Kiến thức: Môn học cung cấp cho người đọc những khái niệm cơ bản của di truyền học, lịch sử phát triển của di truyền học; Hiểu được cấu trúc, chức năng, sự phân chia tế[r]
(1)(2)(3)Mục lục
Mục lục
Danh mục bảng
Danh mục hình
Lời nói đầu
PHẦN I LÝ THUYẾT
Chương MỞ ĐẦU 11
A MỤC TIÊU CHƯƠNG 11
B KẾT CẤU CHƯƠNG 11
C NỘI DUNG CHƯƠNG 12
1.1. DI TRUYỀN HỌC LÀ GÌ?
12
1.1.1 Các khái niệm di truyền học 12
1.1.2 Lịch sử phát triển di truyền học 13
1.2.DI TRUYỀN HỌC VỚI CÁC NGÀNH KHOA HỌC KHÁC 20
1.2.1 Di truyền học chọn giống 20
1.2.2 Di truyền học y học
21
1.2.3 Di truyền học tin học
22
1.2.4 Di truyền học với ngành khoa học xã hội 23
1.3 MỘT SỐ THÀNH TỰU VỀ ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC
Ở VIỆT NAM 24
C TÓM TẮT 26
(4)Câu hỏi ôn tập 27
Chương CƠ SỞ VẬT CHẤT CỦA TÍNH DI TRUYỀN 28
A MỤC TIÊU CHƯƠNG 28
B KẾT CẤU CHƯƠNG 28
C NỘI DUNG CHƯƠNG 29
2.1. CƠ SỞ TẾ BÀO HỌC CỦA DI TRUYỀN 29
2.1.1 Tế bào vật chất mang thông tin di truyền 29
2.1.2 So sánh tế bào Prokaryote Eukaryote 29
2.1.3 Tế bào Eukaryote
30
2.1.4 Nhiễm sắc thể
33
2.1.5 Sự phân chia tế bào
36
2.1.6 Sự hình thành giao tử thụ tinh 40
2.2. CƠ SỞ PHÂN TỬ HỌC CỦA DI TRUYỀN 46
2.2.1 Những chứng gián tiếp chứng tỏ DNA vật chất mang thông tin di truyền 47 2.2.2 Những chứng trực tiếp chứng tỏ DNA vật chất mang thông tin di truyền 47 2.2.3 Thành phần, cấu trúc chức DNA,
RNA protein 47
C TĨM TẮT 54
D PHẦN ƠN TẬP 56
Câu hỏi ơn tập 56
Bài tập có gợi ý trả lời 56
Bài tập tự giải 56
(5)Phần II THỰC HÀNH
MỞ ĐẦU MỘT SỐ NGUN TẮC AN TỒN PHỊNG
THÍ NGHIỆM 59
THIẾT BỊ, DỤNG CỤ SỬ DỤNG TRONG PHẦN THỰC HÀNH
DI TRUYỀN HỌC 60
Bài SỰ PHÂN CHIA TẾ BÀO: NGUYÊN PHÂN 60 Bài SỰ PHÂN CHIA TẾ BÀO: GIẢM PHÂN 64
(6)Danh mục bảng
Bảng 2.1 So sánh tế bào động vật tế bào thực vật 33 Bảng 2.2 Sự khác nguyên phân giảm phân43 Bảng 2.3 Sự khác trình chép phiên
mã 50
Bảng 2.4 Mã di truyền 64 codon quy định cho 20 amino
acid 52
Danh mục hình
Hình 1.1 Hippocrates Aristotle 14
Hình Lamarck Darwin 15
Hình Mendel 16
Hình Correns, Vries Tschermak 17
Hình Bateson Johannsen 17
Hình Morgan 18
Hình Watson Crick 19
Hình 2.1 Tế bào Prokaryote 30
Hình 2.2 Tế bào động vật 32
Hình 2.3 Tế bào thực vật 32
Hình 2.4 Các phần NST 35
Hình 2.5 Các loại NST phân chia theo vị trí tâm động 36 Hình 2.6 Sự phân chia tế bào sinh vật Prokaryote 37
Hình 2.7 Quá trình nguyên phân 39
Hình 2.8 Quá trình giảm phân 42
Hình 2.9 Sự hình thành giao tử động vật 44 Hình 2.10 Sự hình thành giao tử thực vật 45
Hình 2.11 Cấu trúc nucleotide 48
(7)MỤC TIÊU HỌC LIỆU
Nội dung sách di truyền học biên soạn dựa theo khung chương trình đào tạo Khoa Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Trên sở chương trình khung phê duyệt, chúng tơi biên soạn giáo trình Di truyền học với mục đích trình bày giải thích nguyên lý Di truyền học cách có hệ thống với nội dung xác, khoa học, logic, rõ ràng súc tích
Giáo trình Di truyền học sử dụng làm tài liệu giảng dạy, học tập, tham khảo cho giảng viên, sinh viên hệ quy hệ từ xa sử dụng giảng dạy, học tập môn Di truyền học Khoa Công nghệ Sinh học, trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Ngồi ra, sách giáo trình tham khảo thích hợp cho giảng viên, sinh viên thuộc ngành Sinh học Công nghệ Sinh học trường đại học, cao đẳng khác cho thầy cô giảng dạy môn Sinh học học sinh trường trung học phổ thông
CẤU TRÚC HỌC LIỆU
Tài liệu biên soạn thành phần: lý thuyết (9 chương) thực hành (6 bài), đó:
PHẦN I: LÝ THUYẾT
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Cơ sở vật chất tính di truyền
Chương 3: Di truyền Mendel di truyền Mendel mở rộng Chương 4: Di truyền nhiễm sắc thể di truyền giới tính Chương 5: Biến dị - Đột biến
Chương 6: Di truyền tế bào chất (ngoài nhân) Chương 7: Di truyền học người vi sinh vật Chương 8: Di truyền học quần thể
Chương 9: Di truyền học số lượng
PHẦN II: THỰC HÀNH
(8) Bài 3: Sự hình thành giao tử - Sự thụ tinh tạo phôi Bài 4: Cấu trúc nhiễm sắc thể người
Bài 5: Phương pháp kiểm định chi bình phương χ2 Bài 6: Bài tập di truyền
MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC Mục tiêu chung
Môn Di truyền học giúp người học hiểu giải thích chế tượng di truyền truyền thụ qua hệ thơng qua q trình sinh sản động vật, thực vật vi sinh vật
Mục tiêu cụ thể
Kiến thức: Môn học cung cấp cho người đọc khái niệm di truyền học, lịch sử phát triển di truyền học; Hiểu cấu trúc, chức năng, phân chia tế bào Prokaryote Eukaryote; Hiểu DNA vật chất mang thơng tin di truyền; Hiểu thí nghiệm giải thích kết thí nghiệm Mendel, Morgan; Phát biểu quy luật di truyền Mendel, quy luật di truyền mở rộng sau Mendel, quy luật di truyền nhiễm sắc thể, di truyền liên kết với giới tính từ giải thích tượng di truyền thực tế; Nắm khái niệm di truyền tế bào chất, di truyền sinh vật bậc cao vi sinh vật; Các khái niệm nghiên cứu di truyền học quần thể di truyền học số lượng Kỹ năng: Môn học giúp tăng cường kỹ tính tốn, phân tích, tổng hợp; kỹ thực hành; kỹ tư duy, làm việc nhóm
YÊU CẦU ĐỐI VỚI NGƯỜI HỌC
Đối với sinh viên học chương trình Cơng nghệ Sinh học Khoa Cơng nghệ Sinh học, trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh cần đọc nội dung chương trước buổi học lý thuyết, chuẩn bị làm tập theo yêu cầu giảng viên hướng dẫn trước buổi thực hành
CÁCH TỰ HỌC VỚI CUỐN SÁCH NÀY
(9)quả Phần tập tự giải giúp nâng cao kỹ tư duy, tính toán cho người đọc
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO KHÁC
Hartl, DL & Jones, EW (1998), Genetics, Jones and Bartlett Publishers, United States
Pierce, B A (2012) Genetics: A conceptual approach New York: W.H Freeman
LỜI CẢM ƠN
Nhóm biên soạn xin bày tỏ cảm ơn đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh hỗ trợ kinh phí để hồn thành sách
Các hình vẽ giáo trình nhóm biên soạn tự thực (ngoại trừ ảnh chân dung nhà khoa học, hình 3.2, hình 6.5 hình 6.13)
Trong trình biên soạn, chắn cịn nhiều thiếu sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để lần tái sau sách hoàn thiện
(10)(11)Chương MỞ ĐẦU A. MỤC TIÊU CHƯƠNG
Di truyền học xem môn khoa học sinh học Di truyền học có lịch sử lâu đời, liên tục phát triển đạt thành tựu to lớn Các khái niệm mới, kỹ thuật phát triển nhanh với khả ứng dụng vào thực tiễn Thế kỉ 21 kỉ sinh học, di truyền học trọng tâm Sự hiểu biết di truyền cần thiết cho nhà sinh học cho nhà khoa học nhiều lĩnh vực khác Trước bước vào tìm hiểu chi tiết di truyền học cần có nhìn tổng quan ngành học, nắm khái quát vấn đề, phạm vi, mức độ nghiên cứu, phương pháp sơ lược lịch sử môn học
Trong chương sinh viên giới thiệu khái niệm di truyền học, lịch sử phát triển di truyền học, mối liên hệ di truyền học với ngành khoa học khác số thành tựu ứng dụng di truyền học Việt Nam
B. KẾT CẤU CHƯƠNG
Di truyền học gì?
