chuyên đề “ứng dụng di truyền học tạo giống bằng công nghệ gen

CHUYÊN ĐỀ DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ XII – NĂM 2019 - - -  - - - CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ GEN * * * tháng năm 2019 MỤC LỤC CHUYÊN ĐỀ A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài .5 Mục đích đề tài Nội dung đề tài Đối tượng áp dụng Phương pháp nghiên cứu B PHẦN NỘI DUNG I KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ GEN Công nghệ gen gì? Một số yếu tố cần thiết kỹ thuật gen 2.1 Gen cần tách dòng 2.2 Enzym giới hạn 2.2.1 Khái niệm enzyme giới hạn 2.2.2 Cách gọi tên enzyme giới hạn 2.3 Các loại enzyme thường sử dụng kỹ thuật gen 10 2.3.1 Enzyme xúc tác tổng hợp DNA, RNA 10 2.3.2 Enzyme DNA ligase 10 2.3.3 Các loại enzyme phân cắt acid nucleic 10 2.4 Vector tách dòng 11 2.4.1 Khái niệm 11 2.4.2 Các loại vector tách dòng 11 2.5 Vector biểu gen 15 2.5.1 Đặc điểm cấu trúc vector biểu gen 15 2.5.2 Các loại promoter thường sử dụng vector biểu gen 16 2.6 Các hệ thống biểu gen 16 Các thao tác kỹ thuật chuyển gen 17 3.1 Tách acid nucleic từ tế bào 17 3.1.1 Tách chiết DNA từ tế bào tổng hợp nhân tạo DNA từ mRNA 17 3.1.1.1 Tách chiết DNA từ tế bào 17 3.1.1.2 Tổng hợp nhân tạo DNA từ mRNA 18 3.1.2 Tách chiết acid nucleic để làm vector tách dòng .18 3.1.4 Kiểm tra độ tinh DNA, RNA 19 3.1.4.1 Kiểm tra độ tinh DNA, RNA điện di gel .19 3.1.4.2 Kiểm tra độ tinh DNA, RNA quang phổ kế 21 3.2 Tạo vector tái tổ hợp 21 3.3 Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào chủ 22 3.4 Sàng lọc dòng tế bào mang vector tái tổ hợp .23 3.4.1 Chọn lọc tế bào tái tổ hợp thị kháng sinh 23 3.4.2 Chọn lọc dòng tế bào tái tổ hợp gen thị màu .25 3.4.3 Chọn lọc dòng tế bào phương pháp lai phân tử .25 3.5 Nuôi cấy tế bào tái tổ hợp để thu sản phẩm 25 II ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GEN 26 2.1 Nghiên cứu cấu trúc chức gen .26 2.1.1 Tách dòng gen 26 2.1.1.1 Xây dựng thư viện hệ gen 27 2.1.1.2 Xây dựng thư viện cDNA 28 2.1.2 PCR ứng dụng PCR 30 2.2 Ứng dụng công nghệ gen y học, dược học .35 2.2.1 Liệu pháp gene 35 2.2.2 Ứng dụng công nghệ gen sản xuất chế phẩm sinh học .36 2.3 Ứng dụng công nghệ gen tạo sinh vật biến đổi gen .40 2.3.1 Các phương pháp chuyển gen 40 2.3.1.2 Phương pháp chuyển gen gián tiếp 40 2.3.1.3 Phương pháp chuyển gen trực tiếp 42 * Chuyển gen súng bắn gen 42 * Chuyển gen nhờ siêu âm 42 * Chuyển gen trực tiếp cách lắc với silicon carbide 42 * Chuyển gen kỹ thuật điện xung 43 * Chuyển gen kỹ thuật vi tiêm 43 2.3.2 Chuyển gen thực vật 43 2.3.3 Chuyển gen động vật 45 III MỘT SỐ CÂU HỎI, BÀI TẬP VỀ CÔNG NGHỆ GEN 48 C -ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA CHUYÊN ĐỀ 70 D PHẦN KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 71 KẾT LUẬN 71 ĐỀ NGHỊ .