Bài giảng di truyền học lê nhã uyên

GV:ThS Lê Nhã Uyên BM Sinh học- Viện CNSH& MT     Chủ đề 1: Mendel Chủ đề 2: di truyền Chủ đề 3: Chủ đề 4: Các quy luật di truyền cổ điển Cấu trúc chức vật chất Điều hòa biểu gen Biến dị di truyền 11/12/2015 - Di truyền học môn sinh học, nghiên cứu tính di truyền biến dị sinh vật - Kể từ thời tiền sử, biết ứng dụng để tăng sản lượng trồng vật nuôi, thơng qua q trình sinh sản chọn lọc hay chọn lọc nhân tạo Vì cần nghiên cứu di truyền học? Gần gũi đầy bí ẩn với người Các chế di truyền liên quan phục vụ đời sống người Liên quan đến nhiều chế sống Phát triển nhanh nên hứa hẹn có nhiều ứng dụng rộng lớn tương lai CÁC NGUYÊN TẮC NGHIÊN CỨU SINH HỌC 1.Nguyên tắc thứ : Các kiến thức sinh học phải nằm hệ thống kiến thức tiến hóa giới sinh vật 2.Nguyên tắc thứ hai: Tế bào đơn vị nghiên cứu sinh học 3.Nguyên tắc thứ ba : Sự tương quan thống cấu trúc chức biểu tất mức tổ chức khác 5.Nguyên tắc thứ năm: Các sinh vật phải thu nhận lượng vật liệu để trì cấu trúc đặc thù, thải phế phẩm 4.Nguyên tắc thứ tư : Tất sinh vật có thành phần cấu tạo vật lý hóa học tồn trình sống tuân theo quy luật vật lí hóa học Ngun tắc thứ sáu: Bộ gen chứa thông tin di truyền chi phối biểu sống Nguyên tắc thứ bảy: Nghiên cứu sinh học phải đặt tiến trình phát triển cá thể 11/12/2015 8.Nguyên tắc thứ tám : Các sinh vật thường xuyên thu nhận nhiều tín hiệu thơng tin, chúng xử lí có phản ứng đáp lại Một dạng biểu mối liên hệ ngược (feedback): chất đươc tổng hợp dư thừa Nó ức chế enzyme đầu chuỗi phản ứng tổng hợp dừng lại 9.Nguyên tắc thứ chín : Sự thừa kế q trình sinh học Nguyên tắc nằm hệ thống kiến thức tiến hóa CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN HỌC 1.Phƣơng pháp lai Đây phương pháp đặc thù di truyền học Phương pháp lai cá thể theo dõi phân li qua nhiều hệ nối tiếp Gr Mendel nêu Phƣơng pháp toán học  Nhờ Mendel sử dụng phương pháp tính số lượng để đánh giá kết lai, nên từ đời truyền học trở thành khoa học xác  Đây phương pháp không thay thể nghiên cứu di truyền số lượng thường biến Phƣơng pháp tế bào học Phương pháp lai kết hợp với quan sát nhiễm sắc thể sở di truyền tế bào Sự kết hợp di truyền học tế bào học nâng di truyền học lên bước phát triển Phương ph|p vật lý v{ hóa học: dùng kính hiển vi quang học điện tử để quan sát hình thái nhiễm sắc thể Nghiên cứu thành phần hóa học, cấu trúc DNA, địi hỏi phương pháp sắc ký nhiễu xạ tia X… 5.Kĩ thuật di truyền  Kĩ thuật tái tổ hợp DNA thành tựu di truyền học  Đồng thời trở thành cơng cụ quan trọng khơng góp phần sâu vào chế di truyền, mà nhiều q trình sinh học khó nghiên cứu trước  Phương pháp có vai trị cách mạng hóa sinh học nói chung  Nhờ phương pháp này, di truyền học nghiên cứu gen đến nucleotide QUAN HỆ VỚI CÁC NGÀNH KHOA HỌC KHÁC VÀ VỚI THỰC TIỄN 1.Di truyền học v{ chọn giống - Di truyền học sở khoa học chọn giống - Kiến thức di truyền học sở để xây dựng phương pháp lai tạo cải thiện giống, phương pháp chọn lọc, tạo vật liệu ban đầu 2.Di truyền học v{ y học - Nhờ thành tựu kĩ thuật di truyền, vào cuối năm 1989 Mĩ chấp nhận đầu tư tỉ USD cho chương trình xác định tồn trình tự nucleotide gen người - James Watson người chọn để lấy DNA phân tích nên vấn đề có tên gọi “DNA James” - Năm 1992, người tạo dòng 2375 gen hoạt động não người 11/12/2015 - Từ bắt đầu bước ngoặt lớn nghiên cứu chất điều khiển trí thơng minh - Cuối năm 1995, người thực bước nhảy ngoạn mục:nắm bắt 87.983 gen, có 67.679 gen hoạt động não người - Hiện nay, chất điều khiển trí thơng minh thử nghiệm 4.Sự liên quan với ngành khoa học xã hội a)“Đạo lí sinh học” (Bioethics) b) Nhiều vấn đề đặt 3.Di truyền học v{ tin học Sự hòa hợp hai lĩnh vực hàng đầu Sinh học Tin học năm cuối , đánh dấu đỉnh cao khoa học, coi “cuộc ráp nối kỉ” a)Xác định tồn trình tự nucleotide nhiều gen b)Thí nghiệm sinh học máy điện tốn c)Biến đổi chất lượng protein DI TRUYỀN TÍNH DI TRUYỀN Sự giống tính trạng hệ Có ổn