o Các khái niệm di truyền học o Lịch sử phát triển di truyền học
Di truyền học với ngành khoa học khác
o Di truyền học chọn giống o Di truyền học y học
o Di truyền học tin học (bioinformatics) o Di truyền học với ngành khoa học xã hội
Một số thành tựu ứng dụng di truyền học Việt Nam Tóm tắt chương
Phần ôn tập
C. NỘI DUNG CHƯƠNG
1.1. DI TRUYỀN HỌC LÀ GÌ?
(12)Di truyền học (genetics) môn sinh học nghiên cứu hai đặc tính sinh vật gồm tính di truyền tính biến dị, thiếu chúng sinh vật tồn phát triển đến ngày
Tính di truyền giống tính trạng
(characteristic) cá thể có chung nguồn gốc, huyết thống với cha mẹ, ơng bà, tổ tiên Tính di truyền có ổn định cao nhằm đảm bảo ổn định lồi qua lưu trữ truyền thụ thơng tin di truyền từ hệ qua hệ khác
Tính biến dị biểu sai khác tính trạng
giữa cá thể gia đình, dịng họ, cha mẹ, anh chị em với
Di truyền biến dị hai ba nhân tố tiến hóa theo
học thuyết tiến hóa Darwin, bao gồm: biến dị, di truyền chọn lọc tự nhiên Biến dị tạo đa dạng sinh vật cung cấp nguyên liệu cho tiến hóa Trong trình sinh sống, chọn lọc tự nhiên giữ lại dạng thích nghi, di truyền trì đặc tính qua hệ dẫn đến phát sinh loài
Tế bào nhân sơ (prokaryotic cell) tế bào nhân thực (eukaryotic cell): Về mặt cấu trúc, tế bào chia thành hai dạng bản: tế bào nhân sơ (khơng có màng nhân màng bào quan) tế bào nhân thực (có màng nhân màng bào quan, ví dụ: màng ty thể, màng lục lạp) (chi tiết chương 2)
Gen là đơn vị di truyền Có nhiều cách khác định nghĩa gen Trong đơn giản gen định nghĩa đoạn DNA mang thông tin mã hóa cho chuỗi polypeptide phân tử RNA có chức riêng biệt cần cho q trình sinh trưởng, phát triển sinh sản sinh vật
Alen: gen tồn nhiều dạng khác với trình tự DNA khác Các dạng khác gen gọi alen Ví dụ, gen quy định tính trạng màu lơng mèo có alen Trong đó, alen quy định lơng màu đen alen quy định lông màu vàng Trong thể sinh vật, hai alen gen giống (ví dụ AA aa), kiểu gen sinh vật dạng đồng hợp (homozygous) Nếu alen khác (ví dụ Aa), kiểu gen sinh vật dạng dị hợp (heterozygous)
(13)giữa kiểu gen kiểu hình Kiểu hình tập hợp đặc điểm hay tính trạng quan sát sinh vật không di truyền trực tiếp Kiểu gen tập hợp toàn gen có tế bào sinh vật di truyền lại cho hệ sau Tùy vào điều kiện môi trường khác định kiểu gen biểu kiểu Thơng tin di truyền sinh vật kiểu gen sinh vật khơng phải kiểu hình
Một số tính trạng chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố (tính trạng số lượng): có vài tính trạng chịu ảnh hưởng nhiều gen tương tác với cịn tương tác với yếu tố mơi trường Ví dụ, tính trạng chiều cao người bị tác động hàng trăm gen yếu tố môi trường dinh dưỡng
Thông tin di truyền (genetic information) chứa đựng DNA và RNA: thông tin di truyền sinh vật mã hóa hai dạng acid nucleic: DNA (deoxyribonucleic acid) RNA (ribonucleic acid) Acid nucleic cấu tạo từ đơn vị gọi nucleotide Cấu tạo nucleotide gồm gốc đường, gốc phosphate base nitơ Các base nitơ DNA có dạng: A (adenine), C (cytosine), G (guanine) T (thymine) Các base nitơ RNA A, C, G U (uracil) Trình tự base mã hóa cho thơng tin di truyền Đa số sinh vật mang thông tin di truyền dạng DNA, có vài loại virus mang thông tin di truyền dạng RNA
1.1.2. Lịch sử phát triển di truyền học
a. Giai đoạn trước Mendel
(14)Thế kỷ thứ V TCN, thuyết di truyền trực tiếp Hippocrates (hình 1.1) cho vật liệu sinh sản di truyền cho hệ tạo từ tất thành phần thể bố mẹ
Thế kỷ thứ IV TCN, Aristotle (hình 1.1) đưa thuyết di truyền gián tiếp (thuyết tiền định), bác bỏ quan điểm Hippocrate Thuyết cho vật liệu sinh sản di truyền cho hệ tạo từ chất dinh dưỡng, quy định sẵn cho cấu tạo phần khác thể
Hình 1.1 Hippocrates Aristotle
Ở kỷ XIX, sinh vật học phát triển mạnh mẽ, phép lai giống thực rộng rãi động vật thực vật Qua đó, nhà sinh vật học hiểu cha mẹ góp phần vào tính trạng Vì vậy, quan niệm phổ biến di truyền giai đoạn di truyền hịa hợp (blending) Quan niệm cho tính trạng cha mẹ trộn lẫn với tạo nên tính trạng trung gian đời Ví dụ, trung gian (hoa hồng) cha (hoa đỏ) mẹ (hoa trắng)
Lamarck (hình 1.2) (thế kỷ XIX) người xây dựng học thuyết hoàn chỉnh có hệ thống phát triển sinh giới, đề cao vai trị ngoại cảnh Ơng nêu thuyết di truyền tập nhiễm, cho luyện tập mơi trường sống có ảnh hưởng trực tiếp đến vật liệu sinh sản di truyền
(15)về phận sinh dục sinh kết hòa hợp vật liệu sinh sản cha mẹ Ngoài tượng tập nhiễm ảnh hưởng đến di truyền cho hệ sau
Hình 1.2 Lamarck Darwin
Năm 1871, F Galton tiến hành thực nghiệm để kiểm tra thuyết Pangen Ông truyền máu thỏ đen cho thỏ trắng, sau lai truyền máu với Lặp lại thí nghiệm qua hệ khơng tìm thấy ảnh hưởng đến thỏ trắng Như vậy, máu thỏ không chứa mầm Darwin đưa Đến cuối kỷ XIX, giới khoa học chưa có quan niệm đắn
sự di truyền Darwin nhiều lần nhấn mạnh: “Về quy luật di truyền biến dị, cịn biết q ít”
b. Phát triển di truyền Mendel sau Mendel
(16)trước Hội nhà khoa học thiên nhiên vào ngày tháng tháng năm 1865 công bố Kỷ yếu Hội vào năm 1866 Tuy nhiên, hạn chế tri thức sinh học đương thời, cơng trình Mendel khơng cơng nhận suốt 35 năm
Hình 1.3 Mendel
Năm 1900, Carl Erich Correns (Đức), Hugo de Vries (Hà Lan) Erich von Tschermak (Áo) (hình 1.4) độc lập đồng thời khám phá lại quy luật di truyền Mendel, chứng minh đắn quy luật Lúc này, cơng trình nghiên cứu khoa học Mendel hiểu chấp nhận, đáng tiếc ông qua đời Năm 1900 xem năm khai sinh Di truyền học Mendel "cha đẻ" ngành di truyền học
Hình 1.4 Correns, Vries Tschermak
(17)những biến đổi xảy đột ngột tính trạng di truyền Năm 1902, W Bateson L Cuénot chứng minh quy luật Mendel động vật Năm 1903, T Boveri chứng minh vai trò nhân tế bào Cùng năm đó, W Sutton gắn nhân tố Mendel với NST Đặc biệt, A Weismann dựa suy luận đề xuất thuyết di truyền NST, tiên đoán chế nguyên phân, giảm phân, vai trò NST nhân tế bào
Tên gọi Di truyền học (genetics) nhà di truyền học Anh W Bateson (hình 1.5) nêu năm 1906 Năm 1909, nhà khoa học Đan Mạch W Johannsen (hình 1.5) nêu thuật ngữ gen, kiểu gen (genotype) kiểu hình (phenotype)
Hình Bateson Johannsen
(18)Hình Morgan
Năm 1920, N.I Vavilov nêu quy luật “dãy tương đồng biến dị di truyền” (homology series in genetical mutability) làm sở cho thuyết “trung tâm khởi nguyên”
c. Sự phát triển di truyền học phân tử
Sau chiến thứ hai, phát triển mạnh mẽ khoa học nhiều lĩnh vực dẫn đến nhiều phát minh lớn cho di truyền học cấp độ phân tử
Tiếp nối nghiên cứu Frederick Griffith (1928), O Avery,
Mc Leod Mc Carty xác định chất tượng biến nạp chứng minh DNA vật chất mang thông tin di truyền (1944) Tuy nhiên phải đến năm 1952, vai trị di truyền DNA cơng nhận sau thí nghiệm tìm chất tượng tải nạp phage T2 Alfred Hershey Martha Chase tiến hành (chi tiết chương 2)
Năm 1953, mơ hình cấu trúc chuỗi xoắn kép DNA
Watson-Crick (hình 1.7) đưa Đây khám phá quan trọng lịch sử di truyền học Nó mở cách hiểu hoạt động gen di truyền cấp độ phân tử Bản chất hóa học gen (đơn vị di truyền hệ thống sống) làm sáng tỏ (chi tiết chương 2)
Năm 1956, học thuyết trung tâm (central dogma)
sinh học phân tử với mối liên hệ DNA RNA Protein
được Francis Crick đề xuất
(19)tổng hợp protein Prokaryote theo mơ hình operon
Hình Watson Crick
d. Giai đoạn từ kỹ thuật di truyền đời nay
Bắt đầu vào thập niên 1970 nay, nghiên cứu mức độ phân tử nucleotide Kỹ thuật di truyền đời tạo nên cách mạng lớn di truyền học sinh học, như:
Giải trình tự nucleotide gen: trình tự gen người
và nhiều sinh vật khác xác định nhờ ứng dụng kỹ thuật
Đột biến điểm định hướng (site-directed mutagenesis):
giúp tạo đột biến điểm theo ý muốn để nghiên cứu ảnh hưởng trình tự nucleotide đến chức protein
Công nghệ protein (protein engineering): làm thay đổi
các đặc tính tự nhiên protein cách thay đổi trình tự nucleotide gen mã hóa cho protein thay đổi trình tự amino acid protein Ví dụ, thay đổi số amino acid cấu trúc tự nhiên protien, làm cho protein có khả chịu nhiệt tốt Trong tương lai, công nghệ protein hướng đến mục tiêu tạo protein nhân tạo khơng có tự nhiên
Kỹ thuật chuyển gen (gene transferring): giúp tạo
sinh vật biến đổi gen (MGO: Modified Gene Organism) mang nhiều đặc tính tốt Tuy nhiên, việc sử dụng sinh vật biến đổi gen lại hạn chế lo ngại ảnh hưởng biến đổi di truyền xảy
(20)thí nghiệm máy vi tính, tính tốn đưa kết dự đốn thí nghiệm
1.2. DI TRUYỀN HỌC VỚI CÁC NGÀNH KHOA HỌC
KHÁC
1.2.1. Di truyền học chọn giống
a. Di truyền học sở khoa học chọn giống.
