi lai xa, tỷ lệ kết hạt phụ thuộc dạng dùng làm bố hay mẹ) Sơ đồ lai thuận nghịch * Lai đỉnh Các dòng, giống mang lai thử dùng làm bố lai với mẹ vật liệu thử có phổ di truyền rộng Phép lai dùng để xác định khả tổ hợp chung để loại bỏ dòng, giống khơng có khả tổ hợp * Lai luân phiên Lai luân phiên phép lai mà tất dòng, giống tham gia vào sơ đồ lai cặp đôi với kể chiều thuận nghịch Đây phép lai phân tích hiệu để tìm khả phối hợp dòng, giống với b Lai nhiều lần * Lai trở lại (hồi giao) Còn gọi lai tích lũy hay lai bão hòa, tức đem lai F lai trở lại với bố hay mẹ với số lần cần thiết để lấy thêm đặc tính tốt bố hay mẹ Sơ đồ lai trở lại Phép lai áp dụng phổ biến để khắc phục tính bất dục đực tế bào chất (CMS) cho giống nhằm tạo dòng CMS sử dụng chọn giống ưu lai hệ “3 dòng” Để tăng cường lai tính trạng cần thiết bố hay mẹ * Lai nhiều bậc Là phép lai phức tạp điển hình, sau lần lai thứ người ta tiếp tục sử dụng F1 lai tiếp với giống khác tiếp tục với giống thứ 4, tùy theo yêu cầu chương trình tạo giống Sơ đồ: (((( A x B ) x C ) x D) x E) x H Sơ đồ lai nhiều bậc Cách lai sử dụng rộng rãi người ngày nâng cao đòi hỏi Lai nhiều bậc có khả vơ tận việc tạo thành dạng hình * Lai nhiều bố mẹ (lai phức tạp) Thường áp dụng để tạo quần thể giao phấn để tổng hợp nhiều tính trạng nhiều giống vào lai nhằm nâng cao hiệu chọn lọc Có nhiều cặp bố mẹ tham gia vào việc tạo thành giống lai Sơ đồ lai nhiều bố mẹ Lai tạo ưu lai a Khái niệm ưu lai Ưu lai tượng lai có suất, phẩm chất, sức chống chịu, khả sinh trưởng phát triển vượt trội so với dạng bố mẹ Đặc điểm ưu lai - Ưu lai thể rõ F1 sau giảm dần qua hệ - Ưu lai cao thể lai khác dòng b Giả thuyết sở di truyền tượng ưu lai Giả thuyết ưu lai thừa nhận rộng r ãi thuyết siêu trội Nội dung giả thuyết : Kiểu gen dị hợp có sức sống, sức sinh trưởng phát triển ưu hẳn dạng đồng hợp trội đồng hợp lặn Có thể tóm tắt giả thuyết sau AA < Aa > aa Giải thuyết siêu trội c Giải thích tượng ưu lai thuyết siêu trội + Mỗi alen gen thực chức riêng mình; trạng thái dị hợp chức gen biểu + Mỗi alen gen có khả tổng hợp riêng mơi trường khác nhau, kiểu gen dị hợp có mức phản ứng rộng + Cả alen trạng thái đồng hợp tạo số lượng chất định q q nhiều c òn trạng thái dị hợp tạo lượng tối ưu chất + Qua lai giống, người ta thấy lai sinh chất mà không thấy bố mẹ chủng, thể mang gen dị hợp chất kích thích phát triển d Phương pháp tạo ưu lai Bước 1: Tạo dòng chủng tr ước lai cách cho tự thụ phấn giao phối gần qua – hệ Bước 2: Cho dòng chủng lai với nhau: Tùy theo mục đích người ta sử dụng phép lai: Lai khác dòng đơn: cho hai dòng chủng lai với thu F1 Dòng A x Dòng B => Con lai F1 Lai khác dòng kép: cho lai nhiều dòng chủng khác cho lai chúng lai với thu đời Dòng A x Dòng B => Con lai C Dòng D x Dòng E => Con lai F Cho lai C x Con lai F => Con lai G Bước 3: Chọn tổ hợp có ưu lai mong muốn e Phương pháp trì ưu lai - Ở thực vật: Cho lai sinh sản sinh dưỡng, sinh sản vơ tính - Ở động vật: Sử dụng lai luân phiên: cho đực lai ngược lại với mẹ đực đời bố lai với đời f Ứng dụng ưu lai - Là phép lai hai dòng chủng khác dùng lai F1 làm mục đích kinh tế (để làm sản phẩm) không làm giống Lai xa a Khái niệm Là lai cá thể khác loài , khác chi xa họ hàng Thường gặp tượng không kết hạt lai F Ngồi lai xa địa lý lai cá thể loài , giống cách xa địa lý Ví dụ: Lai khoai tây trồng Solanum tuberosum L với khoai tây hoang dại Solanum demissium Lai xa nhằm mục tiêu giải nhiệm vụ đặc biệt chọn giống trồng mà không thực lai gần Hướng chủ yếu lai xa tăng cường tính chống chịu giống trồng với điều kiện ngoại cảnh bất thuận với loài sâu bệnh nguy hiểm gây tổn thất lớn cho mùa màng Các tính trạng chống chịu tìm kiếm từ loài hoang dại bán hoang dại Do bố mẹ khác chất di truyền có tái tổ hợp mới, đời sau phân li mạnh, có biến dị đặc biệt, từ biến dị chọn lọc để tạo thành giống với tính trạng đặc biệt quý giá b Ưu điểm lai xa: - Năng suất cao lai gần - Chống chịu tốt với sâu, bệnh, hạn, rét, phèn, mặn - Phẩm chất giống tăng: tăng lượng glucid, protid, đường, vitamin, độ bền sợi - Nên lai thuận nghịch lai xa lai thật nhiều hoa, lai thuận nghịch cho kết khác tính kết hạt, sức sống hạt lai c Đặc điểm lai khác loài - Lai xa cho lai có tính di truyền dao động lớn, dễ thích nghi với điều kiện mơi trường - Con lai có ưu lai mạnh - Đời sau lai xa thường xuất hiện tượng phân ly cho nhiều loại hình mới, phong phú, có xu khơi phục dạng hình bố mẹ - Đặc trưng tế bào học thường đặc biệt Ví dụ: lúa mì trắng có 2n = 14, lúa mì đen 2n = 42, lai 2n = 14 + 42 = 56 d Những khó khăn lai xa biện pháp khắc phục * Tính khơng kết hạt lai xa - Do nhụy không tiếp nhận hạt phấn làm cho hạt phấn không nảy mầm nảy mầm ống phấn không đến túi phơi Cách khắc phục: + Tiếp cận vơ tính; ghép mẹ lên bố để mẹ tiếp nhận số chất có hoạt tính sinh lý sản sinh từ gốc ghép bố + Thụ phấn mentor; mentor sử dụng hạt phấn mẹ song làm yếu đến mức khơng có khả thụ tinh song xảy thụ phấn Hạt phấn bố trộn lẫn với hạt phấn dùng làm mentor Dưới kích thích mentor nhụy tiếp nhận hạt phấn lạ có thụ phấn mà thụ tinh lại không xảy với hạt phấn loài + Sử dụng chất điều tiết sinh trưởng; nguyên nhân không tiếp nhận hạt phấn thiếu chất điều tiết sinh trưởng phun thêm vào nhụy chất cần thiết Giberelin, Auxin … chất làm cho ống phấn phát triển mạnh, giải phóng inhibitor (chất kìm hãm) giúp hạt phấn nảy mầm bình thường đưa tinh trùng đến túi phôi - Do không thụ tinh chênh lệch số lượng nhiễm sắc thể nên tạo thành hợp tử khơng có hòa hợp, hợp tử khơng hình thành Cách khắc phục: + Nhóm có dãy đa bội chi Solanum … người ta đa bội hóa bố mẹ để tạo cho bố mẹ có số lượng nhiễm sắc