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 .72 CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ GEN Tác giả: Đỗ Thị Loan Trường Trung học phổ Chuyên Hưng Yên A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Những hiểu biết sâu sắc di truyền học có vai trò cách mạng hóa phát triển loài người Di truyền học cung cấp sở khoa học cho ứng dụng thực tiễn sản xuất chọn giống vi sinh vật, vật nuôi trồng Đặc biệt, đời kỹ thuật di truyền cung cấp cho người công cụ vượt giới hạn cách mạng công nghệ sinh học tạo chuyển biến lớn nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, y dược học nhiều lĩnh vực khác Hiện nay, thời đại công nghệ sinh học phát triển, chương trình Sinh học trung học phổ thông tổng thể đổi mới, cập nhật ứng dụng ngun lí, quy trình cơng nghệ sinh học giảng dạy Và kiến thức chuyên đề quan trọng thi THPT Quốc gia thi học sinh giỏi quốc gia mơn Sinh học Vì vậy, chọn chuyên đề “Ứng dụng di truyền học tạo giống công nghệ gen” giúp hệ thống lại kiến thức lý thuyết câu hỏi, tập củng cố cho học sinh ôn tập thi THPT Quốc gia thi Học sinh giỏi quốc gia môn Sinh học Mục đích đề tài - Hệ thống hóa kiến thức cơng nghệ gen, số ứng dụng công nghệ gen - Hệ thống số câu hỏi, tập phần ứng dụng di truyền học tạo giống công nghệ gen Nội dung đề tài - Lý thuyết + Khái quát công nghệ gen + Các ứng dụng công nghệ gen - Một số câu hỏi, tập công nghệ gen Đối tượng áp dụng - Học sinh ôn thi trung học phổ thông Quốc gia - Học sinh ôn thi học sinh giỏi cấp - Các giáo viên Sinh học Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập tài liệu B PHẦN NỘI DUNG Công nghệ gen ứng dụng nghiên cứu hệ gen, phân tích sản phẩm gen, y học, dược học nông nghiệp tạo sản phẩm chuyển gen cho suất, chất lượng cao giúp đem lại lợi ích kinh tế to lớn cho người I KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ GEN Cơng nghệ gen gì? Gen đoạn phân tử DNA mang thơng tin mã hóa cho sản phẩm xác định (một chuỗi pôlinucleotit RNA) Công nghệ gen hay kỹ thuật di truyền (genetics engineering) kỹ thuật đại thực acid nucleic nhằm nghiên cứu cấu trúc gen, điều chỉnh biến đổi gen, tách, tổng hợp chuyển gen vào tế bào để tạo thể sinh vật mang đặc tính mới, tạo sản phẩm Công nghệ di truyền sử dụng phương pháp sinh học phân tử để tách DNA từ thể sống sau cắt, nối gen DNA Bằng cách vậy, người ta loại bỏ gen khơng mong muốn đưa vào gen đặc hiệu theo chủ ý lựa chọn Các thao tác cắt, nối DNA thực bên thể sống ống nghiệm (in vitro) Phân tử DNA tạo dựng sau thao tác cắt, nối có số đặc điểm khác với phân tử DNA ban đầu tách từ tế bào sống, gọi DNA tái tổ hợp kỹ thuật gọi kỹ thuật tái tổ hợp DNA Sự tái tổ hợp DNA đánh giá thành công sau đưa phân tử DNA tái tổ hợp vào tế bào sống chúng biểu hoạt tính di truyền hệ cháu mang phân tử DNA tái tổ hợp Ba lĩnh vực ứng dụng chủ yếu công nghệ gen là: - Nghiên cứu cấu trúc chức gen - Sản xuất chế phẩm sinh học - Tạo sinh vật biến đổi gen Một số yếu tố cần thiết kỹ thuật gen 2.1 Gen cần tách dòng - Gen cần tách dòng thường gen mã hoá protein, enzym gen mã hoá đặc điểm quý (năng suất cao, khả chống bệnh…) cần thiết cho người thực tiễn sản xuất nghiên cứu Gen tách chiết từ gen vi sinh vật, động thực vật người tổng hợp nhân tạo từ mRNA theo đường mã ngược 2.2 Enzym giới hạn 2.2.1 Khái niệm enzyme giới hạn Enzyme giới hạn (Restriction Enzyme - RE) enzyme có khả nhận biết trình tự nucleotid đặc hiệu phân tử DNA cắt đặc hiệu phân tử DNA vị trí định thành đoạn ngắn Căn vào khả