Các thành tựu di truyền học ứng dụng sớm nhiều khoa học chọn giống Kiến thức di truyền học sở để xây dựng phương pháp tạo nguồn biến dị cho chọn giống
b. “Cách mạng xanh”
“Cách mạng xanh” thuật ngữ sử dụng lần vào năm 1968 để tăng trưởng nhảy vọt sản xuất nông nghiệp nước phát triển, Mexico Ấn Độ sau lan khắp nước giới “Cách mạng xanh” có hai nội dung quan trọng hỗ trợ bổ sung cho là: (1) tạo giống với suất cao, chủ yếu lương thực (2) sử dụng tổ hợp biện pháp kỹ thuật để phát huy khả giống Các giống tạo dựa sở áp dụng nguyên lí di truyền mức tế bào, cá thể quần thể mà trước chưa biết đến chưa sử dụng
c. Chủng vi sinh công nghiệp
(21)này Tiếp tục trình qua nhiều bước trung gian, cuối dòng E.15.1 tạo cho sản lượng 7000 mg/l
d. Kỹ thuật di truyền (genetic engineering)
Kỹ thuật di truyền kỹ thuật thao tác vật liệu di truyền Kỹ thuật di truyền phát triển vào năm 1970 tạo nên bước chuyển tiếp từ công nghệ sinh học cổ điển sang giai đoạn công nghệ sinh học đại
Cây chuyển gen ứng dụng kỹ thuật di truyền chọn giống Cây trồng thường chuyển gen kháng sâu bệnh, tăng suất, tăng giá trị dinh dưỡng (tăng lượng protein, tăng hàm lượng vitamin, ) Ví dụ, lúa chuyển gen có nhiều vitamin A, thuốc chuyển gen kháng bệnh virus gây
1.2.2. Di truyền học y học
a. Giải trình tự gen người
Cuối năm 1989, Mỹ đầu tư tỉ USD để giải trình tự tồn bộ gen người Tháng 10/2004, kết dự án gen người cơng bố Giờ đây, người ta nói đến “những đứa trẻ theo đơn đặt hàng” ngụ ý việc cải biến di truyền người theo ý muốn Tuy nhiên, vấn đề vấp phải nhiều tranh cãi liên quan đến đạo đức nhân
b. Y học dự phòng
Di truyền y học giúp phát nguyên nhân nhiều bệnh di truyền đề nhiều biện pháp phòng ngừa, điều trị cho số bệnh Y học tương lai trọng dự phịng Ví dụ, đứa trẻ sinh chẩn đoán phân tử sớm để dự đoán bệnh mà đứa trẻ có khả mắc phải tương lai Từ có biện pháp phịng ngừa điều trị sớm
c. Liệu pháp gen (gene therapy)
(22)hiệu cá thể bị bệnh Các nghiên cứu liệu pháp gen chủ yếu chuyển gen vào tế bào sinh dưỡng Liệu pháp gen nghiên cứu, sử dụng điều trị số bệnh bệnh thiếu hụt enzyme adenin deaminase, bệnh xơ nang bệnh ung thư
1.2.3. Di truyền học tin học
Những năm cuối kỷ XX xảy “cuộc ráp nối kỷ” hai lĩnh vực phát triển đỉnh cao sinh học tin học Ứng dụng sinh học vào tin học thể ý tưởng chế tạo máy tính sinh học (biocomputer) Ý tưởng muốn tạo chip điện tử máy tính sử dụng tế bào protein để tiếp nhận, xử lý truyền tín hiệu thay cho mạch điện tử Ngược lại, với khả lưu trữ xử lý khối lượng thông tin đồ sộ mình, tin học trở thành cơng cụ hỗ trợ đắc lực cho sinh học đạt bước tiến dài Cụ thể:
a. Giải trình tự nhiều gen
Xác định trình tự nucleotide gen công việc đồ sộ Hơn 80 phịng thí nghiệm giới có Mỹ thực dự án giải mã gen người Nhật Bản đầu tư tỉ yên cho việc giải trình tự gen nấm men
Saccharomyces, vi khuẩn Escherichia coli, Bacillus subtilis Châu Âu chi khoảng 70 triệu USD cho việc giải trình tự cải hoang Arabidopsis thaliana Tin học giữ vai trò thu thập, lưu trữ khai thác sử dụng số liệu sinh học
b. Thí nghiệm máy vi tính (in silico)
Các thí nghiệm phổ biến sinh học thực thể sinh vật (in vivo) tế bào phịng thí nghiệm (in vitro) Phương pháp nghiên cứu - thí nghiệm máy vi tính (in silico) tiến hành thực mơ hình thí nghiệm máy tính Sau đó, mơ hình thí nghiệm đưa thực tiễn để kiểm nghiệm kết chỉnh lý Thí nghiệm
in silico giúp hạ thấp chi phí, rút ngắn thời gian an tồn Tuy nhiên từ mơ đến thực tiễn khoảng cách lớn
c. Biến đổi chất lượng protein nhờ ứng dụng tin sinh học
(23)một phân tử protein định
1.2.4. Di truyền học với ngành khoa học xã hội
a. Đạo đức sinh học (bioethics)
Di truyền học từ lâu sở khoa học cho số đạo luật, chẳng hạn Luật nhân gia đình “cấm kết người có quan hệ họ hàng trực hệ ba đời” Ngày nay, phát triển vượt bậc cơng nghệ sinh học nói chung cơng nghệ gen nói riêng đặt người trước vấn đề giáo dục, luật, triết học xã hội học Các thí nghiệm tạo dịng phơi người (human embryonic cloning) sinh sản vơ tính động vật thành công công bố Tương lai, có can thiệp trực tiếp vào máy di truyền để cải thiện đặc điểm sinh học người, chí tạo chủng người ưu việt người
Về mặt đạo đức, thí nghiệm tương tự khơng phép tiến hành người Từ đó, đạo đức sinh học đời Những năm đầu thập niên 1990, Nghị viện châu Âu thông qua luật cấm thí nghiệm liên quan đến đạo đức sinh học Ủy ban Quốc tế đạo đức sinh học IBC (International Commitee of Bioethics) UNESCO thành lập
b. Những vấn đề đặt ra
Có ba xu hướng vượt giới hạn tiến hóa tự nhiên diễn ra: (1) Đưa gen người vào sinh vật để tạo protein người làm dược phẩm hay làm quan thay thế; (2) Con người nhận gen quan từ sinh vật; (3) Liệu pháp gen kéo dài tuổi thọ người, tiến đến người Vậy đâu giới hạn? Câu trả lời tùy thuộc vào quan điểm nhà cầm quyền nhà khoa học
1.3. MỘT SỐ THÀNH TỰU VỀ ỨNG DỤNG DI TRUYỀN
HỌC
Ở VIỆT NAM
(24)kể Trong số đó, di truyền học ứng dụng nhiều lĩnh vực nông nghiệp chọn giống
Thập niên 1950-1960, TS Lương Đình Của tạo giống dưa hấu tam bội (3n) không hạt, rau muống tứ bội
Nhiều giống ưu lai F1 trồng, gia súc, gia cầm thủy sản tạo Ưu lai tượng lai có suất, sức chống chịu, khả sinh trưởng phát triển cao vượt trội so với dạng bố mẹ Ưu lai tạo nhờ lai dòng chủng khác với Ví dụ:
Các giống lúa lai có thời gian sinh trưởng cực ngắn, có
suất cao, hạt dài, trong, cho cơm dẻo có khả chống sâu bệnh tốt
Giống ngô lai cho suất cao, thích nghi rộng
Các giống rau F1 sinh trưởng khỏe, kháng bệnh tốt,
năng suất cao trồng quanh năm
Các giống bò lai bò sữa lai cho sản lượng sữa thịt
cao
Các giống lợn lai F1 có sức sống cao hơn, tăng trọng
nhanh, tỉ lệ nạc cao
Nhiều giống tạo phương pháp gây đột biến Ví dụ:
Nho tứ bội (4n) khơng hạt Cam bưởi (3n) không hạt
Giống ngơ chín sớm có hàm lượng protein tăng 1,5 % Giống lúa Mộc Tuyền đột biến tia gamma tạo
giống MT1 có thời gian chín sớm giúp rút ngắn thời gian canh tác, thấp cứng, chịu chua phèn nên trồng nhiều vùng khác nhau, suất tăng 15 – 25 % Một số giống tạo phương pháp chuyển gen Ví dụ:
Viện nghiên cứu lúa đồng sông Cửu Long tạo
thành công giống lúa cao sản chuyển gen giàu vitamin A
Một số trung tâm, viện nghiên cứu chuyển thành công
(25)(26)C. TÓM TẮT
Di truyền học mơn sinh học nghiên cứu hai đặc tính sống gồm tính di truyền tính biến dị Trong đó, gen đơn vị cơ bản mang thông tin di truyền Thông tin di truyền sinh vật mã hóa cấu trúc phân tử DNA RNA. Thông tin di truyền truyền lại cho hệ sau một cách ổn định Các đột biến hay biến dị xuất tạo nên nguồn vật liệu phong phú cho tiến hóa.