thể - Hình thành hợp tử phơi bị chết sớm muộn Ngun nhân q trình cung cấp chất dinh dưỡng cho phơi bị ngừng trệ bất hợp nhân tế bào chất Cách khắc phục: + Lai nghịch đảo để tìm hòa hợp tế bào chất + Cứu phơi, sau hợp tử hình thành sau phơi nội nhũ phát triển Tách phơi đưa vào môi trường dinh dưỡng nhân tạo để nuôi phơi tạo ống nghiệm sau đưa trồng e Tính bất dục lai xa * Ngun nhân: - Khơng hòa hợp nhân loài tế bào chất loài - Khơng hòa hợp nhân nhiễm sắc thể cha mẹ - Khác cấu trúc nhiễm sắc thể - Sự biểu gen lặn bất dục Các nguyên nhân làm cho trình phân chia tế bào bị rối loạn, nhiễm sắc thể không cặp đôi sinh giao tử sức sống trình phân chia giảm nhiễm * Biện pháp khắc phục: phụ thuộc vào phương thức sinh sản lai xa mục tiêu chọn giống - Cây sinh sản vơ tính sản phẩm thu hoạch quan sinh dưỡng phải có biện pháp khắc phục đặc tính hoang dại tìm cách nâng cao hệ số nhân giống vơ tính Với nhân vơ tính sản phẩm thu hoạch hoa, tiến hành chọn lọc qua hệ hữu tính để nâng cao tỷ lệ đậu (thụ phấn mentor) - Đối với sinh sản hữu tính, sản phẩm thu hoạch hạt cơng việc khó khăn tốn Có thể sử dụng biện pháp: Gây đa bội dùng Colchicine gây đa bội tạo lai F1 bình thường Trong F1 nhiễm sắc thể có cặp nhiễm sắc thể tương đồng nên hình thành giao tử bình thường Lai trở lại với bố mẹ, chọn lọc định hướng thể phân ly Lai thuận nghịch, F1 bất dục, tạo số lớn cá thể F phát vài cá thể có hạt phấn hữu dục, lấy hạt phấn thụ cho tất lai B TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO I PHƯƠNG PHÁP TẠO GIỐNG BẰNG CƠNG NGHỆ TẾ BÀO Khái niệm Cơng nghệ tế bào ngành kĩ thuật áp dụng phương pháp nuôi cấy mô tế bào môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo mô, quan hay thể hồn chỉnh mang đặc tính thể cho mô, tế bào Các giai đoạn công nghệ tế bào Bước : Tách tế bào từ thể động vật hay thực vật Bước : Nuôi cấy tế bào môi trường nhân tạo để hình thành mơ sẹo Bước : Dùng hoocmon sinh trưởng kích thích mơ sẹo phân hóa thành quan tạo thành thể hoàn chỉnh Các phương pháp tạo giống công nghệ tế bào động vật thực vật Cơ sở di truyền - Cơ sở khoa học phương pháp nhân giống cơng nghệ tế bào tính tồn của tế bào sinh vật - Mỗi tế bào thể sinh vật dều phát sinh từ hợp tử thông qua tŕnh phân bào nguyên nhiễm Điều có nghĩ tế bào thực vật rễ, thân, lá… thực vật chứa thông tin di truyền cần thiết thể hoàn chỉnh tế bào có khả sinh sản vơ tính để tạo thành trưởng thành II TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT Công nghệ nuối cấy hạt phấn a Các phương pháp sử dụng ni cấy bao phấn hạt phấn Có phương pháp sử dụng nuôi cấy bao phấn hạt phấn là: Phương pháp1: Các bao phấn ni cấy mơi trường có agar mơi trường lỏng phát sinh phôi xảy bao phấn Phương pháp 2: Hạt phấn tách rời khỏi bao phấn phương pháp học nứt nẻ tự nhiên bao phấn ni mơi trường lỏng b Quy trình ni cấy Bước 1: Chọn bao phấn: Bao phấn thích hợp có chứa hạt phấn thể nhân đến sau lần nguyên phân thứ Bao phấn hoa cho kết tốt bao phấn hoa muộn Bước 2: Xử lý nụ hoa: Cần xử lý nhiệt độ thích hợp nụ hoa sau cắt khỏi trước tách bao phấn để ni cấy, nhằm kích thích phân chia hạt phấn từ tạo đơn bội Bước 3: Chọn môi trường tái sinh thích hợp: Tùy theo đối tượng ni cấy bao phấn, hạt phấn mà lựa chọn mơi trường thích hợp tương ứng Bước 4: Điều chỉnh điều kiện nuôi cấy nhiệt độ, ánh sáng cho tái tạo calus chọn thành phần môi trường nuôi cấy thích hợp cho trực tiếp qua phôi gián tiếp thông qua calus Cây sau chuyển qua mơi trường thích hợp rể Bước 5: Chọn lọc đơn bội:Không phải tất tái sinh nuôi cấy bao phấn, hạt phấn đơn bội callus phơi lưỡng bội sinh từ tế bào vỏ bao phấn có nhiều cách để xác định đơn bội như: làm tiêu để đếm số lượng nhiễm sắc thể, đo hàm lượng DNA tế bào, so sánh tái sinh từ bao phấn với mẹ khả sinh trưởng, hình thái, kích thước Bước 6: Lưỡng bội hố thể đơn bội xử lý cochicine: Các đơn bội thu sau nuôi cấy bao phấn, để sử dụng chọn giống cần lưỡng bội hoá tạo lưỡng bội c Nhị bội hóa đơn bội Để đơn bội trở nên hữu thụ phải tiến hành nhị bội hóa số lượng NST đơn bội cách sau: - Tái sinh qua phương pháp nuôi cấy mô: Những thể lưỡng bội hình thành từ nhân đơi xảy thường xun q trình ni cấy mơ thực vật đơn bội Thường sử dụng mô đơn bội ni cấy - Cảm ứng nhị bội hóa với cochicin: Cochicin sử dụng nồng độ 0.05 – 0.5% tùy theo loài thực vật loại mô cần xử lý d Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo đơn bội nuôi cấy bao phấn, hạt phấn in vitro * Tuổi hạt phấn Cây đơn bội thu cấy bao phấn chứa hạt phấn giai đoạn phát triển thích hợp, thể nhân sau lần nguyên phân * Trạng thái sinh lý cho bao phấn hạt phấn Kết tạo đơn bội phụ thuộc nhiều vào trạng thái sinh lý bố, mẹ cho bao phấn, hạt phấn Trạng thái sinh lý lại liên quan đến điều kiện môi trường mà sinh trưởng như: quang chu kỳ, cường độ ánh sáng, nhiệt độ môi trường dinh dưỡng khống Khả thành cơng cao với bao phấn thu lần trổ hoa giảm dần lần trổ hoa Sử dụng bao phấn từ sinh trưởng cường độ ánh sáng cao, ngày ngắn cho hiệu tạo phôi cao * Tiền xử lý bao phấn hạt phấn Hiệu nuôi cấy bao phấn, hạt phấn cao tiến hành xử lý mẫu trước cấy Xử lý Nhiệt độ lạnh làm tăng khả tạo mô sẹo từ bao phấn, đồng thời cho phép bảo quản mẫu lâu Bao phấn từ sinh trưởng cường độ ánh sáng cao, điều kiện ngắn ngày cho hiệu tạo phôi cao * Mật độ bao phấn, hạt phấn Phản ứng sinh trưởng nuôi cấy đơn bội bị chi phối mật độ bao phấn, hạt phấn nuôi cấy môi trường thay đổi tùy theo loài thực vật e Ưu điểm nhược điểm * Ưu điểm - Nuôi cấy bao phấn: + Vì bao phấn có kích thước lớn nên thao tác dễ dàng + Môi trường nuôi cấy đơn giản - Nuôi cấy hạt phấn: + Tạo giống trồng bệnh + Giống tạo có phẩm chất di