định lớn qua hệ Sự chứa đựng truyền đạt thông tin tất trình sống: sinh trƣởng, sinh sản, phát triển, tiến hố phản ứng thích nghi TÍNH BIẾN DỊ Biểu sai khác hệ cá thể hệ Tạo đa dạng nhƣng khuôn khổ định Học thuyết Lamarck (1744-1829): Biến dị: tạo đa dạng cung cấp nguyên liệu cho tiến hoá nhân tố tiến hoá (Darwin) Di truyền: trì đặc tính Chọn lọc tự nhiên: định hƣớng phát triển dạng sinh vật Charles Robert Darwin 1809-1882 Tiến hóa khơng đơn biến đổi mà phát triển có tính kế thừa lịch sử Điều kiện ngoại cảnh không đồng thường xuyên thay đổi nguyên nhân làm cho loài biến đổi liên tục, biến đổi nhỏ tích lũy qua thời gian dài tạo nên biến đổi sâu sắc thể sinh vật Những biến đổi di truyền tích lũy qua hệ Chưa phân biệt biến dị di truyền biến di không di truyền 11/12/2015 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CƠ BẢN CỦA DI TRUYỀN HỌC Giai đoạn trước Mendel Giai đoạn sau Mendel Biết chọn lọc, hoá lai giống trồng vật nuôi Là ngƣời phát qui luật di truyền Chƣa hiểu biết qui luật di truyền Ví dụ: Học thuyết Lamarck Darwin Học thuyết tế bào đời – T.Schwann 1865 Các thí nghiệm lai thực vật – Mendel 1870 Mô tả nguyên phân thực vật – E.Strasburger 1875 Mô tả nguyên phân động vật – E.van Beneden 1879-82 Mô tả hợp nhân thụ tinh động vật- V.Flemming 1883-84 Mô tả hợp nhân thụ tinh thực vật - O.Hertving 1883-84 Thuyết di truyền nhân tế bào – B.Roux… 1884-87 truyền, đời vào kỷ 19 với cơng trình Gregor Mendel  Dù không hiểu nhiều tảng vật chất tính di truyền, Mendel nhận biết sinh vật thừa kế tính trạng theo cách riêng rẽ - mà đơn vị di truyền gọi gen Đã chứng minh di truyền tính trạng có tính gián đoạn đƣợc chi phối nhân tố di truyền (gen) 1838 1883  Tuy nhiên, di truyền học đại tìm hiểu trình di  Di truyền học sâu vào vấn đề tự tồn lưu truyền sống nên giữ vị trí quan trọng đặc biệt, có người ví "Di truyền học trái tim Sinh học”  Vì khơng nhiều liên quan chi phối lĩnh vực sinh học, từ chế phân tử sống tiến hóa tồn giới sinh vật hành tinh Thuật ngữ nhiễm sắc thể đời – V.Valdeier Phát phân li nhiễm sắc thể - L.Geixer 1887 Mô tả giảm phân – V.Flemming 1900 Phát minh lại qui luật di truyền Mendel – nhà khoa học Mendel: 1822-1884 o 1856-1863: Làm thí nghiệm cơng phu đậu Hà lan Các quy luật di truyền Mendel o 1865: Trình bày kết Hiệp hội khoa học tự nhiên(Bruno) o 1866: Kết đƣợc công bố tập san hiệp hội gửi cho quan khoa học giới o Thế giới khoa học lúc chƣa cơng nhận điều quan trọng kết ơng tìm 11/12/2015 Năm 1900: H M de Vries (Hà Lan) E K Corens (Đức) E V Tschermak (Tiệp Khắc cũ) Nghiên cứu độc lập phát qui luật di truyền Mendel Đƣợc coi năm đời Di truyền học Mendel: Ông tổ ngành di truyền học Vƣờn thực nghiệm Mendel Đối tƣợng nghiên cứu: Đậu Hà lan (Pisum sativum ) Ưu điểm: Rất dễ trồng khoảng cách hệ ngắn Tạo số lƣợng cháu lớn Các tính trạng chúng hồn tồn khác biệt Có khả tự thụ phấn kiểm sốt thụ phấn Là thể lƣỡng bội sinh sản hữu tính Đậu Hà lan (Pisum sativum ) Tính trạng nghiên cứu Dạng trội Dạng lặn Trơn Nhăn Vàng Xanh Tím Trắng Đầy Có ngấn xanh Vàng carpel stamen 11/12/2015 Tính trạng nghiên cứu Vị trí hoa Dạng trội Hoa thân Chiều dài Dạng lặn Hoa đỉnh Dạng trội Thân cao Dạng lặn Thân lùn MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Gene đơn vị chứa thông tin di truyền tính trạng Đồng hợp tử (Homozygote): cá thể có allele giống AA, aa Mỗi gen có vị trí định nhiễm sắc thể Dị hợp tử (Heterozygote): cá thể có allele khác Aa Allele: Các trạng thái khác gen ví dụ: hình dạng hạt có allele trơn nhăn Kiểu gen (genotype): Tập hợp nhân tố di truyền cá thể Một allele trội, lặn đồng trội, ảnh hƣởng đến số gen cạnh Kiểu hình (Phenotype): Là biểu tính trạng, kết tƣơng tác kiểu gen với môi trƣờng CÁC THUẬT NGỮ CƠ BẢN  Genes (gen)  Alleles (gen tương ứng)  Hybrid (lai)  Homozygous (đồng hợp tử)  Heterozygous (dị hợp tử)  Dominant (tính trội)  Recessive (tính lặn)  Genotype (kiểu gen)  Phenotype (kiểu hình)  Generations ( hệ)  P, F1, F2 PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM Vật liệu chủng biết rõ nguồn gốc Theo dõi riêng cặp tính trạng qua nhiều hệ nối tiếp Đánh giá khách quan tính số lƣợng xác Dùng tốn học thống kê để phân tích kêt thu đƣợc 11/12/2015 QUI LUẬT DI TRUYỀN CỦA MENDEL : Qui luật đồng hệ lai thứ hay qui luật tính trội Điều kiện: LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY Qui luật phân li tính trạng Qui luật phân li độc lập Thuần chủng trội hoàn toàn Đúng phần cho di truyền tương đương trội khơng hồn tồn Khơng dùng cho phân li giao tử sinh vật đơn bội CÁC NHÀ DI TRUYỀN HỌC Qui luật phân li hay qui luật giao tử khiết Qui luật phân li độc lập LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY Lai đơn tính q trình lai cha mẹ khác theo cặp tính trạng Tính trạng lặn Tính trạng trội Mendel cho lai hai dịng chủng khác cặp tính trạng tƣơng phản tất cá thể hệ F1 giống giống với hai cá thể bố mẹ Mendel gọi tính trạng xuất F1 tính trạng trội tính trạng khơng biểu hệ tính trạng lặn LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY Tiếp tục cho F1 (tất có hoa đỏ) tự thụ phấn, hệ (F2) hai thứ hoa đỏ hoa trắng xuất hiện: 705 hoa đỏ 224 hoa trắng Tính trạng lặn xuất trở lại hệ F2 với tỉ lệ xấp xỉ 1/4 Trait Studied Dominant Form Recessive Form F2 Dominant-to- Recessive Ratio SEED SHAPE 5,474 round SEED COLOR 6,022 yellow 2,001 green 3.01:1 POD SHAPE 882 inflated 299 wrinkled 2.95:1 POD COLOR 428 green 152 yellow 2.82:1 FLOWER COLOR 705 purple 224 white 3.15:1 651 long stem 207 at tip 3.14:1 787 tall 277 dwarf 2.84:1 FLOWER POSITION STEM LENGTH 1,850 wrinkled 2.96:1 11/12/2015 LAI ĐƠN TÍNH VÀ QUI LUẬT PHÂN LY Giải thích kết luận: Mỗi đậu có hai nhân tố di truyền cho tính trạng  Ý nghĩa  Trong sản xuất nông nghiệp hệ F2 bị phân ly, ưu lai giảm nên không dùng F2 làm giống Khi giao tử đƣợc thành lập, hai nhân tố phân ly hai giao tử riêng biệt, giao tử mang nhân tố cho tính  Phân ly tính trạng khác nhau, có điều kiện chọn cá thể trạng Vì phải nhận nhân tố từ mẹ có tính trạng mong muốn để làm giống làm vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống nhân tố từ bố Định luật I Mendel- Qui luật phân ly hay giao tử khiết Mỗi cá thể có hai nhân tố di truyền cho tính trạng, q trình thành lập giao tử hai nhân tố phân ly hai giao tử khác nên giao tử có nhân tố Khi giao tử phối hợp thụ tinh, cặp nhân tố khôi phục lại hợp tử  Điều kiện nghiệm quy luật v{ GIẢI THÍCH SỰ PHÂN LY NST THEO QUAN ĐIỂM CỦA MENDEL  Khi giảm nhiễm tạo thành giao tử, giao tử mang gen trội gen lặn tạo thành  Khi thụ tinh tạo thành hợp tử, giao tử phải kết Homozygous dominant parent A Cặp NST tƣơng đồng hợp với theo xác suất A  Các hợp tử cá thể tạo thành sau thụ tinh phải có sức sống A  Sự phát triển tính trạng khơng phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh  Thí nghiệm có số cá thể lớn, lặp lại nhiều lần A A (chromosomes duplicated before meiosis) AA Trội khơng hồn tồn: Cá thể dị hợp tử có kiểu hình trung gian kiểu hình đồng hợp tử bố mẹ Cây hoa phấn Mirabilis jalapa rr: hoa màu trắng RR: Hoa màu đỏ Rr: Hoa màu hồng a A A nhân tố di truyến aa a meiosis I a A a a a meiosis II A A A A a a a a gametes gametes A HIỆN TƢỢNG TRỘI KHÔNG HOÀN TOÀN Homozygous recessive parent Chứa gen cho a tính trạng, a a Fertilization produces heterozygous offspring HIỆN TƢỢNG ĐỒNG TRỘI Hiện tƣợng đồng trội: allele biểu độc lập thể dị hợp tử Kiểu hình khác với thể đồng hợp khơng phải kiểu hình trung gian Sự khác phƣơng thức trội khơng hồn tồn đồng trội với trội hồn tồn: • Thế hệ F1 phép lai đơn tính hai cá thể bố mẹ chủng có kiểu hình khác với bố mẹ • Tỉ lệ kiểu hình F2 1:2:1 (giống với tỉ lệ kiểu gen) thay 3:1 11/12/2015 ĐIỀU HOÀ BIỂU HIỆN GEN Ở PROKARYOTE Nồng độ Cu thấp Nồng độ Cu cao Tín hiệu điều hồ: yếu tố dinh dưỡng, yếu tố vật lý hoá học môi trường Tế bào đáp ứng với thay đổi điều kiện bên cách thay đổi biểu gen: gen hoạt động mạnh hay ngừng hoạt