Lịch sử phát triển di truyền học trải qua nhiều giai đoạn Giai đoạn trước Mendel, tượng di truyền biến dị chú ý đến, nhiều quan niệm học thuyết đưa ra nhưng chưa đắn Từ định luật di truyền của Mendel công nhận, lịch sử di truyền học bước sang một giai đoạn phát triển với phát thành tựu to lớn.
(27)D PHẦN ÔN TẬP
Câu hỏi ôn tập
Câu 1.Di truyền học gì? Khái niệm tính di truyền tính biến dị Trình bày mối liên hệ di truyền biến dị cho ví dụ minh họa?
(28)Chương CƠ SỞ VẬT CHẤT CỦA TÍNH DI TRUYỀN A. MỤC TIÊU CHƯƠNG
Một vật chất gọi vật chất di truyền hay vật chất mang thông tin di truyền phải thỏa mãn điều kiện: (1) chứa lượng thông tin sinh học quy định đặc tính sinh trưởng phát triển thể sinh vật; (2) có khả truyền đạt thơng tin cho hệ sau; (3) có khả tự tái bản; (4) có tính ổn định cao: tần số sai hỏng thấp, có khả tự sửa sai Như vậy, câu hỏi đặt là: thể sinh vật, phần vật chất mang thông tin di truyền? Câu hỏi trả lời cụ thể chương Sinh viên giới
thiệu cấu trúc, chức năng, phân chia nhân đôi vật chất mang thông tin di truyền protein
B. KẾT CẤU CHƯƠNG
Cơ sở tế bào học di truyền
o Tế bào vật chất mang thông tin di truyền
o So sánh tế bào Prokaryote Eukaryote
o Tế bào Eukaryote
o Nhiễm sắc thể
o Sự phân chia tế bào
o Sự hình thành giao tử thụ tinh
Cơ sở phân tử di truyền
o Những chứng gián tiếp chứng tỏ DNA vật chất mang thông tin di truyền
o Những chứng trực tiếp chứng tỏ DNA vật chất mang thông tin di truyền
o Thành phần, cấu trúc DNA, RNA protein
Tóm tắt chương Phần ơn tập
(29)2.1. CƠ SỞ TẾ BÀO HỌC CỦA DI TRUYỀN
2.1.1. Tế bào vật chất mang thông tin di truyền
Có thể trả lời câu hỏi đặt đầu chương “trong thể sinh vật, phần vật chất mang thông tin di truyền” sau: xét mức độ thể sinh vật, tế bào vật chất mang thơng tin di truyền thỏa mãn điều kiện vật chất di truyền:
Tế bào xem đơn vị cấu trúc chức
của thể sống chứa lượng thông tin sinh học quy định đặc tính sinh trưởng phát triển thể sinh vật Cụ thể sau:
Tế bào đơn vị cấu trúc: khẳng định thông qua
thuyết tế bào học Schleiden Schwann từ năm 1938-1939 Học thuyết rằng: tất sinh vật cấu tạo từ tế bào; tế bào sinh từ tế bào; tế bào loài sinh vật có thành phần hóa học giống
Tế bào đơn vị chức năng: khẳng định thông
qua học thuyết Rudolph Vinchow năm 1839 Rudolph Vinchow nhận định: sinh vật cấu tạo từ đơn vị sống (tế bào); đơn vị mang tất đặc tính sống trao đổi chất, sinh trưởng sinh sản
Tế bào có khả truyền đạt thơng tin di truyền cho
thế hệ sau có khả tự tái Tế bào cấu trúc nhỏ thể sinh vật có khả tồn đơn vị sống độc lập
Tế bào có tính ổn định cao
2.1.2. So sánh tế bào Prokaryote Eukaryote
Các nhà sinh học thường chia tất sinh vật sống thành nhóm chính: Prokaryote (hay sinh vật tiền nhân, sinh vật nhân sơ, vi khuẩn) Eukaryote (sinh vật nhân thực) Các sinh vật Prokaryote chia nhỏ thành hai loại Eubacteria (vi khuẩn thật) Archaea (vi khuẩn cổ)
(30)bào đa bào, có cấu trúc tế bào phức tạp (hình 2.2 2.3) Tế bào Prokaryote Eukaryote chứa DNA tế bào chất lại có nhiều điểm khác biệt Sự khác hai loại tế bào sau:
Ở tế bào Eukaryote, NST thường có dạng thẳng, DNA
liên kết chặt chẽ với histone tạo nên sợi nhiễm sắc (chromatin), sợi nhiễm sắc xoắn chặt tạo thành NST Ở tế bào Prokaryote, NST thường có dạng vịng Tế bào vi khuẩn cổ có phức hợp DNA-histone cấu trúc tạo thành chromatin khác với tế bào Eukaryote Tế bào vi khuẩn thật khơng có protein histone nên DNA khơng có cấu trúc bậc cao Eukaryote mà chứa protein khác giúp cho DNA gấp lại nhiều lần
Tế bào Prokaryote phân chia theo kiểu trực phân
(amitosis) Tế bào Eukaryote phân chia theo hai cách: nguyên phân (mitosis) giảm phân (meiosis)
Tế bào Prokaryote thường có kích thước nhỏ µm
trong tế bào Eukaryote có kích thước lớn µm
Hình 2.1 Tế bào Prokaryote
2.1.3. Tế bào Eukaryote
Tế bào Eukaryote có cấu tạo phức tạp, bao gồm thành phần chính: màng tế bào (cell membrane hay plasma membrane), nhân (nucleus), bào quan (organelles), khung tế bào (cytoskeleton) cấu trúc khác (roi (flagella), lông mao (pilus), vách tế bào (cell wall))
(31)màng nguyên sinh chất, có chất lớp phospholipid kép với hai đuôi kị nước quay vào đầu ưa nước quay môi trường Nhờ lớp phospholipid kép mà màng tế bào có tính vững linh hoạt Trên màng tế bào thường có gắn protein tạo nên cấu trúc “khảm” màng Các protein gắn phần vào màng tế bào (các enzyme) gắn xuyên qua màng (kênh vận chuyển, protein cấu trúc) Màng tế bào có tính thấm, cho phép chất di chuyển qua lại kiểm soát cách chặt chẽ
Các bào quan: tế bào Eukaryote có chứa nhiều bào quan quan trọng ribosome, ty thể, lục lạp
Ty thể (mitochondria): “trạm lượng tế bào”,
chứa hệ thống enzyme kiểm sốt chu trình Krep (hơ hấp) tế bào Ty thể có lớp màng đơi: màng ngồi trơn, màng gấp nếp để tăng diện tích bề mặt Trên bề mặt màng có protein thực chức chuyền điện tử tổng hợp ATP Ty thể có DNA RNA riêng nên phân chia ty thể không phụ thuộc vào phân chia NST tế bào có vai trị quan trọng di truyền tế bào chất (chương 6)
Lục lạp (chloroplast): bào quan có tế bào thực
vật, nơi thực chức quang hợp giúp chuyển đổi lượng ánh sáng thành lượng hóa học để tổng hợp chất hữu từ CO2 nước Giống với ty thể, lục lạp có DNA RNA riêng nên phân chia lục lạp không phụ thuộc vào phân chia NST tế bào có vai trị quan trọng di truyền tế bào chất (chương 6)
Ngoài ra, tế bào Eukaryote nhiều bào quan khác
như hệ thống lưới nội chất nhám, hệ thống lưới nội chất trơn, máy Golgi, lysosome, không bào, peroxisome, trung thể
Khung tế bào: mạng lưới vi sợi, vi ống gắn khắp nơi tế bào chất, có chức nâng đỡ trì hình dạng tế bào, làm điểm tựa cho bào quan Mạng lưới chắn có tính đàn hồi cao, linh động, bị phân hủy sau tái thiết lập
(32)Hình 2.2 Tế bào động vật
(33)Bảng 2.1 So sánh tế bào động vật tế bào thực vật Tế bào động vật Tế bào thực vật Có màng tế bào, nhân
bào quan
Có màng tế bào, nhân bào quan
Được bao bọc màng nguyên sinh chất
Được bao bọc màng nguyên sinh chất vách tế bào ngồi
Có lysosome trung thể Khơng có lysosome trung thể
Khơng có lục lạp Có lục lạp Khơng có có khơng bào
nhỏ tế bào
Có khơng bào lớn tế bào
2.1.4. Nhiễm sắc thể
a. NST Prokaryote
NST Prokaryote phân tử DNA chứa vài triệu nucleotide thường dạng vịng Tuy nhiên, có vài vi khuẩn mang nhiều NST số khác lại có NST dạng thẳng NST Prokaryote thường tổ chức hiệu quả, không chứa chứa trình tự DNA đệm gen Sợi DNA có cấu trúc gấp cuộn nhiều lần để chứa vừa tế bào Prokaryote
b. NST Eukaryote Tổng quát NST Eukaryote
Mỗi lồi Eukaryote có số lượng NST tế bào đặc trưng cho lồi Ví dụ, tế bào cà chua có 48 NST, tế bào ruồi giấm có NST, tế bào người có 46 NST