nhận biết vị trí cắt đặc hiệu enzyme mà người ta thành nhóm enzyme giới hạn thành ba nhóm: - Nhóm thứ nhất: Chúng nhận biết trình tự nucleotide đặc hiệu sau cắt DNA vị trí cách vị trí khoảng 1000 - 5000 nucleotide phía trước - Nhóm thứ hai: Chúng nhận biết đoạn đặc hiệu cắt vị trí đặc hiệu Loại có vai trò quan trong kỹ thuật gen - Nhóm thứ ba: nhận biết trình tự nucleotide đặc hiệu sau cắt DNA vị trí cách vị trí khoảng 20 nucleotide phía trước Đặc điểm enzyme giới hạn: Mỗi enzyme giới hạn có đặc tính cao dung dịch đệm phù hợp điều kiện định nhiệt độ, pH…Enzyme giới hạn khơng mang tính đặc hiệu lồi Vị trí nhận biết cắt đặc hiệu phân tử DNA enzyme giới hạn khác nhau, gọi vị trí giới hạn 2.2.2 Cách gọi tên enzyme giới hạn Cách gọi tên enzyme giới hạn thống ký hiệu 3- chữ kèm theo số La Mã Chữ viết hoa, tên chi vi khuẩn (sinh vật) tách enzyme giới hạn Hai chữ viết thường, loài giống vi sinh vật tách enzyme giới hạn Chữ viết hoa tên chủng vi khuẩn tách enzyme giới hạn Chữ số La Mã số thứ tự dòng vi khuẩn sinh vật mà enzyme giới hạn phát Ví dụ: Enzyme EcoR I: E tên chi vi khuẩn Escherichia co tên giống coli R tên chủng Ry13 I thứ tự dòng vi khuẩn 2.2.3 Các kiểu cắt enzyme giới hạn: Enzyme giới hạn có hai kiểu cắt Cắt thẳng tạo đầu bằng, enzyme giới hạn cắt hai mạch phân tử DNA điểm tạo đoạn cắt có đầu (hay đầu tù) (blunt ends) Các đoạn DNA tạo có đầu nên khơng có khả tự dính lại với Do để nối đoạn DNA có đầu phải sử dụng enzyme nối (DNA ligase) adaptor (bộ chuyển đổi) chuyên dụng cho loại enzyme Cắt lệch (cắt sole): Các enzyme giới hạn nhận biết cắt phân tử DNA vị trí khác hai mạch đơn DNA tạo nên đoạn cắt có đầu sole (hay đầu dính – sticky ends) Có loại đầu dính ’ đầu dính 3’ Các đầu so le tự nối lại với mà khơng cần có mặt enzyme nối, enzyme cắt tạo đầu so le hay sử dụng cơng nghệ gen Ví dụ: enzyme EcoR I nhận biết đoạn có nucleotid cắt tạo đầu so le Tên kiểu cắt số enzyme giới hạn: 2.3 Các loại enzyme thường sử dụng kỹ thuật gen 2.3.1 Enzyme xúc tác tổng hợp DNA, RNA Nhóm enzyme xúc tác tổng hợp DNA gọi chung DNA polymerase, gồm nhiều loại khác có vai trò xúc tác gắn nucleotid vào chuỗi mạch đơn DNA tổng hợp Một số loại enzyme DNA polymerase điển hình là: Taq DNA polymerase, Stoffel DNA polymerase, Pfu DNA polymerase, Vent DNA DNAmerase, T4 DNA polymerase, enzyme phiên mã ngược, enzyme xúc tác tổng hợp RNA,… 2.3.2 Enzyme DNA ligase Enzyme DNA ligase loại enzyme xúc tác hình thành liên kết phosphoeste nối đoạn DNA với Mỗi loại enzyme DNA ligase có tính chất đặc trưng riêng, có khả nối đoạn DNA đầu đầu so le VD: Enzyme E.coli DNA ligase nối đoạn DNA có đầu so le, T4 DNA ligase enzyme tách chiết từ thực khuẩn thể T4, có khả nối đoạn DNA cắt đầu đoạn DNA cắt so le sử dụng rộng rãi kỹ thuật gen Trong kỹ thuật gen chứa số loại enzyme khác tham gia vào phản ứng nối DNA T4 polynucleotide kinase, Alkaline phosphatase… 2.3.3 Các loại enzyme phân cắt acid nucleic Các enzyme phân cắt phân tử DNA (DNase) cắt phân tử RNA (RNase) có vai trò quan trọng kỹ thuật tinh DNA, RNA, phản ứng phiên mã ngược tạo cDNA Enzyme cắt phân tử DNA gồm nhiều loại khác 10 Hướng dẫn trả lời Mức biểu MÔI TRƯỜNG a)Khơng có Mức tăng glucose cường lactose Không biểu Không biểu Mức tăng cường Khơng biểu b)Chỉ có glucose Mức thấp Khơng biểu Không biểu Mức thấp Không biểu c)chỉ có lactose Mức tăng cường Khơng biểu Mức tăng cường Mức tăng cường Khơng biểu d)có glucose lactose Mức thấp Không biểu Mức thấp Mức thấp Không biểu Câu 19 Đề HSG Quốc gia 2019 Troponin T protein liên quan đến hoạt động Để thu protein người tế bào vi sinh vật, người ta tiến hành thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Tách gen mã hóa troponin T từ DNA hệ gen người chuyển sang vector biểu nấm men tạo plasmid tái tổ hợp A 1; chuyển vector biểu vi khuẩn tạo plasmid tái tổ hợp A2 Thí nghiệm 2: Tổng hợp phân tử cDNA cách phiên mã ngược phân tử mRNA trưởng thành mã hóa proponin T Sau đó, chuyển phân tử cDNA vào loại vector biểu nấm men tạo plasmid tái tổ hợp B 1; chuyển vào loại vector biểu vi khuẩn tạo plasmid tái tổ hợp B2 a Hãy so sánh kích thước hai plasmid A1 B1 b Khi biến nạp biểu hai plasmid A B2 tế bào nấm men điều kiện thí nghiệm, họ thu loại protein có kích thước khác từ plasmid A1 loại protein từ plasmid B Hãy giải thích kết 58 c Khi biến nạp biểu hai plasmid A2 B2 vào vi khuẩn E coli điều kiện thí nghiệm, protein thu từ plasmid A khơng có chức năng, protein B2 có chức bình thường Hãy giải thích kết Hướng dẫn trả lời a So sánh kích thước hai plasmid A1 B1: Trường hợp 1: Nếu gen mã hóa troponin gen phân đoạn (gồm exon intron) plasmid A1 mang gen chứa đoạn intron plasmid B khơng chứa intron nên kích thước plasmid A1 lớn plasmid B1 Trường hợp 2: Nếu gen mã hóa troponin gen khơng phân đoạn kích thước plasmid A1 plasmid B1 mang gen không chứa đoạn intron b Khi biến nạp biểu hai plasmid A2 B2 tế bào nấm men điều kiện thí nghiệm, họ thu loại protein có kích thước khác từ plasmid A1 loại protein từ plasmid B1 Plasmid A1 phiên mã tạo phân tử tiền mRNA  trải qua trình cắt intron nối exon  phân tử mRNA trưởng thành khác số lượng exon  dịch mã tạo phân tử protein khác Plasmid B1 có exon nên khơng trải qua q trình cắt nối thay tạo loại protein c Khi biến nạp biểu hai plasmid A2 B2 vào vi khuẩn E coli điều kiện thí nghiệm, protein thu từ plasmid A khơng có chức năng, protein B2 có chức bình thường: Hệ thống biểu gen vi khuẩn khơng có máy cắt intron nối exon nấm men mRNA tạo từ plasmid A2 intron nên tạo thành protein khơng có chức Còn mRNA từ plasmid B2 có trình tự exon nên tạo protein có chức Câu 20 Một plasmid chứa gen kháng ampicillin tetracycline Plasmid chứa điểm giới hạn nằm gen tetracycline Plasmid xử lý vơi enzyme giới hạn trộn với DNA ngoại lai, đem ủ với E.coli Bằng cách bạn sàng lọc tế bào có plasmid lai? Hướng dẫn trả lời 59 Cấy tế bào môi trường ampicillin  tế bào sinh trưởng (có khuẩn lạc) tế bào chứa plasmid nguyên vẹn plasmid chứa DNA ngoại lai Tế bào không sống (khơng có khuẩn lạc) Chọn tế bào sống tiếp tục ni cấy in dấu mơi trường có tetracycline Những tế bào có plasmid DNA ngoại lai khơng sinh trưởng (vì enzyme giới hạn cắt qua gen kháng tetracycline) Trở lại lấy tế bào mơi trường có ampicillin Đó tế bào chứa vector tái tổ hợp Câu 21 Tại Ti – plasmid sử dụng phổ biến chuyển gen thực vật? Ti – plasmid cần biến đổi trước sử dụng làm vector tách dòng? Hướng dẫn trả lời Lồi A tumefaciens gây bệnh cho thực vật, có chứa plasmid lớn 200 kb gọi Ti – plasmid Ti – plasmid có kích thước từ 12- 14 kb, chứa gen sinh tổng hợp auxin, xitokinin, opin (chất dinh dưỡng nuôi vi khuẩn) gen gây khối u gọi virulence (vùng vir) Ti – plasmid vector tách dòng hiệu có số nhược điểm như: - Việc tạo phytohormone tế bào chuyển gen cản trở phát triển thành thục Do đó, cần cắt bỏ gen - Gen mã hóa tổng hợp opin bất lợi cho chuyển gen sản phẩm từ thấp chệnh hướng người cung cấp chất dinh dưỡng Do đó, gen cần cắt bỏ - Ti – plasmid có kích thước q lớn nên cần cắt bớt đoạn không cần thiết - Ti – plasmid không tái E Coli nên cần bổ sung điểm khởi đầu tái E.coli vào để tách dòng phân tử đối tượng E.coli Dựa vào đặc điểm trên, người ta thiết kế vector liên hợp kết liên hợp plasmid: Ti – plasmid loại trừ vùng gen gây khối u, gen tạo phytohormone opin; thay vào gen bị cắt bỏ đoạn plasmid thứ hai từ vi khuẩn E.coli chứa điểm khởi đầu tái bản, gen thị phục vụ cho việc chọn lọc DNA tái tổ hợp 60 Câu 22 Phương pháp phân tích đoạn DNA thẩm tách Southern thực nào? Hướng dẫn trả lời Bước 1- Mỗi mẫu DNA xử lý với enzyme giới hạn Bước – Các đoạn điện di tạo thành kiểu hình điện di đặc thù mẫu Bước – Thẩm tách DNA dòng mao dẫn  DNA bị biến tính gắn lên màng với vị trí tương ứng gel Bước – Lai DNA với đoạn mẫu dò oligonucleotide đánh dấu phóng xạ Bước – Phát mẫu dò phin chụp tự động Câu 23 Phương pháp phân tích đoạn DNA thẩm tách Northern thực nào? Hướng dẫn trả lời RNA dò tìm với mẫu dò DNA RNA đánh dấu Bước 1- Chuẩn bị mẫu RNA: xử lý tạo sợi đơn hoàn toàn Bước – Điện di gel Agrose polyacrylamide Bước – Chuyển lên giá thể rắn màng ntro cellulose Bước - Lai RNA với đoạn mẫu dò đánh dấu huỳnh quang Bước – Quan sát mẫu dò phin chụp tự động Câu 24 Dữ liệu cho thấy kết điện di đoạn PCR khuếch đại cách sử dụng đầu dò cho vị trí chứng minh bị thay đổi bệnh Huntington Người cha bị bệnh Huntington ông 40 tuổi, hiển thị hộp đen Con ông ta bao gồm đứa (3,5,7,8,10,11) bị bệnh Huntington độ tuổi mà triệu chứng bắt đầu thể qua số dải từ đoạn PCR 61 a Dự đoán đứa trẻ bình thường 4, có khả bị bệnh khơng? Giải thích b Kết luận sau hợp lí Khơng có mối quan hệ tuổi khởi phát bệnh tỷ lệ di chuyển đoạn PCR Một đoạn PCR ngắn dự đoán khởi phát sớm bệnh Huntington Chiều dài đoạn PCR khuếch đại dự đoán khởi phát sớm bệnh Huntington Bệnh Huntington phải truyền nhiễm nhiều trẻ em mắc bệnh Khơng có Hướng dẫn trả lời a Trong trình điện di, đoạn DNA di chuyển qua gel với mảnh lớn di chuyển chậm Trong bệnh Huntington, PCR khuếch đại vùng nhiễm sắc thể có số lần lặp lại chuỗi CAG Các cá nhân bình thường có tới 30 trình tự cá nhân với Huntington có từ 37 đến trăm Trong gel cho thấy kết thí nghiệm PCR cho gia đình có cha mắc bệnh Huntington, trẻ em hiển thị kích thước bình thường cho khu vực này, cho thấy họ khơng mắc bệnh 62 Cá thể bình thường có chuỗi khuếch đại tương tự người cha bị bệnh, cho thấy mắc bệnh Huntington Kích thước mảnh CAG tương quan với tuổi khởi phát