động Sự điều hoà biểu gen prokaryote phần lớn xảy trình phiên mã Tổng hợp protein hấp thụ đồng Tổng hợp protein khử độc đồng Mỗi operon gồm: Cơ chế điều hồ thực thơng qua operon Mơ hình lactose operon - Một số gen cấu trúc, hay gọi cistron nằm gần (mã hoá cho polypeptid) -Các trình tự DNA tham gia vào hoạt động điều hoà kiểu operon: operon cảm ứng operon kìm hãm Operon cảm ứng mã hố cho enzyme đường dị hố Q trình dị hố q trình chất hữu phức tạp biến đổi thành thành phần đơn giản dùng cho hoạt động tế bào Tín hiệu điều hồ: đường lactose Khi khơng có lactose, gen mã hố cho enzyme chuyển hố lactose khơng biểu Chỉ mơi trường có lactose vi khuẩn tạo enzyme cần cho xâm nhập biến đổi lactose tế bào Sự điều hoà xảy mức độ phiên mã gene (codes for regulator gene b-galactosidase) transcription, translation repressor protein promoter (binding site for RNA polymerase) gene (codes for premease) gene (codes for trans-acetylase) operator (binding site for repressor) lactose operon  Cơ chế dựa vào tương tác protein điều hồ (repressor, nhân tố kìm hãm) với trình tự promoter  Repressor có lực đặc biệt với trình tự DNA nằm promoter gen cấu trúc operon- operator 26 11/12/2015 DNA RNA polymerase mRNA transcript translation into three polypeptide chains for three different enzymes lactose b -galactosidase permease trans-acetylase  Mục tiêu điều hoà biểu gen: tiết kiệm tối đa lượng (Tế bào sử dụng nguồn đường đơn giản, sử dụng lượng để tiêu hố, khơng có glucose tế bào chuyển sang sử dụng lactose) repressor protein Fig 15.3, p 242 Tóm tắt mơ hình operon lac Operon kìm hãm liên quan đến đường đồng hố Q trình đồng hố q trình tế bào tổng hợp hợp chất phức tạp từ thành phần đơn giản Mơ hình operon tryptophan: - Khi mơi trường khơng có tryptophan, tế bào sản xuất loạt enzyme chịu trách nhiệm tổng hợp tryptophan - Khi mơi trường có tryptophan, enzyme dùng để tổng hợp tryptophan khơng sản xuất 27 11/12/2015 ĐIỀU HỒ BIỂU HIỆN GEN Ở EUKARYOTE Tín hiệu chế điều hồ eukaryote khác biệt lớn so với prokaryote Tín hiệu điều hoà: phân tử tế bào chuyên biệt sản sinh, theo thể dịch di chuyển khắp thể Các phân tử tác động nên nhóm tế bào- tế bào đích, điều chỉnh biểu gen theo chương trình định sẵn Có nhóm phân tử điều hồ chính: hormone nhân tố tăng trưởng (Growth factor- GF) TRANSCRIPTION Transcript processing mRNA rRNA tRNA proteins synthesis of polypeptide chain on the platform of an intact ribosome  Kích thước gen lớn  DNA nén chặt nhân  Sự điều hoà biểu gen diễn giai đoạn: trước lúc chép DNA đến sau dịch mã  Cơ chế điều hoà thay đổi theo giai đoạn Different gene regions of a DNA molecule mature mRNA TRANSLATION Đặc điểm gen eukaryote: subunits for ribosomes convergence of RNAs mature tRNA Pools of amino acids, tRNAs, and ribosomal subunits in the cytoplasm FINAL PROTEIN Mơ hình điều hồ gen β- globine  Các polypeptide β- globine thành phần hemoglobine hồng cầu  Gen mã hoá β- globine: α, γ, δ, β xếp liền cấu trúc nhiễm sắc chất đặc trưng  Biểu gen điều chỉnh phù hợp với thời kì phát triển thể Điều hồ cách biến đổi cấu trúc nhiễm sắc chất hay cấu trúc phân tử DNA  Nhiễm sắc chất: DNA protein thời kì lần phân bào Nhiễm sắc chất xoắn chặt lại (kì trước phân bào), tạo thành hình que đặc trưng gọi NST  Trên NST có tồn vùng “nhạy cảm”, vùng tương ứng với gen hoạt động tế bào  Vùng có cấu trúc đặc trưng làm cho chúng dễ tiếp cận nhân tố phân giải hay enzyme chép phiên mã  Mức độ điều hoà 1: Sự xếp gen cần biểu vào cấu trúc nhiễm sắc chất đặc trưng thuận lợi cho trình chép phiên mã - Đầu 5’ NST có trình tự LCR (Locus control region- vùng kiểm tra c|c locus): chịu trách nhiệm điều hoà biểu gen β globine - Trình tự LCR có vị trí có khả tiếp nhận nhiều protein điều hoà - Khi protein điều hoà gắn vào LCR, cấu trúc NST thay đổi, c|c promoter c|c gen phơi b{y thuận lợi cho hoạt động c|c enzyme phiên mã 28 11/12/2015 Phân tử DNA chịu biến đổi hoá học xếp lại: - Biến đổi hố học: methyl hố- thêm nhóm methyl lên base nucleotide Xảy sau chép Sự methyl hố kìm hãm biểu gen  Điều hoà thấy động vật có xương, khơng có tác dụng số gen, điều hồ mang tính bổ sung - Một số gen biểu có xếp lại trình tự DNA Các gen kiểu giới tính nấm men Sự methyl hố Trình tự CIS (trình tự DNA) Điều hồ mức độ phiên mã - Cơ giống với prokaryote: dựa tương tác protein điều hoà với trình tự DNA chuyên biệt, phức tạp - DNA chuyên biệt: trình tự CIS - Các Protein điều hồ tương ứng: nhân tố TRANS - Trình tự khuyếch đại enhancer: Tham gia vào q trình điều hồ biểu gen Vùng promoter chịu trách nhiệm điều khiển phiên mã gen Trình tự điều hồ phiên mã nằm trước promoter xa Chính trình tự định biểu đặc trưng gen: Gen biểu loài tế bào nào, vào thời điểm nào, tác động nhân tố điều hồ Đặc điểm chung trình tự CIS: có cấu trúc gồm phần đối xứng Trình tự liên kết với nhân tố TRANS dạng dimer (cấu tạo từ tiểu đơn vị) 29 11/12/2015 Trình tự khuyếch đại enhancer: Tham gia vào trình điều hồ biểu gen Tác dụng: làm tăng biểu gen tương ứng Hoạt tính khuyếch đại biểu gen khơng phụ thuộc vào: Vị trí- enhancer nằm đầu 5’, 3’ hay intron Hướng: 5’-3’ 3’-5’ Các nhân tố TRANS  Gồm vùng cấu trúc- chức chính: - Vùng chịu trách nhiệm gắn nhân tố TRANS vào DNA - Vùng tác động lên phiên mã  vùng độc lập với (có thể gắn vùng với từ nguồn khác nhau)  Ngoài ra: số vùng phụ vùng gắn hormone, ion Tương tác đặc hiệu trình tự CIS nhân tố TRANS kết liên kết yếu hình thành nhân tố Nhân tố TRANS phân thành nhóm cấu trúc:  Ngón tay kẽm- Zinc finger  Xoắn vòng xoắn- helix turn helix  Xoắn nút xoắn- helix loop helix  Dây kéo leucine- leucine zipper Ví dụ: Thụ thể hormone nhân: thụ thể hormone tuyến giáp hormone steroid Hormone tác động lên tế bào đích (tế bào có mang thụ thể hormone tương ứng), làm biến đổi biểu số gen đặc trưng tế bào 30 11/12/2015 Zinc fingers forms α-helices that insert into the major groove, associated with β-sheets on the other side Ngoài tương tác CIS- TRANS, tương tác proteinprotein có tác dụng điều hoà biểu gen: Protein TRANS mặt gắn vào trình tự CIS đầu 5’ gen đích, mặt khác tương tác với protein điều hoà khác Các protein điều hồ gồm loại: -Có thể gắn vào trình tự DNA nằm cách xa gen đích đưa lại đủ gần để tương tác vơi protein TRANS nhờ gấp lại NST - Đứng độc lập, khơng có tương tác với CIS • Gen α- amylase: có promoter, promoter có hoạt tính phiên mã khác chịu trách nhiệm phiên mã loại mRNA định, đặc trưng cho mơ • Sự chọn lọc promoter hoạt động tuỳ thuộc vào nhân tố TRANS diện loại mô • Sự tương tác trình tự CIS nhân tố TRANS đặc trưng cho mô qui định loại mRNA phiên mã mơ 31 11/12/2015 Các nguyên lý điều hòa mức độ kiểm soát phiên mã bước điều khiển hoạt động gene bao gồm: + Cấu trúc lại DNA, thay đổi biểu gene phụ thuộc vào vị trí trình tự DNA genome + Điều hòa phiên mã tổng hợp phiên mã RNA điều khiển mở đầu kết thúc + Quá trình chế biến RNA điều hịa qua q trình cắt nối RNA (RNA splicing) + Điều hòa dịch mã trình tổng hợp chuỗi polypeptid + Sự bền vững mRNA - Các -Có khác đáng kể điều hòa biểu gene eukaryote prokaryote: + Hoạt động gene điều hòa nhu cầu tế bào cần thiết + Trong thể phát triển, tế bào không sinh trưởng phân chia mà tế bào hệ sau trải qua thay đổi quan trọng hình thái hóa sinh trì trạng thái biến đổi Mơ hình điều hịa âm tính (negative regulation) điều hịa dương tính (positive regulation) A Trong điều hịa âm tính, protein ức chế bám vào phân tử DNA, ngăn cản phiên mã B Trong điều hịa dương tính, bám vào protein hoạt hóa phiên mã, kích thích phiên mã Điều hịa hoạt động gene prokaryote Điều hịa dương tính operon lactose Cấu trúc operon Tổng hợp mRNA lac không Bản đồ operon lac Repressor B Sơ đồ operon lac trạng thái bị không kìm hãm Phức hợp cAMP-CRP C Sơ đồ operon lac trạng thái Có kích thích Phiên mã Cấu trúc cAMP khơng Bốn trạng thái điều hịa operon lac 32 11/12/2015 Phiên mã dở (Attenuation) - Attenuation kết tương tác trình tự DNA