truyền đồng + Phát sinh phôi dễ dàng q trình ni cấy + Tạo đơn bội thuận lợi cho việc nghiên cứu di truyền Tóm lại, ni cấy bao phấn, hạt phấn đời làm giảm thời gian, đồng thời làm tăng vọt số lượng cá thể đơn bội thu * Nhược điểm - Ni cấy hạt phấn: + Khó thao tác hạt phấn có kích thước nhỏ + Các giai đoạn phát triển hạt phấn không đồng nên hiệu suất tạo đơn bội không cao + Hạt phấn vật liệu quan trọng để gây đột biến chuyển nạp gen, nhiên sử dụng làm giảm tỉ lệ tái sinh - Ni cấy bao phấn: + Khó sàng lọc đơn bội + Khi nuôi cấy bao phấn thường gặp tượng bạch tạng + Kỹ thuật nuôi cấy bao phấn, hạt phấn tạo đơn bội phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố: tuổi hạt phấn, trạng thái sinh lý bao phấn hạt phấn, kiểu gen, kinh nghiệm… Nuôi cấy tế bào thực vật in vitro tạo mơ sẹo a Quy trình nhân giống in vitro Bước 1: Chọn lọc chuẩn bị mẹ - Trước tiến hành nhân giống in vitro cần chọn lọc cẩn thận mẹ (cây cho nguồn mẫu nuôi cấy) - Các cần phải bệnh, đặc biệt bệnh virus giai đoạn sinh trưởng mạnh - Việc trồng mẹ điều kiện mơi trường thích hợp với chế độ chăm sóc phòng trừ sâu bệnh hiệu trước lấy mẫu làm giảm tỉ lệ mẫu nhiễm, tăng khả sống sinh trưởng mẫu cấy in vitro Bước 2: Nuôi cấy khởi động 10 Theo giới nghiên cứu, kết đáng khích lệ ngăn chặn thành công virus A/H5N1 lây lan đàn gia cầm góp phần giảm thiệt hại kinh tế giảm nguy truyền bệnh sang người Nhà khoa học Laurence Tiley cho biết, nghiên cứu giai đoạn đầu biến đổi gen bước quan trọng nỗ lực phát triển đàn gia cầm có khả miễn dịch với bệnh cúm Ngồi ra, cơng nghệ biến đổi gen chứng minh khả tăng cường sức đề kháng vật nuôi, giúp cải thiện đáng kể an ninh kinh tế lương thực nhiều nước bị ảnh hưởng dịch cúm gia cầm Tằm biến đổi gene sản xuất tơ nhân tạo “Thế hệ sợi tơ có đặc tính tơ nhện mục tiêu quan trọng khoa học vật liệu”, ông Malcolm Fraser, giáo sư khoa Sinh học, ĐH Notre Dame cho biết Do nghiên cứu xem bước đột phá quan trọng việc phát triển sợi tơ tằm cao cấp ứng dụng lĩnh vực y tế phi y tế Tơ nhện tự nhiên có số đặc tính khác thường thể chất, độ bền kéo độ đàn hồi cao đáng kể so với sợi tơ tằm tự nhiên kéo sợi Sợi tơ nhện có nhiều ứng dụng tiềm y sinh học, vật liệu khâu tự hủy, cải thiện băng chữa lành vết thương, làm giàn khung tự nhiên cho việc sửa chữa, thay gân dây chằng Ngồi ra, chúng ứng dụng áo chống đạn, quần áo thể thao hệ mới, loại vải nhẹ mạnh, cải thiện túi khí ơtơ Các nhà nghiên cứu cho biết, tằm trở thành nguồn sản xuất lụa thương mại, tằm biến đổi gene giải hiệu vấn đề sản xuất lụa tơ nhện quy mơ lớn * Bò sữa biến đổi gen sản sinh sữa người Các nhà khoa học thuộc trường đại học Nông nghiệp Trung Quốc tạo 300 bò sữa cấy gen từ người giúp chúng sản sinh loại sữa có thành phần dinh dưỡng hàm lượng chất béo giống sữa người Nhóm nghiên cứu tin tưởng loại sữa giúp bà mẹ nhiều lựa chọn chăm sóc đứa sơ sinh giúp bà mẹ khơng có sữa yên tâm họ ăn loại sữa bò giống với sữa mẹ “Loại sữa có nhiều chất dinh dưỡng loại sữa bò thơng thường khác Trong vòng 10 năm tới, người dễ dàng mua loại sữa siêu thị”, giáo sư Ning Li, thuộc trường đại học Nông nghiệp Trung Quốc người đứng đầu nghiên cứu, cho biết Các nhà khoa học cho biết họ sử dụng nhân vơ tính để cấy gen người vào ADN bò sữa trước thay đổi số gen phơi thai bò chuyển sang bò sữa khác để mang thai, tạo giống bò sữa biến đổi gen mới, sản sinh sữa chứa lysozyme lactoferrin giống sữa người Những protein giúp bảo vệ trẻ sơ sinh tránh bị nhiễm khuẩn tăng cường hệ miễn dịch Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học sức khỏe lo ngại an toàn loại sữa biến đổi gen Họ cho sữa người sữa bò hoàn toàn khác hàm lượng chất dinh dưỡng sữa bò khó tiêu hóa so với sữa người Tiến sĩ Patti Rundall, thuộc tổ chức Baby Milk Action, cho biết: “Chúng ta cần đặt sức khỏe người lên hàng đầu Những sản phẩm biến đổi gen tiềm ẩn rủi ro sức khỏe mà chưa thể biết được” b Tạo giống trồng biến đổi gen * Mục tiêu - Tạo giống trồng kháng sâu hại 34 - Tạo giống chuyển gen có đặc tính q - Tạo giống biến đổi gen có sản phẩm bảo quản tốt *Phương pháp - Tạo ADN tái tổ hợp: tách thể truyền gen cần chuyển khỏi tế bào - Xử lí plasmit ADN chứa gen cần chuyển enzim cắt restrictaza - Nối đoạn vừa cắt vào plasmit nhờ enzim ligaza có đặc tính mới◊- Tái sinh từ tế bào nuôi cấy * Cà chua tím chống ung thư Cà chua biến đổi gen với màu tím có khả chống lại bệnh ung thư Để tạo giống cà chua tím, nhà khoa học đưa số gen hoa mõm chó (snapdragon) vào cà chua thơng thường, sau thử nghiệm loại cà chua chuột mang bệnh ung thư Họ phát tuổi thọ chuột kéo dài ăn bột cà chua tím Phục vụ thử nghiệm có ba nhóm chuột đột biến gen mang bệnh ung thư Những chuột mang u bướu chết sớm Nhóm thứ cho ăn thức ăn tiêu chuẩn, nhóm thứ hai ăn bột làm từ cà chua đỏ bình thường đơng lạnh nhóm thứ ba ăn bột làm từ cà chua tím đậm sấy khơ đơng lạnh Kết nhóm chuột ăn cà chua tím sống trung bình 182 ngày so với 142 ngày nhóm chuột ăn thức ăn bình thường 146 ngày nhóm ăn cà chua đỏ Thời gian sống dài chuột ăn thức ăn bình thường 211 ngày chuột ăn cà chua tím 260 ngày Các nhà khoa học cho biết giống cà chua có lượng anthocyanin, chất tạo màu cối, cao Chúng thường có nho, mâm xơi, việt quất loại trái khác Các nhà nghiên cứu đưa giả thiết anthocyanin có cơng dụng chống oxy hóa có nhiều lợi ích sức khỏe, từ phòng chống bệnh tim đến bệnh ung thư * Lúa biến đổi gen Các nhà khoa học thuộc Viện Lúa Đồng Bằng sông Cửu long tiến hành nghiên cứu giống lúa IR 64, MTL 250 ( Indica ) giống Tapei 309 ( Japonica ) chuyển nạp gen với vectơ pCaCar pFun3 mang gen psy crtI điều khiển lộ trình tổng hợp isoprenoid để tạo số vi chất dinh