Vì người cha mắc bệnh tuổi 40 đứa trẻ tuổi có băng kích thước Dự đốn người có khả mắc bệnh Huntington khoảng 40 tuổi b Sai Vùng khuếch đại PCR cho thấy mối tương quan kích thước băng, số lần CAG lặp lại tuổi khởi phát Người phát bệnh sớm mức độ lặp nhiều Khi mức độ lặp 38 phát bệnh Sai Một đoạn PCR ngắn dự đoán khởi phát muộn bệnh Huntington Đúng Mối quan hệ tỉ lệ nghịch: số lần lặp CAG nhiều  băng chạy chậm  phát bệnh sớm  Chiều dài đoạn PCR khuếch đại dự đoán khởi phát sớm bệnh Huntington Sai Bệnh Huntington truyền nhiễm Sai Câu 25 Vùng lặp lại trinucleotide locus bệnh Hungtington sáu cá thể khuếch đại PCR điện di gel hình Các số bên phải kích thước sản phẩm PCR Mỗi người có DNA phân tích có bố mẹ bị bệnh a Người mắc bệnh sớm nhất? b Người có khả bị ảnh hưởng nhất? Hướng dẫn trả lời Bệnh Hungtington xác định bệnh di truyền khởi phát muộn, gây chết tế bào não gây tử vong Cá thể có số lần lặp CAG nhiều  băng 63 chạy chậm  phát bệnh sớm Người B có băng chạy chậm nên mắc bệnh sớm Người F có băng chạy chậm có khả bị ảnh hưởng Câu 26 V2-2013 Một nhà nghiên cứu thu thập từ quần thể lớn loài Mimulus guttatus Mỗi lấy từ cây, sau nghiền riêng để thu enzym X Enzym sau phân tích điện di SDS-PAGE Điện di đồ enzym X từ khác (kí hiệu - 6) thu hình Chó thÝch GiÕng tra mÉu enzym Bản gel điện di Băng điện di a) Nếu có gen mã hóa enzym X, đa hình enzym X gel điện di giải thích nào? b) Hãy thiết kế thí nghiệm nhằm kiểm định giải thuyết đưa phần (a) c) Phân tích phản ứng enzym cho biết enzym X thí nghiệm có hoạt tính Nếu alen qui định enzym X vị trí số gel alen kiểu dại, alen khác dạng đột biến, kiểu đột biến nhiều khả làm xuất alen mẫu số số gì? Giải thích Hướng dẫn trả lời a Xét vị trí băng điện di ta thấy có vị trí (vị trí số nằm gần điểm xuất phát, vị trí nằm vị trí nằm xa điểm xuất phát nhất) Mỗi có hai ba vị trí, từ đưa giả thuyết enzym X cấu tạo từ loại chuỗi polypeptit giống (đồng phức kép) Trong quần thể tồn alen khác gen Alen qui định chuỗi polypeptit có kích thước lớn cho băng gần điểm xuất phát ký hiệu A1, alen qui định alen có băng điện di vị trí trung gian A2, tương tự alen 64 qui định protein có băng vị trí xa A3 Những có hai băng điện di dị hợp tử b Để kiểm tra giả thuyết ta cho dị hợp tử tự thụ phấn, sau tách enzyme X từ đem điện di Nếu đời có tỉ lệ phân li: số có băng điện di kiểu gen đồng hợp A1A1: ½ số có băng điện di kiểu dị hợp A1A2: ¼ số có băng điện di kiểu gen đồng hợp A2A2 (tỉ lệ 1:2:1) giả thuyết đưa phù hợp c Các enzym tạo có kiểu gen hoang dại kiểu gen đột biến có hoạt tính chứng tỏ đột biến khơng làm thay đổi cấu hình khơng gian ba chiều có vùng trung tâm hoạt tính enzym Như vậy, đột biến xảy vùng ngồi trung tâm hoạt tính enzym Ngồi protein enzym đột biến qui định có tốc độ di chuyển nhanh so với protein gen kiểu dại qui định Điều chứng tỏ đột biến làm xuất ba kết thúc sớm vùng cuối gen dẫn đến vài axit amin làm cho chuỗi polypeptit ngắn nên di chuyển nhanh Câu 27 Phenylketon niệu bệnh gặp người đột biến gen lặn mã hóa phenylalanine hydroxylase Phenylketon niệu ảnh hưởng đến gia đình thể phả hệ sơ đồ số kết kỹ thuật Southern phát đa hình gồm băng ứng với alen có kích thước: kb kb a Cá thể II-3 bị bệnh Dự kiến kiểu hình phân tử gồm băng nào? b Cá thể II-4 bị bệnh Dự kiến kiểu hình phân tử gồm băng nào? c Cá thể II-2 kết hôn với người vợ bị bệnh Xác suất để họ bình thường bao nhiêu? 