vùng leader phiên mã trp - Trình tự leader có đặc điểm: + Một vùng có codon AUG phía sau codon kết thúc UGA, mã hóa cho polypeptide chứa 14 amino acid gọi leader polypeptide + Hai codon tryptophan vị trí 10 11 mRNA leader polypeptide Trình tự lặp lại ngắn có ý nghĩa trọng điều hoà + Bốn đoạn RNA leader vùng 1, 2, tạo thành khả kết cặp base với Các base vùng kết cặp với vùng 2, vùng kết cặp với vùng Điều hòa âm tính operon tryptophan Điều hịa operon trp E.coli A Protein aporepressor không bám vào operator, phiên mã xảy B Khi có đủ tryptophan, phức hợp aporepressor tryptophan làm chất ức chế hoạt động gắn vào operator, phiên mã bị kìm hãm -Attenuation chế điều hòa tinh tế sở điều hịa âm tính: Khi tRNAtrp đến đủ cung cấp cho dịch mã leader polypeptide, phiên mã bị dừng, trp enzyme không tổng hợp Khi nồng độ tRNAtrp thấp, phiên mã xảy hết, trp enzyme tạo nên - Điều hòa kiểu attenuation khơng thể xảy eukaryote eukaryote phiên mã dịch mã không xảy đồng thời Sự phiên mã xảy nhân, dịch mã xảy tế bào chất A Sơ đồ phiên mã leader trp B Chi tiết cấu trúc codon trp vòng 1-2 trp codons Kết thúc phiên mã RNA polymerase Sự kết cặp mRNA Sự kết cặp RNA nồng độ thấp tryptophan Phiên mã tiếp tục Sự kết cặp RNA nồng độ cao tryptophan Phiên mã dở (attenuation) operon trp E coli A Ở mRNA tự có kết cặp base 1-2 3-4 B Ở nồng độ cao tryptophan, ribosome tiến đến vùng kết cặp 3-4 làm kết thúc phiên mã C Ở nồng độ tryptophan thấp, ribosome vùng codon trp cho phép kết cặp 2-3 phiên mã không bị kết thúc sau qua vùng Điều hòa biểu gene eukaryote - Trong điều hòa hoạt động gene eukaryote phức tạp nhiều so với prokaryote, prokaryote eukaryote có số điểm khác biệt: + Ở eukaryote thường có chuỗi polypeptide đơn dịch mã từ phân tử mRNA hồn chỉnh mRNA đa gene (polycistronic) có prokaryote + DNA eukaryote gắn với protein histone tạo sợi chromatin, gắn với protein phi histone Chỉ có đoạn nhỏ DNA để trần Ở prokaryote, vài protein có mặt nhiễm sắc thể bị gấp nếp, lại hầu hết DNA trần 33 11/12/2015 + Một đoạn DNA quan trọng eukaryote chứa trình tự Sự biến đổi DNA nucleotide lặp lại trung bình lặp lại cao Vi khuẩn chứa Những trình tự định gen khuyếch đoạn DNA lặp lại nhỏ khác gene rRNA tRNA nhân đoạn vài yếu tố di động - Một vài gene eukaryote biểu điều hòa nhờ chế cấu trúc lại đoạn DNA định theo phương đại cấu trúc lại genome base bị biến đổi mặt hóa học Tuy nhiên thay đổi bền vững thường xảy tế bào sinh dưỡng thức điều khiển để tăng số lượng gene đặc biệt cần thiết Các promoter -Các promoter eukaryote nằm phía trước điểm xuất phát mRNA có trình tự bảo tồn tiến hóa Những trình tự tăng cường phiên mã (Enhancer) - Hộp TATA định hướng cho mRNA bắt đầu phiên mã nằm phía -Trình tự enhancer ngắn (thường 20 cặp base) tìm trước điểm bắt đầu phiên mã khoảng 30 bp động vật có vú 60 thấy vị trí khác quanh gene điều hòa đến 120 bp nấm men - Hầu hết enhancer nằm phía điểm bắt đầu -Hộp TATA hoạt động có hiệu với trình tự tương ứng phiên mã (đơi cách xa nhiều kb) phía trước khoảng 40 bp CCAAT 110 bp trình tự giàu GC * Sự cấu trúc lại DNA theo chương trình (programmed DNA rearrangement) Sự cấu trúc lại trình tự DNA genome chế bất thường - Enhancer thành phần nhạy cảm tổ chức gene eukaryote chúng cho phép gene phiên mã có nhân tố hoạt hóa phiên mã quan trọng, nhờ số gene điều hịa -Sự phiên mã điều hòa yếu tố enhancer, yếu tố phản ứng với phân tử khác có vai trị tín hiệu cảm ứng - Enhancer có mặt phía phía promoter Một vài enhancer có nhiều - Nhiều enhancer kích thích phiên mã cách hình thành vòng DNA (DNA looping), liên quan đến tương Sơ đồ tổ chức gene điển hình Eukaryote bậc cao tác vùng cách xa có liên quan dọc sợi DNA 34 11/12/2015 Trình tự bất hoạt gene (gene silencing) Splicing chọn lọc Trình tự bất hoạt gene nằm trước sau gene điều hòa khoảng vài trăm cặp base Chúng làm ngừng trình phiên mã cách biến đổi histon DNA Promoter chọn lọc (alternative promoter) - Gene eukaryote