dưỡng, phương pháp sử dụng Agrobacterium 35 hệ thống chọn lọc mannose thay cho hệ thống chọn lọc chất kháng sinh chất diệt cỏ Kết tạo dòng lúa biến đổi gen chứa beta- carotenoid, hợp phần chủ yếu carotene ( tiền vitamin A ) có hàm lượng cao, giống đối chứng khơng biến đổi gen hồn tồn khơng có beta- carotenoid Điều đặc biệt dòng biến đổi gen với vectơ pCaCar hạt gạo biểu beta-carotene hợp chất vitamin E ( tocopherols ) nội nhũ hạt gạo non có diện geranyl geranyl diphosphate ( GGPP) tiền chất quan trọng tiến trình sinh tổng hợp beta-carotene hợp chất vitamin E Ngoài ra, số dòng lúa biến đổi gen có diện chất beta-oryzanol, chất chống oxyt hố có vai trò quan trọng vitamin A gia tăng đáng kể * Gạo biến đổi gen cung cấp kháng thể chống Rotavirus nguy hiểm Gạo vàng, loại thực phẩm biến đổi gen có nhiều ưu điểm Các nhà nghiên thiết kế giống lúa MucoRice-ARP1, cách thêm vào kháng thể để chống lại rotavirus, vốn tìm thấy ban đầu lạc đà không bướu (llamas), hệ gen lúa Theo Tổ chức Y tế Thế giới, rotavirus nguyên nhân hàng đầu gây tiêu chảy nặng trẻ nhỏ trẻ sơ sinh, làm chết 520.000 người năm, Hơn 85 % ca tử vong xảy nước nghèo châu Phi châu Á Tạo dòng lúa biến đổi gen chống bệnh tiêu chảy đưa lại phương pháp hiệu để bảo vệ trẻ em nước phát triển c Tạo giống vi sinh vật biến đổi gen * Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất insulin người - Insulin hormone tuyến tụy có chức điều hòa glucose máu Trường hợp insulin thể sản xuất không đủ chức gây bệnh tiểu đường glucose bị thải qua nước tiểu - Gen tổng hợp insulin tách từ thể người chuyển vào vi khuẩn E.coli plasmid Sau đó, ni cấy vi khuẩn để sản xuất insulin qui mô công nghiệp đáp ứng nhu cầu chữa bệnh cho người * Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất somatostatin 36 - Somatostatin loại hormone đặc biệt tổng hợp từ não động vật, có chức điều hòa hormone sinh trưởng insulin vào máu - Bằng công nghệ gen tạo chủng E.coli sản xuất somatostatin * Virus biến đổi gen chữa bệnh ung thư Theo kết nghiên cứu nhà khoa học đăng tạp chí y khoa, Nature Medicine ngày 10/2, loại virus biến đổi gen thử nghiệm 30 bệnh nhân ung thư gan giai đoạn cuối giúp họ kéo dài mạng sống, tiêu diệt khối u ngăn ngừa phát triển khối u Vắcxin Pexa-Vec điều chế để tiêu diệt tế bào ung thư giúp cho hệ thống miễn dịch bệnh nhân chống chọi lại với tế bào ung thư Nhà nghiên cứu Kirn cho hay: “Kết cho thấy việc điều trị Pexa-Vec với liều lượng thấp hay cao làm giảm kích cỡ khối u làm giảm lưu lượng máu cung cấp cho khối u Các số liệu chứng tỏ việc điều trị Pexa-Vec tạo phản ứng miễn dịch khối u.” Tuy nhiên, tác giả nghiên cứu cho biết cần phải có thử nghiệm quy mô lớn để xác minh lại kết đó, giai đoạn tiếp theo, họ tiến hành thử nghiệm với khoảng 120 bệnh nhân Ngoài ra, vắcxin Pexa-Vec thử nghiệm loại ung thư khác III NHỮNG NGHI NGẠI VỀ SINH VẬT BIẾN ĐỔI GEN Tác dụng trước mắt Dân số giới tăng lên nhanh GMF giải pháp hữu hiệu giải vấn đề lương thực cho dân số tăng vọt năm tới thông qua cách sau: - Chống sâu bệnh cỏ dại: sản lượng thâm hụt sâu bệnh phá hoại hay cỏ dại lấn áp diện tích, gây thiệt hại to lớn cho nông dân nạn đói nhiều nước Nhưng khơng muốn sử dụng sản phẩm có thuốc trừ sâu diệt cỏ ví lo ngại tác hại hóa chất sức khỏe dư lượng thuốc trừ sâu đất gây ô nhiễm nguồn nước môi trường Sử dụng giống trồng có khả chống sâu bệnh, chống cỏ dại làm giảm bớt tình trạng nông dân sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, đồng thời làm giảm giá thành sản phẩm nông nghiệp - Chịu lạnh, chịu hạn chịu mặn: tạo giống có khả sinh trưởng tốt vùng đất khơ hạn, độ mặn cao hay khí hậu lạnh giá giúp tăng suất Chẳng hạn đưa loại gen chống lạnh cá nước lạnh vào thuốc khoai tây, hai loại chịu nhiệt độ thấp thông thường nhiệt độ thấp làm mằm chết rụi - Giàu chất dinh dưỡng: gạo loại thực phẩm chủ yếu nước nghèo, gạo khơng có đủ chất dinh dưỡng cần thiết để chống suy dinh dưỡng cho người Nếu gạo xử lý gen bổ sung thêm vitamin khống chất tình trạng thiếu chất cải thiện Các nhà khoa học Thụy Sỹ nghiên cứu giống lúa "vàng" chứa tỉ lệ chất betacarote(vitamin A) tỷ lệ cao, hạn chế bệnh mắt Ngoài giống lúa có tỷ lệ sắt cao nghiên cứu - Dược phẩm, vacxin thuốc chữa bệnh có giá thành cao Vì vậy, nhà khoa học tìm cách tạo loại vacxin chứa khoai tây, táo hay cà chua, vừa dễ vận chuyển, bảo quản kiểm soát loại vacxin tiêm truyền thống Một số hạn chế Các nhà bảo vệ mơi trường, nhà khoa học phủ bày tỏ quan ngại GMF khơng ngừng trích ngành nơng nghiệp chạy theo lợi nhuận mà bỏ qua hiểm họa tiềm tàng Họ cho GMF hủy hoại môi trường tác hại không lường đến loài khác; 37 nguy gây bệnh dị ứng số tác động khác người có địa nhạy cảm Cụ thể trểm có nguy dị ứng suốt đời với lạc số thức ăn khác Mặc dù nhiều lo ngại GMF, nói chung, ngồi khả dị ứng,GMF khó gây hại đến sức khoe on người; Mặt khác, nghiên cứu ứng dụng GMF trình lâu dài tốn kém, nên sản phẩm lưu hành, giá thành cao, khơng thích hợp với nước nghèo, dẫn đến khoảng cách giàu nghèo ngài lớn * Các nhà khoa học Nga cơng bố kết cơng trình nghiên cứu độc lập cho thấy thực phẩm biến đổi gen gây tác hại cho động vật có vú Các nhà nghiên cứu theo dõi trình phát triển động vật thường xuyên ăn thực phẩm biến đổi gen phát loài động vật đến hệ thứ ba hoàn toàn khả sinh sản Trong thời gan hai năm liền, chuột đồng laoij campbell, vốn có đặc tính nối tiếp hệ nhanh Các nhà khoa học phân chúng thành cặp bố trí cho chúng khoang riêng Về thức ăn, nhóm ni thức ăn thơng thường, nhóm thứ hai ăn đậu "sạch" khơng biến đổi gen, nhóm thứ ba thức ăn biến đổi gen tỉ lệ thấp, nhóm thứ tư có tỉ lệ cao Ở giai đoạn sinh hoạt tất chuột lồng diễn bình