Hầu hết tế bào Eukaryote chứa NST (2n): (đơn bội) di truyền từ cha di truyền từ mẹ Mỗi NST NST có NST tương ứng với NST cịn lại, tạo thành cặp NST tương đồng Ví dụ, tế bào người có 46 NST, xếp thành 23 cặp NST tương đồng Các tế bào mang NST gọi tế bào lưỡng bội (diploid cell, kí hiệu 2n) Các sinh vật có tế bào lưỡng bội gọi sinh vật lưỡng bội Tuy nhiên, tất tế bào Eukaryote lưỡng bội Ví dụ, tế bào sinh sản (trứng, tinh trùng, bào tử) tế bào sinh dưỡng số loài có NST, gọi tế bào đơn bội (haploid cell, kí hiệu n)
(34)Mỗi NST Eukaryote trạng thái không chép gồm phân tử DNA, có cấu trúc gấp cuộn xoắn chặt Nếu tháo xoắn, vài NST người dài vài centimet, dài 1.000 lần so với nhân tế bào Để chứa DNA dài thể tích nhỏ nhân, DNA phải cuộn lại nhiều lần quấn chặt xung quanh protein histone, tạo thành NST có dạng hình que Hầu hết thời gian NST dạng tháo xoắn khó quan sát Nhưng tế bào bắt đầu phân chia, NST đóng xoắn dày lên, tạo thành hình dạng đặc trưng quan sát Đây giai đoạn thường sử dụng để nghiên cứu NST Hình dạng kích thước NST giai đoạn đặc trưng cho loài
Một NST gồm có phần chính: tâm động (centromere), đầu mút (telomere) cánh hay vai NST (arm) (hình 2.4) NST nhuộm bắt màu, dễ dàng quan sát hình dạng đặc trưng Trên NST có vùng bắt màu sậm (heterochromatin) vùng bắt màu lợt (euchromatin)
Vùng bắt màu sậm giữ nguyên cấu trúc gấp cuộn chặt
trong suốt chu kỳ tế bào, tìm thấy phần tâm động phần đầu mút NST Vùng bắt màu sậm NST kết hợp với protein histone
Vùng bắt màu lợt có lúc xoắn chặt, có lúc tháo xoắn tùy vào
(35)Hình 2.4 Các phần NST
Cánh NST cấu trúc phức tạp với nhiều mức tổ chức khác nhau:
Mức đơn giản cấu trúc xoắn kép DNA (chi tiết
về cấu trúc DNA trình bày phần sau)
Mức tổ chức phức tạp chút nucleosome
Nucleosome cấu tạo từ đoạn DNA dài khoảng 145 – 147 bp quấn lần quanh lõi protein có phân tử histone (gồm hai phân tử bốn loại histone H2A, H2B, H3 H4)
Mức tổ chức chromatosome, có tham gia
của histone H1 Vị trí xác histone H1 so với lõi chưa xác định chắn Các quan sát trước cho thấy H1 nằm bên lõi nucleosome bám vào DNA Nhưng thí nghiệm gần rằng, H1 nằm bên lõi nucleosome Dù nằm bên hay bên ngoài, chức H1 cố định DNA với lõi, đóng vai trị khóa nucleosome Cấu trúc gồm nucleosome histone H1 gọi chromatosome Histone H1 bám vào đoạn DNA dài khoảng 20-22 bp, đoạn DNA nucleosome dài khoảng 145-147 bp, cấu trúc chromatosome chứa đoạn DNA dài khoảng 167 bp Các chromatosome nối với “đoạn ngắn DNA” có kích thước thay đổi tùy loại tế bào (đa số nằm khoảng 30-40 bp) Các protein khơng phải histone liên kết với “đoạn ngắn DNA”, số bám trực tiếp vào phần lõi chromatosome
Mức tổ chức NST cấu trúc chromatin Các
nucleosome tự cuộn lại tạo thành cấu trúc chặt dày đặc gọi chromatin Đây cấu trúc NST dạng duỗi thẳng, tìm thấy kì trung gian trình phân bào
Các chromatin tiếp tục cuộn vòng xoắn chặt
tạo thành hình dạng đặc trưng NST nhìn thấy kính hiển vi kì trước trình phân bào NST thường dạng kép, gồm chromatid chị em dính với tâm động (hình 2.4) Do trước tế bào phân chia, NST nhân đôi tạo thành hai cấu trúc giống hệt chứa thông tin di truyền (hình 2.4)
(36)động phân NST kép thành cánh: cánh ngắn (p) cánh dài (q) Tùy theo vị trí tâm động, NST chia thành loại (hình 2.5): NST tâm cân (metacentric, p = q), NST tâm cận cân (submetacentric, p # q), NST tâm lệch (acrocentric, p < q), NST tâm đỉnh (telocentric)
Hình 2.5 Các loại NST phân chia theo vị trí tâm động
2.1.5. Sự phân chia tế bào
Sự phân chia tế bào (phân bào) (cell reproduction) trình quan trọng, định đến di truyền Thông qua q trình phân bào, thơng tin di truyền quy định tất đặc điểm sinh vật truyền từ tế bào bố mẹ sang tế bào
a. Sự phân chia tế bào sinh vật Prokaryote
(37)Hình 2.6 Sự phân chia tế bào sinh vật Prokaryote
b. Sự phân chia tế bào sinh vật Eukaryote
Giống tế bào Prokaryote, tế bào sinh vật Eukaryote phân chia theo thứ tự: NST nhân đôi tách ra; hình thành màng tế bào (ở tế bào thực vật hình thành thêm vách tế bào); tách thành hai tế bào Tuy nhiên, tế bào Eukaryote có nhiều NST nên cần chế phức tạp để đảm bảo NST vào tế bào
Kỳ trung gian chia nhỏ thành ba phase G1, S, G2
Kỳ trung gian bắt đầu với phase G1: tế bào tăng trưởng,
tổng hợp tích lũy protein cần thiết cho phân chia tế bào Có thời điểm định chu kỳ tế bào gọi điểm kiểm soát (checkpoint) G1/S, nằm phase G1, sau qua điểm kiểm soát tế bào phân chia
Phase S: tế bào bước vào giai đoạn chép DNA, giúp
nhân đơi NST Trước phase S, NST có chromatid (NST đơn); sau pha S, NST có chromatid (NST kép) Dù qua điểm kiểm sốt G1/S, q trình tổng hợp DNA phase S bị khóa (do đột biến xử lí thuốc) tế bào khơng phân chia
Phase G2: nhiều q trình sinh hóa cần thiết cho
(38)Trong suốt kỳ trung gian, NST dạng duỗi thẳng (mức cấu trúc chromatin, có cấu trúc gấp cuộn xoắn mức thấp hơn), khơng thể nhìn thấy kính hiển vi; có, nhìn thấy mạng lưới sợi nhiễm sắc, khơng có hình dáng đặc trưng
Nguyên phân (mitosis) giai đoạn hai chromatid NST tách rời tế bào phân chia Quá trình định kỳ nguyên phân tách rời chromatid NST kép, phân chia đồng thông tin di truyền cho tế bào Kỳ nguyên phân chia thành kỳ nhỏ (hình 2.7):
Kỳ trước (prophase): NST đặc lại dày lên nhờ cấu
trúc gấp cuộn xoắn chặt cao Do vậy, nhìn thấy hình dáng đặc trưng NST kính hiển vi Mỗi NST lúc có chromatid (NST nhân đơi phase S) dính với tâm động Ở tế bào động vật, sợi vơ sắc (spindle microtubule) bắt đầu hình thành tế bào chất từ hai trung thể (centrosome) di chuyển hai hướng đối diện tế bào, tạo thành mạng lưới sợi vơ sắc có thoi nên gọi thoi vô sắc (mitotic spindle) Ở tế bào thực vật, khơng có trung thể hình thành thoi vơ sắc nhờ hệ thống vi sợi vi ống Giai đoạn này, màng nhân
Kỳ (metaphase): NST co ngắn cực đại, màng nhân
bắt đầu phân hủy, sợi vô sắc từ tế bào chất vào vùng nhân Đoạn cuối sợi vô sắc gắn vào tâm động chromatid NST kép, sợi vô sắc hướng ngược lại gắn vào tâm động chromatid cịn lại Sợi vơ sắc dài ngắn lại đẩy kéo NST theo Hai trung thể nằm hai hướng đối diện với sợi vô sắc tỏa gặp tế bào Các NST gắn cuối sợi vô sắc nên di chuyển đến thoi vô sắc tạo thành hàng thẳng mặt phẳng xích đạo thoi vô sắc (ở tế bào)
Kỳ sau (anaphase): sợi vô sắc rút ngắn phía hai cực
của thoi vơ sắc, chromatid gắn phần đầu sợi vô sắc bị kéo theo Kết tâm động tách đôi, NST kép tách thành NST đơn, di chuyển hai hướng đối diện tế bào, tiến hai cực thoi vô sắc theo sợi vô sắc
Kỳ cuối (telophase): bắt đầu NST đơn di
(39)thành lại, bọc quanh NST tạo nên nhân tế bào NST duỗi ra, khơng cịn hình dạng rõ rệt Ở tế bào hình thành màng tế bào mới, tách tế bào ban đầu thành tế bào con, kết thúc trình phân bào
Hình 2.7 Quá trình nguyên phân