có hai nhiều promoter hoạt động tế bào khác - Những promoter khác dẫn đến phiên mã khác chứa vùng mã hóa protein -Promoter biến đổi làm điều hịa phiên mã khơng phụ thuộc vào ấu trùng hay ruồi giấm trưởng thành Sự biệt hố tế bào Các tế bào biệt hố chứa thơng tin nhau: số lượng NST, số lượng DNA, tỉ số A+T/G+C té bào thuộc mô khác thể giống Ví dụ: ghép nhân tế bào ruột ếch vào tế bào trứng bị hỏng nhân (do chiếu tia tử ngoại) cho thấy 1% tế bào có ghép nhân phát triển đến ếch trưởng thành Tế bào ruột biệt hoá giữ nguyên vẹn thông tin di truyền tạo ếch trưởng thành Như vậy, số lượng DNA tế bào biệt hoá giống với hợp tử ban đầu chứa nguyên thông tin di truyền đủ để phát triển thành cá thể nguyên vẹn - Phần lớn tế bào chuyên hoá sinh vật đa bào có khả thay đổi phương thức biểu gen để đáp lại tác động bên ngồi Ví dụ: tác động glucocorticoid hormone lên tế bào gan - Các tế bào biệt hoá sử dụng phần thông tin để tổng hợp chủ yếu số loại protein, ví dụ: tế bào tổng hợp nhiều myosin, protein quan trọng co Tế bào biểu bì tổng hợp nhiều keratine Sản phẩm phân tử mRNA amylase khác trình splicing khác xảy tế bào tuyến nước bọt tế bào gan chuột Các tế bào biệt hố tổng hợp nhóm protein khác nhau: - Nhiều trình chung cho tất tế bào nên có nhiều protein giống nhau: protein cấu trúc vách tế bào NST, số protein cănbản bào quan - Một số protein có số lượng lớn số tế bào chuyên hố: hemoglobin phát tế bào máu Một số protein khác cần phải thử nghiệm - Tế bào thay đổi biểu gen chúng để đáp lại tín hiệu bên ngồi Sự điều hoà mức độ phiên mã nguồn gốc sai khác tế bào biệt hoá: Ở tế bào biệt hoá số gen phiên mã gen khác khơng Việc phát gen điều hồ gen đóng hay mở giúp hiểu điều hồ q trình phát triển cá thể biệt hố tế bào 35 11/12/2015 Đĩnh nghĩa: Là biến đổi cấu trúc số lượng NST Bộ NST người Phân loại: + Đột biến cấu trúc NST + Đột biến số lượng NST Đột biến cấu trúc NST  Khái niệm: Đột biến cấu trúc NST biến đổi CẤU TRÚC NST  Nguyên nhân: tác nhân vật lý, hoá học, sinh học  Các dạng: + Mất đoạn + lặp đoạn + đảo đoạn + Chuyển đoạn Hội chứng “mèo kêu”: Mất đoạn Khái niệm: ĐB làm đoạn NST Hệ quả: Làm giảm số lượng gen NST, làm cân bằng gen Hậu quả: Thường gây chết giảm sức sống Vai trò: ĐB đoạn nhỏ không làm giảm sức sống nên người ta vân dụng để loại khỏi NST gen hại VD: Mất đoạn NST 21 người gây ung thư máu ác tính Lặp đoạn (mất đoạn NST số 5)  Khái niệm: Một đoạn NST bị lặp lại hay nhiều lần  Hệ quả: làm tăng số lượng gen 1NST  Hậu quả: Tăng cường giảm bớt biểu tính trạng  Vai trò: tạo điều kiện cho đột biến gen, tạo nên gen cho trình tiến hóa  VD: đại mạch lặp đoạn làm tăng hoạt tính enzim amilaza 11/12/2015 c) Đảo đoạn đột biến mà đoạn NST đứt đảo ngược 180o gắn lại với vị trí cũ Đảo đoạn chứa tâm động không chứa tâm động VD: Chuyển đoạn Đảo đoạn  Khái niệm: dạng đột biến làm cho đoạn NST đứt rồi đảo ngược 1800 gắn lại vị trí cũ  Hệ quả: làm thay đổi trình tự phân bố gen NST  Hậu quả: Ít gây hại, làm giảm sức sinh sản  Vai trò: góp phần tạo nguyên liệu cho q trình tiến hóa  VD: lồi m̃i đảo đoạn góp phần tạo nên lồi Các dạng đột biến cấu trúc NST  Khái niệm: dạng ĐB có trao đổi đoạn NST NST khơng tương đờng Chuyển đoạn tương hộ không tương hộ  Hệ quả: làm thay đổi nhóm gen liên kết  Hậu quả: thường gây chết khả sinh sản SV  Vai trò: chuyển đoạn nhỏ có lợi cho SV, đóng vai trò quan trọng trình hình thành loài  VD; sử dụng dòng côn trùng mang chuyển đoạn làm công cụ phòng trừ sâu hại CỦNG CỐ: Câu 1: Đây dạng đột biến nào? Mất đoạn Lặp đoạn Đảo đoạn 11/12/2015 II ĐỘT BIẾN SỐ LƯỢNG NST: Bộ NST người  Nguyên nhân: Khái niệm:  Là biến đổi số lượng NST  xảy cặp hay số cặp – Do tác nhân vật lí, hóa học mơi trường, rối loạn môi trường nội bào lai xa hai loài khác toàn bộ NST  Có loại là:  Thể dị bội  Thể đa bội a, Thể dị bội( lệch bội)  Khái niệm: biến đổi số lượng NST hay số cặp NST tương đồng  Đột biến lệch bội thường gặp thực vật,ít gặp động vật  Các dạng