thường Tuy nhiên, cặp chuột từ hệ thứ hai trở xuất thay đổi nghiêm trọng mức sinh sản bị sụt xuống, độ tuổi trưởng thành sinh dục đến muộn Trong hệ thứ hai này, nhà khoa học lựa chuột có kết cặp chung Kết là, chuột ni thức ăn có chứa chất biến đổi gen hòa tồn khơng có khả sinh sản Một tượng lạ thường khác xuất hệ chuột thứ ba, chưa giải thích có liên quan đến thức ăn biến đổi gen hay khơng, vòm miệng ăn thức ăn biến đổi gen mọc lông Các nhà khoa học chưa giải thích chất biến đổi gen làm nảy sinh trình phá hoại thể, mà khẳng định rằng, phương pháp để trung hòa hiệu tiêu cực thức ăn biến đổi gen chấm dứt sử dụng loại thực phẩm Chính nhà khoa học đề nghị tạm dừng sử dụng chất biến đổi gen lãnh thổ Nga, chừng chưa kiểm tra có kết rõ ràng mức độ an toàn sinh học sản phẩm Kết thí nghiệm nhà khoa học Nga trùng hợp với kết thí nghiệm đồng nghiệp Pháp vá Áo Chẳng hạn, Pháp nhà khoa học chứng minh rằng, ngô biến đổi gen dùng làm thức ăn gây hại cho động vật có vú Ngay Pháp đă cấm sản xuất mua bán loại lương thực ngơ biến đổi gen Tóm lại, sinh vật biến đổi gen có tiềm to lớn, giải nạn đói suy dinh dưỡng giới, đồng thời hạn chế bớt tác hại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ môi trường Tuy nhiên, có nhiều khó khăn phía trước Chính Phủ việc kiểm định an toàn, quy chế quản lý dán nhãn thực phẩm GMF trở thành làng sóng tương lai LUYỆN TẬP I Câu hỏi lí thuyết Câu : Trình bày bước sử dụng kĩ thuật cấy gen vào E coli để sản xuất vacxin tái tổ hợp phòng chống bệnh lở mồm, long móng động vật móng guốc Biết hệ gen loại virut có chất ARN vacxin phòng bệnh prơtêin kháng ngun (VP1) hệ gen virut mã hóa 38 Hướng dẫn.MGGGGGGGLLLLL * Các bước : - Tách ARN virut mang gen kháng nguyên VP1 - Phiên mã ngược tạo cADN-VP1 - Tách plasmit từ E.coli - Dùng enzim giới hạn cắt plasmit VP1 - Nối pasmit E.coli với đoạn cADN-VP1 tạo plasmit tái tổ hợp - Biến nạp plasmit tái tổ hợp vào E.coli - Ni E.coli có plasmit tái tổ hợp để vi khuẩn sản xuất vacxin Câu : Trong kỹ thuật di truyền, việc lựa chọn vectơ plasmit cần quan tâm đến đặc điểm ? Hướng dẫn - Plazmit có kích thước ngắn - Có gen chuẩn (gen đánh dấu) - Có điểm cắt enzym giới hạn - Có thể nhân lên nhiều tế bào nhận Câu : Plasmid ? Để dùng làm thể truyền (vector) cần phải biến đổi plasmid ? Hướng dẫn - Plasmid phân tử ADN, vòng, sợi kép, tự tái bản, trì vi khuẩn thực thể độc lập nhiễm sắc thể - Một số plasmid mang thông tin việc di chuyển từ tế bào sang tế bào khác (F plasmid), số khác mã hóa khả kháng lại kháng sinh (R plasmid), số khác mang gen đặc biệt để sử dụng chất chuyển hóa bất thường (plasmid phân huỷ) - Để dùng làm vector plasmid cần phải có : + Vùng nhân dòng đa vị chứa điểm cắt cho endonucleaza giới hạn, dùng để chèn ADN nhân dòng + Plasmid chứa gen để chọn (như gen kháng ampicillin, ) + Điểm khởi động chép hoạt động E coli Câu : Trong kĩ thuật cấy gen, cho biết : * Thể truyền ? Vì thể thực khuẩn xem loại thể truyền lý tưởng ? * Thế ADN tái tổ hợp ? Nêu tóm tắt bước tạo ADN tái tổ hợp Hướng dẫn * Thể truyền phân tử ADN nhỏ có khả tự nhân đôi cách độc lập với hệ gen tế bào Thể truyền plasmit virut * Thể thực khuẩn xem loại thể truyền lý tưởng thoả mãn tiêu chuẩn thể truyền có khả biến nạp vào tế bào nhận * ADN tái tổ hợp phân tử ADN nhỏ lắp ráp từ đoạn ADN lấy từ tế bào khác (thể truyền gen cần chuyển) * Các bước tạo ADN tái tổ hợp : Tách chiết tinh ADN nguồn khác nhau, cắt nối 39 Câu : Trong kĩ thuật di truyền, người ta cần phải tách dòng tế bào mang ADN tái tổ hợp khỏi loại tế bào khác Hãy mô tả qui trình chọn lọc dòng tế bào mang ADN tái tổ hợp Vectơ biểu dùng công nghệ sinh học loại vectơ giúp tạo nhiều sản phẩm gen protêin Để đáp ứng điều vectơ biểu cần có đặc điểm ? Hướng dẫn Để tách dòng tế bào có chứa ADN tái tổ hợp khỏi loại tế bào khác người ta thường phải dùng plasmit có chứa gen đánh dấu gen kháng kháng sinh Một plasmit dùng làm thể truyền cần phải chứa gen kháng lại hai chất kháng sinh khác tế bào nhận khơng chứa gen kháng kháng sinh Tại hai gen kháng chất kháng sinh phải chứa trình tự nhận biết cắt enzym cắt giới hạn Do đó, dùng enzim cắt giới hạn cắt plazmit để gắn gen tạo ADN tái tổ hợp gen kháng kháng sinh bị hỏng ADN tái tổ hợp kháng lại loại kháng sinh mà Như xử lí dòng tế bào loại kháng sinh sau tách tế bào có ADN tái tổ hợp Vectơ biểu cần có đặc điểm : - Vectơ biểu cần có promotơ khoẻ, tức có lực cao với ARN polymeraza Nhờ gen phiên mã nhiều cho nhiều sản phẩm (protein) - Vectơ biểu loại có khả tạo nhiều tế bào (véctơ đa phiên bản) Câu : Trước người ta hay chuyển gen người vào tế bào vi khuẩn để sản sinh protein định người với số lượng lớn Tuy nhiên, nhà sinh học phân tử lại ưa dùng tế bào nấm men làm tế bào để chuyển gen người vào dùng tế bào vi khuẩn Tại ? Hướng dẫn Vì tế bào nấm men tế bào nhân chuẩn nên có enzym để loại bỏ intron khỏi ARN trình tinh chế để tạo mARN, tế bào nhân sơ vi khuẩn chúng khơng có gen phân mảnh nên khơng có enzim cắt intron Câu : Trong công nghệ sinh học, người ta tạo nhiễm sắc thể nhân tạo Theo em, cần lắp ráp trình tự nucleotit để tạo nên nhiễm sắc thể nhân tạo dạng thẳng, cho hoạt động nhiễm sắc thể bình thường tế bào nhân thực ? Hướng dẫn - Phải có trình tự khởi đầu chép (xuất phát tái bản) – trình tự giúp enzim nhận biết khởi đầu trình tự nhân đơi ADN - Có trình tự nucleotit làm nhiệm vụ tâm động (liên kết với thoi vơ sắc q trình phân bào) - Có trình tự đầu mút đầu nhiễm sắc thể để trì ổn định nhiễm sắc thể nhân tạo, để nhiễm sắc thể khơng dính vào Câu : Để tổng hợp loại prôtêin đơn giản người nhờ vi khuẩn qua sử dụng kỹ thuật ADN tái tổ hợp, người ta có hai cách : * Cách thứ : Tách gen mã hóa prôtêin trực tiếp từ hệ gen nhân tế bào, cài đoạn gen vào plasmit vi khuẩn nhờ enzim ligaza * Cách thứ hai : Tách mARN trưởng thành gen mã hóa prơtêin đó, sau dùng enzim phiên mã ngược tổng hợp lại gen (cADN), cài đoạn cADN vào plasmit nhờ enzim ligaza 40 Trong thực tế, người ta thường chọn cách ? Tại ? Hướng dẫn * Trong thực tế, người ta chọn cách thứ hai * Giải thích : - ADN (gen) tách trực tiếp từ hệ gen người thường mang intron, cADN (được tổng hợp từ mARN tế bào chất) không mang intron - Các tế bào vi khuẩn khơng có khả cắt bỏ intron gen eucaryote, nên đoạn ADN cài tách trực tiếp từ nhân khơng tạo prơtêin bình thường - Đoạn ADN phiên mã ngược (cADN) tương ứng mARN dùng để dịch mã prơtêin, có kích thước ngắn nên dễ tách dòng biểu gen điều kiện in-vitro Câu : Trong cơng nghệ gen, người ta sản xuất prơtêin đơn giản động vật có vú nhờ vi khuẩn, chẳng hạn E coli Trên sở đặc điểm khác cấu trúc gen sinh vật nhân sơ nhân thực, nêu cải biến cần thực gen cấy, để tế bào vi khuẩn sản xuất prơtêin động vật có vú Hướng dẫn * Cấu trúc gen sinh vật nhân thực khác sinh vật nhân sơ chỗ : - Có chứa intron - Trình tự ADN khởi đầu phiên mã - Trình tự kết thúc phiên mã - Trình tự tín hiệu khởi đầu dịch mã * Để tế bào vi khuẩn sản xuất protein động vật có vú, gen động vật có vú trước cấy vào E coli thường : - Được dùng dạng cADN (không chứa intron) - Cải tiến phần trình tự khởi đầu phiên mã - Cải tiến phần trình tự kết thúc phiên mã - Cải tiến phần trình tự khởi đầu dịch mã Câu 10: Có phương pháp thu nhận gene để thực kĩ thuật tái tổ hợp DNA? Hướng dẫn Cách 1: Tách đoạn DNA từ hệ gene: dùng enzyme restriction cắt toàn DNA thành đoạn nhỏ gắn vào vector mang gene tạo plasmid tái tổ hợp Cách 2:Hóa tổng hợp nhân tạo gene (xem câu 5) Cách 3: sinh tổng hợp gene từ mRNA tương ứng: tổng hợp cDNA mạch đơn từ mRNA trưởng thành nhờ enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase), sau dùng DNA polymerase tổng hợp cDNA mạch kép từ cDNA mạch đơn Gắn cDNA mạch kép vào plasmid biến nạp vào tế bào vi khuẩn II Bài tập Câu 1: Hiện nay, nhà chọn giống tạo giống trồng có suất cao, mùi vị thơm ngon giảm bớt chất gây mùi vị khó chịu người a Hãy cho biết giống trồng chọn lọc gieo trồng diện tích rộng nhiều năm có ảnh hưởng đến suất môi trường? b Nếu vùng trồng số giống lúa có suất chất lượng cao liên tục nhiều năm gặp phải khó khăn cơng tác chọn tạo giống mới? Giải thích đề biện pháp khắc phục 41 Đáp án a - Con người quan tâm giữ lại đặc điểm có lợi (mùi vị thơm) loại bỏ mùi vị khó chịu, nên giống chọn có sức chống chịu với loại thiên địch Tuy nhiên, hóa chất có mùi vị khó chịu người lại chọn lọc tự nhiên giữ lại q trình tiến hóa, giúp đề kháng với thiên địch hay gặp tự nhiên Do vậy, có dịch bệnh bùng phát thiên địch, sản lượng bị giảm mạnh - Về lâu dài, đối mặt với thiên địch sâu hại, người phải sử dụng nhiều thuốc trừ sâu, dẫn đến cân sinh thái, ô nhiễm môi trường Các giống thối hóa giống làm giảm suất b - Việc sử dụng giống suất cao có chất lượng tốt loại bỏ giống khác, lâu dài làm giảm đa dạng di truyền loại trồng, làm mát nguồn gen để tạo giống tương lai - Giải thích: Khi sử dụng số giống lúa lâu dài tạo dòng thuần, giảm khả tạo kiểu gen Câu 2: Để đánh giá hiệu chuyển gen thực vật thông qua số gen chuyển (gen đích), người ta thường sử dụng kỹ thuật lai AND (lai Southern) Trong kỹ thuật người ta sử dụng enzim cắt giới hạn có vị trí nhận biết khơng nằm gen đích(hay vùng thiết kế mẫu dò) để sử lý AND tổng số dòng chuyển gen Hình mô kết lai Southern mẫu nghiên cứu Trong đó, giếng M mẫu AND chuẩn (Marker); P(positive control) mẫu đối chứng dương (vectơ mang gen đích chưa bị cắt; giếng từ đến 16 sản phẩm cắt mẫu AND tổng số enzim giới hạn 16 dòng chuyển gen M P 10 11 12 13 14 15 16 10kb 8kb 4kb 2kb 1,5kb 1kb 750bp 500bp Từ kết thu trên, xác định dòng dòng chuyển gen mong muốn? Giải thích 42 ĐÁP ÁN - Từ kết hình, ta nhận thấy tất 16 mẫu AND dòng chuyển gen có sản phẩm cắt giới hạn, điều chứng tỏ tất dòng chứa đoạn gen chuyển (gen đích) với kích thước khác + Các dòng 2,6,9,12,13,14,15,16 mang gen đích + Các dòng 1,3,5 mang gen đích + Các dòng 10,11 mang gen đích + Các dòng 4,7,8 mang gen đích - Khi chuyển gen, người ta muốn có gen đích tái tổ hợp vào NST tế bào vật chủ Tuy nhiên, việc đoạn gen đích chèn vào nhiều điểm khác nhiều nhiễm sắc thể điều khơng mong muốn.Vì thế, dòng có gen đích dòng mong muốn để chọn lọc tiếp Từ kết luận, dòng mong muốn nghiên cứu dòng 4,7,8 Câu 3: Hiện trung tâm chiếu xạ Việt Nam sử dụng tia gama Co60để xử lý hạt giống, chồi non mô nuôi cấy nhiều giống trồng, nhằm tạo giống đột biến có suất, chất lượng cao có khả chống chịu vơi điều kiện môi trường bất lợi, đặc biệt hạn hán Trong giống nho trồng miền trung, có giống cho nhỏ, không hạt, khả chịu hạn Một giống khác cho to, chua, nhân giống hạt chủ yếu có khả chịu hạn tốt a Phương pháp chiếu xạ áp dụng cho hai giống nho trên? Giải thích b Sau gây đột biến, người ta chọn lọc giống nho mới: giống cho to, ngọt, khơng có hạt,nhưng chịu hạn giống cho qủa to, ngọt, có hạt, chịu hạn tốt Đột biến có ý nghĩa cải tiến giống phát sinh giống nho ban đầu đột biến trội hay đột biến lặn? Giải thích c Bằng phương pháp tạo giống nho có đặc điểm ưu việt hai giống nho đột biến trên? Giải thích ĐÁP ÁN a Đối với giống nho có hạt, sử dụng phương pháp chiếu xạ là: chiếu xạ hạt, chiếu xạ chồi non chiếu xạ mơ sinh trưởng Còn giống nho khơng hạt, có phương pháp chiếu xạ chiếu xạ chồi non chiếu xạ mô sinh trưởng b Đối với giống nho không hạt: Đột biến phát sinh loài phải đột biến trội giống sinh sản vơ tính Vì trình chọn lọc cần chọn cá thể