Nguyên phân phân chia tế bào xảy tế bào sinh dưỡng, đặc biệt mô phân sinh, đỉnh sinh trưởng; tế bào sinh dục nguyên thủy (tế bào sinh tinh, noãn bào sơ cấp) Từ tế bào ban đầu (2n) trải qua trình nguyên phân tạo hai tế bào có số lượng đặc điểm NST giống giống tế bào mẹ (2n)
Ý nghĩa nguyên phân:
Tạo tế bào giống hoàn toàn tế bào ban
đầu nhằm đảm bảo tăng trưởng cá thể sinh vật, gia tăng số lượng tế bào, giúp sinh vật lớn lên thay tế bào chết hay tổn thương
Đảm bảo phân chia đồng xác vật liệu
di truyền (NST) tế bào mẹ cho tế bào
Duy trì tính đặc trưng lồi
Đây sở sinh sản vô tính (agamogenesis)
2.1.6. Sự hình thành giao tử thụ tinh
(40)Qua trình tiến hóa, sinh sản hữu tính (sexual reproduction) xuất kiện có ý nghĩa lịch sử phát triển sống Sinh sản hữu tính có xếp lại thông tin di truyền từ bố mẹ, làm tăng số lượng biến đổi di truyền làm cho q trình tiến hóa diễn nhanh Hầu hết đa dạng phong phú sống Trái đất kết sinh sản hữu tính
a. Giảm phân
Q trình giảm phân gồm hai lần phân bào liên tiếp: giảm phân I giảm phân II; lần phân bào trải qua kỳ: kỳ trước, kỳ giữa, kỳ sau kỳ cuối (hình 2.8)
Giảm phân I cịn gọi giảm nhiễm số lượng NST tế bào ban đầu giảm nửa, từ tế bào có 2n NST đơn tạo thành tế bào có n NST kép
Kỳ trước I (prophase I): NST xoắn lại dày lên, tạo thành
hình dáng đặc trưng nhìn thấy kính hiển vi Trong giai đoạn này, cặp NST tương đồng bắt cặp với nhau, thực trình tiếp hợp trao đổi chéo, nhờ thơng tin di truyền trao đổi với Cuối kỳ trước I, màng nhân bị phá vỡ tiêu biến
Kỳ I (metaphase I): cặp NST tương đồng tạo thành
một hàng thẳng mặt phẳng xích đạo thoi vơ sắc Sợi vô sắc xuất phát từ cực thoi vô sắc bám vào NST cặp NST tương đồng, sợi vô sắc xuất phát từ cực đối diện bám vào NST lại
Kỳ sau I (anaphase I): cặp NST tương đồng bị tách
và tiến hai cực đối diện tế bào Cặp NST tương đồng bị tách NST dạng kép, gồm hai chromatid gắn với tâm động di chuyển
Kỳ cuối I (telophase I): NST kép di chuyển đến cực
của thoi vơ sắc, tế bào chất phân chia, màng nhân hình thành bao bọc lấy NST tập trung cực, thoi vô sắc biến NST duỗi Tế bào tiến vào giảm phân II
(41) Kỳ trước II (prophase II): tế bào lặp lại bước: NST dày
lên, thoi vô sắc hình thành, màng nhân biến Một số loại tế bào, kỳ cuối I, NST không duỗi ra, thoi vô sắc không biến bỏ qua kỳ trước II, chuyển thẳng qua kỳ II
Kỳ II (metaphase II): giống với kỳ nguyên
phân, NST kép tập trung mặt phẳng xích đạo thoi vơ sắc Các sợi vơ sắc từ hai cực thoi vô sắc bám vào hai chromatid khác NST kép
Kỳ sau II (anaphase II): hai chromatid NST kép bị
tách thành NST đơn tiến hai cực đối diện tế bào (hướng hai cực thoi vô sắc)
Kỳ cuối II (telophase II): NST đơn di chuyển đến cực
của thoi vơ sắc, màng nhân hình thành bao quanh NST, tế bào chất phân chia, NST duỗi ra, kết thúc trình giảm phân
Hình 2.8 Quá trình giảm phân
Ý nghĩa giảm phân:
Đảm bảo tính ổn định số lượng NST loài sinh
vật qua hệ (sau q trình thụ tinh hay sinh sản hữu tính)
Tạo biến dị tái tổ hợp hệ qua trình trao
(42) Cơ sở cho sinh sản hữu tính
So sánh phân bào sinh vật Eukaryote
Thuật ngữ giảm phân (meiosis) nguyên phân (mitosis) dễ gây nhầm lẫn, bao gồm trình phân chia NST tế bào sinh vật Eukaryote Trong hai trình, DNA tổng hợp lần trước phân bào, lần phân chia trải qua kỳ có phân chia đồng NST tế bào
Tuy nhiên, hai q trình có điểm khác (bảng 2.2)
Bảng 2.2 Sự khác nguyên phân giảm phân
Nguyên phân Giảm phân
Xảy tế bào sinh dưỡng tế bào sinh dục
Chỉ xảy tế bào sinh dục Gồm lần phân bào Gồm lần phân bào liên tiếp Tạo thành tế bào Tạo thành tế bào Số NST tế bào giống hệt tế
bào mẹ
Số NST tế bào 1/2 tế bào mẹ
Các cặp NST tương đồng không bắt cặp trao đổi chéo
Các cặp NST tương đồng bắt cặp trao đổi chéo
Đảm bảo giống tế bào
Tạo đa dạng di truyền Bộ NST tế bào mẹ n
hoặc >n
Bộ NST tế bào mẹ 2n >2n (đa bội)
b. Sự hình thành giao tử thụ tinh động vật
Sự hình thành giao tử đực (tinh trùng): xảy tinh hồn, nơi có tế bào sinh dục lưỡng bội gọi tế bào sinh tinh Tế bào sinh tinh nguyên phân tạo thành tinh bào sơ cấp (2n) Quá trình nguyên phân tế bào sinh tinh lặp lại nhiều lần để tạo số lượng lớn tinh bào sơ cấp Mỗi tinh bào sơ cấp (2n) trải qua trình giảm phân I tạo tinh bào thứ cấp Sau giảm phân II, tinh bào thứ cấp tạo thành tinh tử (n) Tinh tử trưởng thành phát triển tạo thành tinh trùng (n) (hình 2.9)
(43)có thể nguyên phân nhiều lần giống với tế bào sinh tinh trực tiếp vào trình giảm phân Q trình giảm phân I nỗn bào sơ cấp xảy phân chia không đồng tế bào chất: hầu hết tế bào chất tập trung tế bào gọi noãn bào thứ cấp, tế bào cịn lại có kích thước nhỏ chứa tế bào chất gọi thể cực Thể cực tiếp tục phân chia giảm phân II khơng Nỗn bào thứ cấp vào q trình giảm phân II, tiếp tục xảy phân chia khơng đồng tế bào chất tạo nỗn cầu thể cực
Sự thụ tinh tạo hợp tử: tinh trùng (n) gặp trứng (n) tạo thành hợp tử (2n) Hợp tử phát triển thành phôi (2n) Phôi tiếp tục phân chia để phát triển thành thể
Hình 2.9 Sự hình thành giao tử động vật
c. Sự hình thành giao tử thụ tinh thực vật
(44)Ở thực vật có hoa, hoa phần thể giao tử, chứa quan sinh sản đực (nhị) (nhụy) Một số loài thực vật có nhị nhụy hoa, số khác có nhị nhụy hai hoa khác nằm cây, số khác nhị nhụy hai hoa nằm riêng biệt
Hình 2.10 Sự hình thành giao tử thực vật
(45)Sự thụ tinh kép hình thành hợp tử thực vật: bao phấn mở giải phóng hạt phấn chín hạt phấn rơi lên nướm vòi nhụy Nếu hạt phấn nảy mầm, ống phấn phát triển dọc theo vòi nhụy vào bầu nhụy, nơi có chứa túi phơi Hai tế bào sinh dục từ hạt phấn di chuyển theo ống phấn vào túi phôi Một hai tế bào sinh dục hạt phấn (n) thụ tinh với noãn cầu (n) tạo thành hợp tử lưỡng bội (2n) Hợp tử phát triển thành phơi Tế bào sinh dục cịn lại hạt phấn (n) kết hợp với nhân phụ (n + n) tạo thành tế bào nội nhũ (hay phôi nhũ) 3n Nội nhũ nơi dự trữ chất dinh dưỡng cần cho phát triển phơi sau Hai q trình thụ tinh diễn đồng thời thực vật nên gọi trình thụ tinh kép
d. Vịng đời sinh vật
Vịng đời sinh vật hay chu trình sống thời gian sống sinh vật từ hình thành đến tạo hệ Vòng đời sinh vật chia thành hai giai đoạn bao gồm giai đoạn bào tử (2n) giai đoạn giao tử (n)
Ở sinh vật bậc cao, thời gian tồn giai đoạn bào tử dài nhiều so với thời gian tồn giai đoạn giao tử
Ở sinh vật bậc thấp, thời gian tồn giai đoạn bào tử ngắn thời gian tồn giai đoạn giao tử
2.2. CƠ SỞ PHÂN TỬ HỌC CỦA DI TRUYỀN
Tế bào biết đến vật chất mang thông tin di truyền cấp độ thể sinh vật Tuy nhiên, tế bào sinh vật chứa hai thành phần gồm tế bào chất nhân Câu hỏi đặt là: thành phần tế bào mang thông tin di truyền? Hay nói cách khác, vật chất mang thơng tin di truyền cấp độ tế bào gì?
Qua nhiều thí nghiệm, nhà nghiên cứu kết luận rằng, sở vật chất di truyền nằm nhân, cụ thể NST Vai trò NST trình phân bào chứng chứng minh NST vật chất mang thông tin di truyền:
NST có khả tự nhân đơi
Sau nguyên phân, hai tế bào có số lượng thành
phần NST giống giống tế bào mẹ
Sau giảm phân, giao tử (đực cái) chứa số
(46) Sau thụ tinh, số lượng NST lại nhân đơi phơi,
đó nửa số NST nhận từ cha nửa nhận từ mẹ
Sự phối hợp cách ngẫu nhiên NST có nguồn
gốc từ cha từ mẹ trao đổi chéo trình giảm phân tạo đa dạng di truyền cá thể gia đình, quần thể, lồi
Nhưng NST cấu tạo từ hai thành phần DNA protein; thành phần vật chất mang thông tin di truyền
2.2.1. Những chứng gián tiếp chứng tỏ DNA vật chất mang thông tin di truyền
DNA thành phần chủ yếu NST
Lượng DNA ổn định tế bào sinh dưỡng cá thể sinh vật không phụ thuộc vào phân hóa chức hay trạng thái trao đổi chất Trong protein RNA thay đổi theo mô trạng thái sinh lý tế bào
Lượng DNA tế bào sinh dưỡng gấp đôi tế bào sinh dục (giao tử) Khi giao tử thụ tinh thành hợp tử, lượng DNA lại khơi phục
Tia tử ngoại có hiệu gây đột biến cao bước sóng 260 nm trùng với bước sóng DNA hấp thu nhiều
2.2.2. Những chứng trực tiếp chứng tỏ DNA vật chất mang thông tin di truyền
Hai hướng thí nghiệm khác vi khuẩn virus cung cấp chứng then chốt DNA, protein, vật chất di truyền
2.2.3. Thành phần, cấu trúc chức của DNA, RNA protein
a. DNA (Desoxyribonucleic acid)
(47)thymine liên kết hidro, guanine bắt cặp với cytosine ba liên kết hydro Vì vậy, phân tử DNA sinh vật nào, số lượng adenine số lượng thymine (A = T) số lượng guanine số lượng cytosine (G = C)
Hình 2.11 Cấu trúc nucleotide
Cấu trúc DNA: DNA phân tử dài nên gọi đại phân tử Tuy nhiên, DNA lại có cấu trúc đơn giản: chuỗi dài với nucleotide nối với DNA có dạng cấu trúc với mức độ phức tạp tăng dần
Cấu trúc DNA bậc 1: gồm nuleotide gắn với
bằng liên kết phosphodiester: phân tử phosphate đầu 5’ nucleotide gắn với phân tử carbon đầu 3’ nucleotide tạo nên chuỗi polynucleotide hay mạch đơn DNA Đặc điểm quan trọng chuỗi polynucleotide chiều Một đầu mạch DNA nhóm phosphate gọi đầu 5’, đầu cịn lại nhóm –OH gọi đầu 3’
Cấu trúc DNA bậc 3: DNA gấp cuộn xoắn lại nhiều lần,
có thể liên kết với protein không, cách xếp đóng gói DNA NST
Chức DNA: DNA vật chất mang thông tin di truyền quy định tồn đặc tính sinh vật
(48)DNA dạng thẳng có kích thước lớn, có điểm khởi đầu nhiều thời gian để chép hết tồn NST Ví dụ, tốc độ chép DNA nằm khoảng 500 – 5.000 nucleotide/phút, để tổng hợp NST điển hình người chứa 50 triệu cặp nucleotide cần ngày Vì vậy, trình tự DNA sinh vật Eukaryote có hàng ngàn điểm khởi đầu chép Ở điểm khởi đầu chép, DNA tháo xoắn, tách thành hai mạch khuôn, enzyme protein có chức thực q trình chép tổng hợp mạch DNA (theo chiều 5’ – 3’) dựa mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A-T, C-G), kéo dài theo hai hướng gặp điểm chép liền kề ngừng lại
b. RNA (Ribonucleic acid)
Thành phần RNA: giống DNA, RNA chất cao phân tử tạo từ nhiều đơn phân nucleotide tạo thành chuỗi polynucleotide Tuy nhiên, có số điểm khác biệt thành phần DNA RNA: phân tử đường nucleotide RNA đường ribose, đường deoxyribose nucleotide DNA; thymine (một hai nucleotide pyrimidine) DNA bị thay uracil (U) RNA; RNA thường dạng mạch đơn, gồm chuỗi polynucleotide, khơng có bắt cặp base nitơ nên số lượng loại nucleotide RNA khơng có tương quan theo nguyên tắc bổ sung
Phân loại RNA (theo chức năng): phân tử RNA có nhiều chức tế bào, chia thành loại sau:
mRNA (messenger RNA – RNA thông tin): mang thông tin
di truyền chép từ mạch khuôn DNA, quy định cho cấu trúc protein mRNA phiên mã từ DNA nhân, sau chuyển tế bào chất làm mạch khuôn để tổng hợp protein Mỗi nucleotide mRNA (gọi mã di truyền hay codon) quy định cho amino acid phân tử protein
tRNA (transfer RNA – RNA vận chuyển): làm nhiệm vụ vận
chuyển amino acid đến nơi tổng hợp protein ribosome Mỗi tRNA vận chuyển loại amino acid tRNA mang ba đối mã (anticodon) có trình tự bổ sung với trình tự codon mRNA
rRNA (ribosomal RNA – RNA ribosome): tham gia vào cấu
(49)truyền mRNA dịch mã thành trình tự amino acid chuỗi polypeptide
Cịn có số RNA khác tìm thấy Eukaryote
pre-mRNA, snRNA, snoRNA, scRNA, miRNA
Quá trình phiên mã (transcription): trình tổng hợp phân tử RNA từ mạch khuôn DNA, bước trình truyền thơng tin di truyền từ kiểu gen thành kiểu hình Các bước trình phiên mã tương tự q trình chép DNA: vị trí bắt đầu phiên mã, DNA tháo xoắn thành mạch đơn có mạch đơn làm khn (chiều mạch khuôn 3’ – 5’ chiều tổng hợp 5’ – 3’), enzyme protein có chức thực tổng hợp mạch RNA từ mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A-U, C-G), kéo dài gặp trình tự kết thúc ngừng lại Điểm khác trình chép DNA trình phiên mã trình bày bảng 2.3
Bảng 2.3 Sự khác trình chép phiên mã
Quá trình chép Quá trình phiên mã
Tổng hợp DNA Tổng hợp RNA
Sử dụng nucleotide: A, G, C, T Sử dụng nucleotide: A, G, C, U
Vị trí khởi đầu chép Vị trí khởi đầu phiên mã Thực enzyme DNA
polymerase
Thực enzyme RNA polymerase
Cả hai mạch DNA mạch khuôn
Chỉ mạch DNA làm mạch khn
Kết thúc gặp vị trí chép liền kề
Kết thúc gặp trình tự kết thúc
Sao chép tồn trình tự DNA Chỉ chép phần nhỏ DNA
Trong chu kỳ tế bào xảy lần
Trong chu kỳ tế bào xảy nhiều lần
c. Protein
(50)polypeptide Chuỗi polypeptide phân cực, đầu có nhóm amino tự (NH2), đầu cịn lại có nhóm carboxyl tự (COOH) Một protein chứa một vài chuỗi polypeptide Trong tự nhiên có 20 loại amino acid cấu tạo nên protein Các protein khác chủ yếu trình tự amino acid trình tự nucleotide gen quy định Tập hợp ngẫu nhiên nucleotide loại nucleotide khác mRNA (A, U, G C) tạo nên 43 = 64 codon khác nhau, có 20 amino acid Vì vậy, amino acid có nhiều codon quy định (bảng 2.4) hay cịn gọi thối hóa mã di truyền
Cấu trúc protein: giống DNA, protein có nhiều mức tổ chức khác Cấu trúc bậc protein chuỗi polypeptide dạng mạch thẳng, gồm amino acid nối với theo thứ tự quy định trình tự nucleotide Sự tương tác amino acid nằm gần làm cho chuỗi polypeptide gấp xoắn lại, tạo thành cấu trúc bậc protein; có dạng cấu trúc bậc thường gặp protein cấu trúc xoắn α phiến β Cấu trúc bậc tương tác gấp cuộn tạo thành cấu trúc bậc 3, hình dạng khơng gian chiều protein Cấu trúc bậc bậc quy định trình tự amino acid cấu trúc bậc protein Cuối cùng, số protein chứa nhiều chuỗi polypeptide liên kết với tạo thành cấu trúc bậc Cấu trúc bậc tương tác gấp cuộn tạo thành cấu trúc bậc 3, hình dạng khơng gian chiều protein Cấu trúc bậc bậc quy định trình tự amino acid cấu trúc bậc protein Cuối cùng, số protein chứa nhiều chuỗi polypeptide liên kết với tạo thành cấu trúc bậc