đột biến: – Thể không: 2n-2 – Thể 1: – Thể 3: – Thể 4: 2n-1 2n+1 2n+2 Hậu  Làm cân bằng toàn hệ gen nên cá thể lệch bội thường không sống hay giảm sức sống, giảm khả sinh sản tùy loài  VD: – Ở người: hội chứng Đao(3 NST 21), Claiphento(XXY), Tocno( XO), siêu nữ(XXX) – Ở thực vật: cà độc dược 12 thể ba tương ứng 12 cặp NST Cơ chế phát sinh  Sự không phân li hay số cặp NST giảm phân tạo giao tử thừa hay thiếu vài NST Các giao tử kết hợp với giao tử bình thường tạo thể lệch bội Sự khơng phân li xảy cặp NST thường NST giới tính  Xảy nguyên phân tế bào sinh dưỡng(2n) * Hậu quả: ▪ Thể dị bội cặp NST thường: + Hội chứng Down:  Cặp NST thứ 21 người bệnh Down có NST, người bình thường NST  Do trứng mang NST 21 x tinh trùng bình thường) Bệnh nhân Down  Đột biến lệch bội cung cấp nguyên liệu cho trình tiến hóa 11/12/2015 Hội chứng Down Có thể nhận biết bệnh nhân Đown qua dấu hiệu nào?     Là nam (nữ), cổ ngắn, gáy rộng dẹt Khe mắt xếch, lơng mi ngắn thưa Các ngón tay ngắn, thể chậm phát triển Si đần, vô sinh Tỉ lệ trẻ sinh mắc bệnh Down theo tuổi người mẹ Tuổi mẹ Tỉ lệ % trẻ sơ sinh mắc bệnh Down 20 – 24 25 – 29 30 – 34 35 – 39 40 cao 0,02 – 0,04 0,04 – 0,08 0,11 – 0,13 0,33 – 0,42 0,80 – 1,88  Phụ nữ không nên sinh  chế phân ly NST bị rối loạn H.C Tớcnơ (XO) H.C Klinefelter (XXY)  P: XX♀ GP : XX , O F1 : ♂ ♀ XX  tế bào bị lão hóa Hội chứng XXX + Sơ đồ hình thành: XY♂ X,Y X Y tuổi 40  Vì tuổi người mẹ cao : TÊN BỆNH * Hậu quả: ▪ Thể dị bội cặp NST giới tính: ĐẶC ĐIỂM DI TRUYỀN - Cặp NST số 23 có 3NST X Khả sinh mắc bệnh Down tăng O XXX XXY HC 3X HC Klaiphentơ OX OY HC Tớcnơ Chết BIỂU HIỆN KIỂU HÌNH - Nữ, b̀ng trứng khơng phát triển, rối loạn kinh nguyệt, khó có - Nữ, lùn, cổ ngắn, - Cặp NST số 23 khơng có kinh nguyệt, si đần có 1NST X - Nam, bị bệnh mù - Cặp NST 23 có màu, thân cao, chân tay NST XXY dài, si đần thường vô sinh 11/12/2015 b) Đa bội * Khái niệm: NST tế bào đột biến chứa nhiều hai lấn số đơn bội * Phân loại: Hình ảnh thể tam bội - tự đa bội tăng số nguyên lần số NST đơn bội cùng loài lớn 2n + 3n, 5n,…đa bội lẻ +4n, 6n,…đa chẵn - Dị đa bội: tượng NST lồi khác cùng tờn tế bào Thể dị đa bội hình thành lai xa kết hợp với đa bội hóa * Cơ chế phát sinh Tứ bội + Thể đa bội lẻ  Trong giảm phân: NST tế bào không phân li, tạo thành giao tử chứa 2n Sự kết hợp giao tử 2n với giao tử bình thường n tạo thành thể tam bội 3n  Caây 4n x 2n tạo 3n + Thể đa bội chẵn:  Trong ngun phân: NST tự nhân đôi không hình thành thoi vô sắc tạo tế bào 4n  Trong giảm phân: toàn NST không phân li tạo giao tử 2n Giao tử 2n kết hợp với giao tử 2n tạo thành hợp tử tứ bội 4n Hậu vai trò * Thực vật: + Đa bội lẻ khơng có khả tạo giao tử bình thường + Tế bào có hàm lượng DNA tăng lên gấp bội, nên trình tổng hợp chất hữu xảy mãnh mẽ Tế bào có kích thước lớn, dẫn đến quan sinh dưỡng có kích thước lớn, phát triển khỏe, chống chịu tốt + Các đa bội chẵn (4n) dị đa bội tạo thành giống mới, có ý nghĩa tiến hóa chọn giống * Động vật: thường ít gặp vì chế xác định giới tính bị rối loạn CỦNG CỐ: Sự kết hợp hai giao tử 2n loài tạo thể A.tam nhiễm C.tứ bội B.tam bội D.bốn nhiễm kép Sự thay đổi số lượng NST liên quan đến hay số cặp NST gọi A.thể lệch bội C thể tam bội B.thể tứ bội D.thể đa bội lẻ Một người phụ nữ có 47 NST có NST X Người mắc hội chứng A.Siêu nữ C Đao B.Tócnơ D.Claiphentơr ... này, di truyền học nghiên cứu gen đến nucleotide QUAN HỆ VỚI CÁC NGÀNH KHOA HỌC KHÁC VÀ VỚI THỰC TIỄN 1 .Di truyền học v{ chọn giống - Di truyền học sở khoa học chọn giống - Kiến thức di truyền học. .. tế bào học Phương pháp lai kết hợp với quan sát nhiễm sắc thể sở di truyền tế bào Sự kết hợp di truyền học tế bào học nâng di truyền học lên bước phát triển Phương ph|p vật lý v{ hóa học: dùng... đề 2: di truyền Chủ đề 3: Chủ đề 4: Các quy luật di truyền cổ điển Cấu trúc chức vật chất Điều hòa biểu gen Biến dị di truyền 11/12/2015 - Di truyền học môn sinh học, nghiên cứu tính di truyền