biểu kiểu hình hệ sau đột biến Đối với giống nho có hạt , chọn lọc qua sinh sản hữu tính song song với sinh sản vơ tính, nên đột biến phát sinh nho có hạt đột biến trội (biểu hệ xuất phát) đột biến lặn (qua sinh sản hữu tính, chọn lọc cá thể mang gen đồng hợp lặn) c Có nhiều phương pháp để tạo tổ hợp giống mang đặc tính tốt từ giống khác lai hữu tính, chuyển gen, lai tế bào soma Trong giống nho đột biến trên, có giống khơng thể sinh sả hữu tính nên phương pháp lai tạo thụ phấn chéo thông thường thực Vì có phương pháp lại chuyển gen lai tế bào trần(lai tế bào soma) Câu 4: Giả sử bạn phân lập nhân dòng cDNA mã insulin người chuyển gen vào E coli, song gen insulin tế bào E.coli không thấy biểu Những ngun nhân giải thích tượng này? 43 ĐÁP ÁN - cDNA bị cài vào plasmit vi khuẩn ngược chiều - cDNA chứa trình tự Shine-Dalgrno bị biến đổi - cDNA prôtêin, prôtêin không biến đổi sau dịch mã E coli Câu 5: Có hai chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus Chủng I kháng penicilin kanamixin, chủng II kháng streptomycine ampicilin Người ta tiến hành thí nghiệm sau 24h ni, phân lập từ bình chủng (III) có khả kháng penicilin, kanamixin streptomycine - Thí nghiệm 2: giống thí nghiệm 1, từ đầu bổ sung enzyme endonuclease Sau thời gian, phân lập chủng III có khả kháng penicilin, kanamixin streptomycine - Thí nghiệm 3: lấy ống hình chữ U đựng mơi trường dinh dưỡng thí nghiệm 1, có màng lọc, ngăn khơng chó tế bào qua lại hai bên ống lại cho phép phân tử nhỏ DNA hay phage qua Cấy chủng vào bên ống Sau thời gian dể dàng phân lập chủng III kháng penicilin, kanamixin streptomycine - Thí nghiệm 4: giống thí nghiệm 3, người ta bổ dung endonuclease vào bên ống, cuối phân lập chủng III kháng penicilin, kanamixin streptomycine Hãy cho biết trao đổi vật chất di truyền thí nghiệm kết biến nạp, tải nạp hay tiếp hợp Biết rằng, mơi trường thí nghiệm nhiễm phage ĐÁP ÁN - TN1: Biến nạp, tải nạp tiếp hợp - TN2: Do DNA tự bị phân giải enzyme endonuclease nên chủng tạo thành tải nạp tiếp hợp - TN3: Do tế bào qua màng lọc, nên chủng tạo thành tải nạp biến nạp - TN4: Chủng tạo thành tải nạp Câu 6: Năm 2002, giáo sư Ekhard Wimmer (Anh) tiến hành tổng hợp nhân tạo genom ARN (+) virut bại liệt đưa vào tế bào chúng nhân lên Khi tiêm virut bại liệt nhân tạo vào chuột chuột bị bệnh bại liệt Gần đây, nhà khoa học trẻ tạch genom virut cúm A H5N1 (gồm phân tử ARN) đưa genom tinh khiết vào nhân tế bào niêm mạc đường hô hấp gia cầm với hi vọng thu kết giống giáo sư Ekhard Wimmer Hãy phân tích hai thí nghiệm trả lời câu hỏi sau: a.Tại thí nghiệm Ekhard Wimmer lại thành cơng? b.Thí nghiệm nhà khoa học trẻ có tạo virut cúm A H5N1 khơng? Giải thích ĐÁP ÁN a Do trình tự nucleotide genom ARN (+) virut bại liệt giống với trình tự mARN nên động mARN - Chúng tiến hành dịch mã để tạo enzyme ARN polymerase sau phiên mã, chép nhân lên tế bào chất, tạo virut - ARN (-) khác với mARN nên đưa genom ARN (-) tinh khiết virut cúm vào nhân tế bào chúng không hoạt động được, virut muốn nhân lên cần phải có enzyme replicase (tức ARN polymerase phụ thuộc ARN) mang theo Câu 7: 44 ADN Cá hồi Atlantic (Salmon salar) có hệ gen gồm 28 cặp NST thường cặp NST giới tính (XY) gần giải trình tự hồn tồn Kỹ thuật vi tiêm ADN dùng để chuyển gen tái tổ hợp mã hóa hoocmơn sinh trưởng nhanh vào phơi lồi cá giai đoạn hợp tử Kết thu cá thể biến đổi gen (các thể “sáng lập” F 0) gồm đực Gen hoocmơn sinh trưởng điều hòa biểu trình tự tăng cường (enhancer) đặc trưng gan, cá thể sáng lập có hàm lượng cao hoocmôn sinh trưởng tăng nhanh Người ta khẳng định, cá thể có gen tái tổ hợp cài vào hệ gen Để tạo dòng cá hồi chuyển gen bền vững di truyền, người ta tiến hành lai cá thể sáng lập với cá thể kiểu dại (khơng có gen tái tổ hợp) có giới tính phù hợp để thu hệ F1 Khi kiểm tra tỉ lệ giới tính F 2, em ln tìm thấy số cá thể (70%) nhiều số cá thể đực (30%) gen tái tổ hợp hoocmơn sinh trưởng nhóm kiểu hình - khơng có gen tái tổ hợp (kiểu dại), đồng hợp tử dị hợp tử - F2 Giải thích ? ĐÁP ÁN Bên cạnh vai trò nhiễm sắc thể XY, yếu tố môi trường ảnh hưởng đến q trình xác định đặc điểm giới tính thứ cấp Câu 8: Sau thời gian nghiên cứu chọn lọc, Viện Nghiên cứu ăn miền Nam lai tạo thành công giống long ruột tím hồng (LĐ5) Đây giống long lai tạo từ giống long ruột đỏ (LĐ1) với long ruột trắng giống long ruột tím hồng Thanh long ruột tím hồng có nhiều ưu điểm như: ruột màu nhạt long ruột đỏ, tai vỏ xanh cứng, suất trung bình khoảng 40 tấn/ha, canh tác tốt suất đạt 60-70 tấn/ ha, thời gian cho trái dài vào mùa nghịch.(Điểm tin KHCN tuần 4/5/2012) a Dựa vào đoạn văn em cho biết long ruột tím hồng thành tựu phương pháp tạo giống nào? b Hãy mô tả q trình tạo giống long ruột tím hồng? ĐÁP ÁN a Tạo giống dựa biến dị tổ hợp b Tạo dòng long ruột đỏ ruột trắng, sau lai dòng với chọn lọc cá thể có kiểu hình mong muốn→ cho tự thụ qua nhiều hệ tạo dòng dùng làm giống Câu 9: Từ năm 2007, Trung tâm Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu ăn Đông Nam Bộ, Sở KH-CN Đồng Nai bắt tay thực chiếu xạ luợng hạt nhân để tạo giống bưởi mang tính đặc trưng, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Sau năm nghiên cứu triển khai đề tài SX giống bưởi đường cam Tân Triều (Đồng Nai) công nghệ chiếu xạ lượng hạt nhân nhằm tạo giống không hạt thu kết khả quan Sở KN-CN Đồng Nai cho biết, để có ba giống bưởi khơng hạt, nhà khoa học đưa 1.000 cành bưởi đường cam bệnh lên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt chiếu xạ nguồn phóng xạ ban 60 Sau chiếu xạ, 1.000 cành ghép với 1.000 bưởi mẹ từ vùng bưởi Tân Triều để chọn giống ưu việt, hạt Từ 1.000 cây, nhóm nghiên cứu