65 Hướng dẫn trả lời a Nhận xét: cá thể I-1 I-2 dị hợp tử nên mang băng 8kb kb  không bị bệnh Cá thể II-1 đồng hợp tử trội mang băng kb  không bị bệnh Cá thể II-3 bị bệnh mang băng tần kb b Cá thể II-4 không bệnh nên mang băng tần kb băng tần 8kb (dị hợp tử) mang băng tần kb (đồng hợp tử trội) c Cá thể II-2 dị hợp tử kết hôn với người vợ bị bệnh đồng hợp tử lặn  xác suất để họ bình thường 50% Câu 28 Bệnh Phenylketon niệu đột biến gen gây Sử dụng kỹ thuật Southern blot gia đình gồm bố (1), mẹ (2) (3), (4), (5), (6) Trong biết đứa (3) khơng bị bệnh Hỏi đứa lại có bị bệnh khơng? Giải thích 66 Hướng dẫn trả lời Bố (1), mẹ (2) dị hợp tử nên có băng 5kb kb Đứa (3) không bị bệnh đồng hợp trội mang băng tần kb Đứa (4) dị hợp tử mang băng kb kb Đứa (5) bị bệnh đồng hợp lặn mang băng kb Đứa (6) không bị bệnh đồng hợp trội Câu 29 Trong nghiên cứu pháp y, đa hình VNTR phân tích PCR (3 locus, alen locus) DNA tìm thấy nạn nhân (làn F) so sánh với nghi phạm (A, B C) Mối tương quan số lượng locus VNTR điều tra mức độ chắn với danh tính thiết lập? 67 Hướng dẫn trả lời Mối tương quan số lượng locus VNTR điều tra mức độ chắn với danh tính thủ phạm B DNA người nạn nhân F chứa đoạn lặp có DNA B, tức DNA B tìm thấy người nạn nhân Câu 30 IBO 2010 Hình mơ tả q trình tạo chuyển gen biến nạp gen X sử dụng plasmit Ti vi khuẩn Agrobacterium a) Các phát biểu trình hay sai? I Các enzym giới hạn ligaza dùng để tạo phân tử ADN tái tổ 68 hợp II Kỹ thuật nuôi cấy tế bào thực vật dùng để kích thích mơ tái sinh III Toàn plasmid Ti với gen X tái tổ hợp kết hợp vào hệ gen thực vật IV Có thể dùng kỹ thuật PCR phân tích Southern để khẳng định chuyển gen biến nạp gen X thành cơng V Có thể sử dụng kỹ thuật RT (phiên mã ngược)-PCR, phân tích Northern Western để kiểm tra biểu gen X chuyển gen Hướng dẫn trả lời Phát biểu đúng: I, IV, V Phát biểu sai: II, III b) Các phát biểu nói véctơ biểu gen thực vật nói chung hay sai? I Nó thường phải mang gen đánh dấu hay thị chọn lọc để nhận tế bào chuyển gen thành cơng II Nó thường phải mang promoter giúp gen biến nạp biểu tế bào thực vật III Nó thường phải chứa vị trí đa nhân dòng để cài gen ngoại lai vào thể truyền IV Nó phải chứa trình tự nucleotit giống hệt phần đặc hiệu hệ gen thực vật gen đích ln cài vào hệ gen tế bào chủ chế tái tổ hợp tương đồng V Nó thường phải chứa vị trí khởi đầu tái để nhân lên thành nhiều trình tạo vectơ tái tổ hợp Hướng dẫn trả lời Phát biểu đúng: I, II, III, V Phát biểu sai: IV 69 C -ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA CHUYÊN ĐỀ Chuyên đề «Ứng dụng di truyền học tạo giống công nghệ gen» sử dụng giảng dạy cho học sinh thi THPT Quốc gia học sinh thi chọn Học sinh giỏi Quốc gia trường THPT Chuyên Hưng Yên cho thấy hiệu tính thuyết phục chuyên đề Với nội dung chuyên đề xây dựng cung cấp cho giáo viên học sinh nguồn tư liệu lý thuyết tập phần Công nghệ gen cách hệ thống, logic từ đến chun sâu Chúng tơi khuyến khích nên giao cho học sinh nghiên cứu trước chuyên đề hệ thống câu hỏi trước vào học chuyên đề nhằm giúp học sinh tự tìm tòi nghiên cứu, phát triển tư giúp học sinh chủ động trình học Trong trình dạy học chuyên đề, giáo viên lồng ghép kiến thức lý thuyết với tập thực tế, ứng dụng công nghệ sinh học đại gây hứng thú cho học sinh, phát huy lực học sinh Nội dung cơng nghệ gen nói riêng, cơng nghệ sinh học nói chung trọng dự thảo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể môn Sinh học Giảng dạy phần cơng nghệ gen chương trình Sinh học phổ thơng giúp định hướng cho học sinh lựa chọn ngành nghề bối cảnh phát triển công nghệ sinh học cách mạng công nghiệp lần thứ tư 70 D PHẦN KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ KẾT LUẬN Chuyên đề xây dựng hệ thống kiến thức chuyên sâu công nghệ gen ứng dụng công nghệ gen nghiên cứu di truyền học ứng dụng thực tế ngành y, dược học sản xuất Trong nội dung, lồng ghép kiến thức chuyên sâu, vấn đề thường đề cập đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia, quốc tế môn Sinh học Phần cuối nội dung chuyên đề, xây dựng số câu hỏi, tập củng cố, vận dụng cao kiến thức công nghệ gen ứng dụng giúp học sinh nghiên cứu, tìm tòi hay ơn tập kiến thức Hy vọng chun đề nguồn tư liệu tốt phục vụ việc dạy học chuyên đề ứng dụng di truyền học- nội dung công nghệ gen thầy cô học sinh chuyên Sinh ĐỀ NGHỊ Dù tâm huyết dành nhiều thời gian viết chuyên đề khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng tơi mong nhận góp ý thầy em học sinh Để hoàn thiện hơn, chuyên đề mở rộng cần bổ sung thêm nhiều câu hỏi, tập nâng cao Rất mong đóng góp quý thầy cô đồng nghiệp Chúng xin trân trọng cảm ơn 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Trần Bình, Cơng nghệ sinh học cải tiến giống trồng, NXB Nông nghiệp Campbell Reece, Sinh học, NXB Giáo dục Trịnh Đình Đạt, Cơng nghệ sinh học - cơng nghệ di truyền, NXB Giáo dục Phạm Thành Hổ, Nhập môn công nghệ sinh học, NXB Giáo dục Đỗ Lê Thăng, Hồng Thị Hòa, Nguyễn Thị Hồng Vân, Chọn lọc hướng dẫn giải tập di truyền học, NXB Giáo dục Võ Thị Thương Lan, Giáo trình Sinh học phân tử tế bào ứng dụng, NXB Giáo dục Lê Đình Lương, Ngun lí kĩ thuật di truyền, NXB Khoa học Kĩ thuật Khuất Hữu Thanh, Cơ sở di truyền phân tử kỹ thuật gen, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Khuất Hữu Thanh, Kỹ thuật gen nguyên lí ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 10 Internet: https://voer.edu.vn/m/cong-nghe-chuyen-gen-dong-vatthuc-vat-modau/f1418bd6 72 ... thi Học sinh giỏi quốc gia môn Sinh học Mục đích đề tài - Hệ thống hóa kiến thức công nghệ gen, số ứng dụng công nghệ gen - Hệ thống số câu hỏi, tập phần ứng dụng di truyền học tạo giống công nghệ. .. 2.2 Ứng dụng công nghệ gen y học, dược học .35 2.2.1 Liệu pháp gene 35 2.2.2 Ứng dụng công nghệ gen sản xuất chế phẩm sinh học .36 2.3 Ứng dụng công nghệ gen tạo sinh... gen Nội dung đề tài - Lý thuyết + Khái quát công nghệ gen + Các ứng dụng công nghệ gen - Một số câu hỏi, tập công nghệ gen Đối tượng áp dụng - Học sinh ôn thi trung học phổ thông Quốc gia - Học