chọn ba giống có khơng hạt gồm: ĐLC240, ĐLC434 ĐLC436 Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt nhận định, dòng bưởi đường cam Tân Triều loại trái có thương hiệu Dựa vào đoạn thơng tin cho biết bưởi khơng hạt nói thành tựu phương pháp tạo giống ? (Gợi ý: Tạo giống phương pháp gây đột biến) Câu 10: Bài tập lập đồ enzym giới hạn 45 a Khi cắt plasmid pBR322 HaeI, có 11 đoạn ADN tạo Khi cắt BamHI, có đoạn tạo Có điểm giới hạn cho loại enzym? Đáp án: ADN plasmid có mạch vòng Vậy có 11 điểm giới hạn cho HaeI cho BamHI Phân tử ADN mạch vòng có n điểm giới hạn tạo n đoạn xử lý enzym giới hạn b Một phân tử ADN mạch thẳng cắt EcoRI tạo đoạn kb, 4,2 kb kb Hãy xác định đồ giới hạn Đáp án: Có ba đoạn, phải có điểm giới hạn Các điểm phân bố sau: ↓ ↓ 4,2 ↓ 4,2 ↓ 5 ↓ ↓ 4,2 Đột biến làm thay đổi bazơ điểm nhận biết BgIII, và, vậy, enzym cắt phân tử lần Đoạn tổng hai đoạn 1,7 2,1 kb, cho thấy hai đoạn nằm kề phân tử ADN bình thường ADN mạch thẳng có n điểm giới hạn tạo n+1 đoạn c Khi xử lý AND tách từ đột biến khác BgIII, người ta thấy xuất đoạn 1,3 kb, 1,7 kb, 1,9 kb 2,1 kb Hãy giải thích kết thu Đáp án: Chúng ta thấy đoạn 1,7 2,1 kb có ADN bình thường ADN đột biến Điểm giới hạn sinh hai đoạn phải nguyên vẹn ADN đột biến Hai đoạn lại, 1,3 1,9 kb có tổng 3,2 kb, đoạn bị Vậy, điểm giới hạn tạo ADN gốc Đột biến tạo điểm giới hạn làm đoạn cũ xuất hai đoạn ngắn c Một phân tử ADN mạch thẳng xử lý enzym kết sau: EcoRI: 1,7; 2,1; 3,2 kb HaeI: 1,0; 1,4; 4,6 kb Hỗn hợp: 0,7; 1,0; 1,4; 1,8; 2,1 kb Những đoạn giới hạn EcoRI không chứa điểm giới hạn HaeI ngược lại? Đáp án: Đoạn 2,1 EcoRI xuất “hỗn hợp”, , khơng có điểm giới hạn HaeI Các đoạn khác EcoRI xử lý hai enzym, nên chúng phải chứa điểm giới hạn HaeI Tương tự, đoạn 1,0 1,4 HaeI không chứa điểm giới hạn HaeI Nếu đoạn enzym giới hạn tạo xuất xử lý enzym hỗn hợp hai enzym đoạn khơng có điểm giới hạn cho enzym thứ hai d Hãy xét lại đoạn xây dựng đồ giới hạn Đáp án: Vì 1,0 + 0,7 = 1,7 1,4 + 1,8 = 3,2 nên đoạn 1,7 EcoRI phải có điểm giới hạn cho HaeI từ đầu: E 1,0 H 0,7 E Tương tự, đoạn 3,2 phải có điểm giới hạn cho doạn HaeI dài 1,8 từ đầu: 46 E 1,8 H 1,4 E Bây giờ, xếp trật tự có cho đoạn EcoRI: 1,7 ↓ 2,1 ↓ 3,2 2,1 ↓ 1,7 ↓ 3,2 1,7 ↓ 3,2 ↓ 2,1 Hãy thêm điểm giới hạn biết HaeI vào vị trí Một trật tự là: E H E H ↓ ↓ ↓ ↓ 2,1 1,0 0,7 1,4 1,8 Chúng ta nhận đoạn 3,1 kb xử lý ADN HaeI Nếu trật tự 2,1; 0,7; 1,0; 1,4 1,8, xử lý HaeI phải tạo đoạn 2,8 kb Vậy đoạn 1,7 kb không nằm Nếu đoạn 3,2 kb nằm phải gặp đoạn 3,5 kb đoạn 3,9 kb xử lý HaeI Điều khơng xảy ra, trật tự phải là: E E 1,7 ↓ 2,1 ↓ 3,2 1,0 ↑0,7 1,8 ↑ 1,4 H H Nếu điểm giới hạn HaeI 0,7 kb từ đầu ta phải gặp đoạn 0,7 kb xử lý ADN HaeI Biện luận tương tự cho đoạn 1,8 kb Dựa vào bảng 1: biết enzym giới hạn EcoRI nhận trình tự cắt vị trí G A: G↓AATTC Hãy vẽ trình tự ADN sợi kép trước sau enzym cắt Trả lời: ECoRI 5’ G 3’ 5’ 5’ AATT 3’ GAATT 3’ 3’ CTTAA 5’ 3’ CTTA 5’ 3’ G5’ Để lập đồ giới hạn, phải xem xét đoạn giới hạn tạo xử lý hai enzym với đoạn tạo xử lý enzym riêng biệt Phần III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Qua thực tế giảng dạy nhận thấy số điều sau: - Khi giảng dạy nội dung lí thuyết có liên quan đến vận dụng giải tập ứng dụng thực tiễn cần giảng cho học sinh hiểu thật thấu đáo kiến thức lí thuyết - Khi hướng dẫn học sinh giải tập, không nên phân thành nhiều dạng cụ thể, mà nên chia thành số nhóm khái qt, hướng dẫn học sinh tự tìm cách giải sở phương pháp chung cách vận dụng linh hoạt phương pháp gải chung cách có hiệu - Nên móc nối phần kiến thức dặt vấn đề khêu gợi tư sáng tạo học sinh, hướng học sinh chủ động sáng tạo giải tình phát sinh, đồng thời khuyến khích học sinh vận dụng kiến thức học vào thực tế * Khoa học không ngừng phát triển, với nội dung xác liên tục phát Tôi hy vọng, kiến thức phần “ Ứng dụng di truyền” ngày hoàn thiện Trong q trình xây dựng nên chun đề khó tránh khỏi 47 thiếu sót, tơi mong nhận góp ý quý báu quý đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngun lí kĩ thuật di truyền, Lê Đình Lương, NXB Khoa học Kĩ thuật Sinh học, Campbell Reece, NXB Giáo dục Sinh học phân tử tế bào ứng dụng, Võ Thị Thương Lan, NXB Giáo dục Công nghệ sinh học cải tiến giống trồng, Lê Trần Bình, NXB Nơng nghiệp Cơng nghệ sinh học - cơng nghệ di truyền, Trịnh Đình Đạt, NXB Giáo dục 6.http://www.thuviensinhhoc.com/chuyen-de-sinh-hoc/cong-nghe-sinh-hoc/5173-adn-tai-tohop.html http://www.daibio.com.vn/cong-nghe-dna-tai-to-hop/ 8.http://old.voer.edu.vn/module/khoa-hoc-va-cong-nghe/cong-nghe-dna-tai-to-hop-va-sutach-dong.html http://congnghesinhhoc24h.com/tai-lieu/cong-nghe-dna-tai-hop-139.html 10 PGS TS Nguyễn Hải Quân, 2007, Giáo trình Chọn giống nhân giống vật nuôi, NXB Hà Nội 11 Hoàng Trọng Phán, 2008, Cơ sở di truyền chọn giống thực vật, NXB Đại học Huế 12 Nguyễn Hoàng Lộc, 2008, Giáo trình cơng nghệ tế bào, NXB Đại học Huế 13 Nguyễn Hồng Lộc, 2010, Giáo trình Cơng nghệ ADN tái tổ hợp, NXB Đại học Quốc gia TP HCM 14 Phan Cự Nhân, 1999, Di truyền học, NXB Giáo dục 48 ... dụng enzim nối ligaza đoạn nối chuyên dụng cho loại enzim * Enzim nối (Ligaza) : Xúc tác phản ứng nối tạo liên kết photphodieste hai nuclêôtit liên tiếp c Tế bào chủ Mục đích sử dụng máy di truyền. .. toàn vật chất di truyền cá thể (cả DNA nhân DNA ty thể) DNA ngồi nhân (DNA ty thể) có nguồn gốc từ bào tương tế bào trứng thể “mẹ” Nhiều “bản sao” tạo cách chuyển nhân giống vào trứng lấy từ thể... bào trứng tế bào cho Qua thực nghiệm thấy trứng chưa thụ tinh phù hợp cho kỹ thuật dường dễ dàng dung nạp nhân cho Tế bào trứng phải loại bỏ nhân, trình làm hầu hết thông tin di truyền trứng Bằng