Chức protein: protein trung tâm tất trình sống tế bào sinh vật
Nhiều protein enzyme, chất xúc tác sinh học, thúc đẩy phản ứng hóa học tế bào
Một số protein thành phần cấu trúc, cấu tạo nên màng tế bào, xương, tóc, sợi
Protein giúp vận chuyển chất
Một số protein có chức điều hịa, truyền đạt thông tin, miễn dịch
(51)Base thứ
U C A G
B a se t h ứ n h ấ t
U UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U
B a se th ứ
UUC UCC UAC UGC C
UUA Leu UCA UAA Stop UGA Stop A
UUG UCG UAG UGG Trp G
C CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U
CUC CCC CAC CGC C
CUA CCA CAA Gln CGA A
CUG CCG CAG CGG G
A AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U
AUC ACC AAC AGC C
AUA ACA AAA Lys AGA Arg A
AUG Met ACG AAG AGG G
G GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly U
GUC GCC GAC GGC C
GUA GCA GAA Glu GGA A
GUG GCG GAG GGG G
(52)của với trình tự codon mRNA theo nguyên tắc bổ sung, (3) amino acid tRNA (đã khớp trình tự với mRNA) nối lại với nhau, tiếp tục trình kéo dài chuỗi polypeptide, (4) trình dịch mã kết thúc ribosome di chuyển đến codon kết thúc Sau dịch mã, protein Prokaryote Eukaryote phải trải qua biến đổi sau dịch mã (posttranslational modification), chủ yếu gấp cuộn protein thành bậc cấu trúc cao hơn, để trở thành protein có chức
(53)C. TÓM TẮT
Xét mức độ thể sinh vật, tế bào vật chất mang thông tin di truyền do thỏa mãn điều kiện vật chất di truyền Tế bào của sinh vật sống thường chia thành hai nhóm chính: Prokaryote Eukaryote; hai nhóm tế bào đều chứa DNA tế bào chất lại có nhiều điểm khác biệt về: nhân bào quan; hình dạng cấu tạo NST; phương thức phân chia tế bào; kích thước tế bào Tế bào Eukaryote có nhiều bào quan cấu trúc phức tạp hơn Prokaryote, với hai đại diện tế bào thực vật tế bào động vật.
Prokaryote phân chia tế bào chủ yếu theo dạng trực phân: DNA nhân đôi và bám vào màng tế bào; tế bào lớn lên tách DNA về hai đầu tế bào; hình thành vách tế bào, phân chia thành tế bào Chu kỳ tế bào Eukaryote gồm hai kỳ: kỳ trung gian kỳ phân bào (nguyên phân giảm phân) Nguyên phân chia thành kỳ: kỳ trước, kỳ giữa, kỳ sau kỳ cuối Qua trình nguyên phân, từ tế bào ban đầu (2n) tạo thành tế bào (2n) giống hệt tế bào ban đầu Nguyên phân đảm bảo phân chia đồng và chính xác vật liệu di truyền (bộ NST) từ tế bào mẹ cho các tế bào giúp trì đặc trưng lồi; ngun phân giữ vai trò làm tăng số lượng tế bào giúp thể lớn lên, sở của sinh sản vơ tính Giảm phân gồm lần phân bào liên tiếp giảm phân I giảm phân II, từ tế bào ban đầu (2n) hình thành tế bào (n) có số NST giảm nửa. Sau đó, qua q trình thụ tinh, giao tử đực (n) kết hợp với giao tử (n) tạo thành hợp tử (2n), khơi phục lại NST của lồi Giảm phân đảm bảo tính ổn định số lượng NST của loài, tạo biến dị tái tổ hợp sở cho sinh sản hữu tính.
(54)(55)D PHẦN ÔN TẬP
Câu hỏi ôn tập
Câu 1.Đặc điểm vật chất mang thông tin di truyền?
Câu 2.Tại nói tế bào vật chất mang thơng tin di truyền?
Bài tập có gợi ý trả lời
Câu Một tế bào phase G1 kỳ trung gian có 10 NST Tính số NST số phân tử DNA tế bào, tế bào vào giai đoạn sau:
a Phase G2
b Kỳ nguyên phân c Kỳ cuối nguyên phân d Kỳ I giảm phân e Kỳ cuối I giảm phân f Kỳ II giảm phân g Kỳ cuối II giảm phân
Câu 2. Một phân tử DNA mạch đơi có 30% nucleotide cytosine Tính phần trăm loại nucleotide lại phân tử DNA
Bài tập tự giải
Câu 1. Một tế bào kỳ nguyên phân có 16 phân tử DNA Hỏi số NST số phân tử tế bào tế bào giai đoạn sau:
a Phase G1 b Phase G2
c Kỳ sau nguyên phân d Kỳ trước I giảm phân e Kỳ sau I giảm phân f Kỳ II giảm phân
Câu 2.Một phân tử RNA mạch đơi có 15% adenine Tính phần trăm loại nucleotide lại phân tử RNA
(56)Câu 1.Muốn đếm số NST: đếm số tâm động
Muốn đếm số phân tử DNA: đếm số chromatid
a Phase G2: 10 NST 20 phân tử DNA (ở pha S, DNA chép nhân đơi dính tâm động nên phase G2 số DNA gấp đôi số NST giữ nguyên gọi NST kép)
b Kỳ nguyên phân: 10 NST 20 phân tử DNA (suốt kỳ trước kỳ giữa, số NST số phân tử DNA không thay đổi)
Câu 2.C = G = 30%
(57)Phần II THỰC HÀNH
MỞ ĐẦU MỘT SỐ NGUYÊN TẮC AN TỒN PHỊNG THÍ NGHIỆM
(58)viên cần đọc kỹ, nắm vững nghiêm túc tuân thủ quy tắc sau:
1 Chỉ làm thí nghiệm có diện cho phép, đồng ý giảng viên hướng dẫn cán phụ trách phịng thí nghiệm
2 Phải đeo thẻ sinh viên, cột tóc gọn gàng (nếu tóc dài) vào phịng thí nghiệm Sử dụng dụng cụ bảo hộ lao động như: mặc áo choàng phịng thí nghiệm (áo blouse), găng tay, trang,… quy cách suốt q trình làm thí nghiệm, đặc biệt q trình tiếp xúc với hóa chất độc, chất dễ cháy, acid base đậm đặc Không nếm ngửi hóa chất thí nghiệm Các
lọ hóa chất sau sử dụng phải đậy kín nắp cẩn thận để lại nơi quy định
4 Đọc hướng dẫn vận hành thiết bị, máy móc phịng thí nghiệm trước sử dụng; không tự ý điều chỉnh thông số vận hành di dời vị trí chúng; sử dụng phải có cho phép giảng viên hướng dẫn cán phụ trách phịng thí nghiệm
5 Không ăn uống làm việc riêng (nghe nhạc, xem phim, chơi game,…) trình làm việc phịng thí nghiệm
6 Nếu làm đổ hóa chất xảy cố thiết bị, máy móc, dụng cụ thí nghiệm xảy tai nạn khác phải báo cho giảng viên hướng dẫn cán phịng thí nghiệm
7 Nếu có thắc mắc chưa rõ vấn đề liên hệ với giảng viên hướng dẫn cán phụ trách phịng thí nghiệm để giải đáp
THIẾT BỊ, DỤNG CỤ SỬ DỤNG TRONG PHẦN THỰC HÀNH
DI TRUYỀN HỌC
Kính hiển vi quang học dùng quan sát hình ảnh phóng đại mẫu vật. Lame lamelle dùng để giữ cố định mẫu vật
(59)Kim mũi mác dao lam cắt mẫu vật
Kẹp gắp dùng để gắp giữ mẫu vật không bị trôi rửa Các dụng cụ thông thường khác: kéo, băng keo, hồ dán,…
Bài 1. SỰ PHÂN CHIA TẾ BÀO: NGUYÊN PHÂN
Mục đích
Trên sở quan sát kỳ nguyên phân tiêu rễ hành, sinh viên có thể:
Nhận biết kỳ nguyên phân kính
hiển vi
Xác định thời gian phân chia giai đoạn
nguyên phân
Xác định số MI (Mitosis Index) Cơ sở lý thuyết
Cơ sở tế bào học nguyên phân nêu chi tiết chương 2, trang 55 Các giai đoạn nguyên phân
Prophase (kì trước) Metaphase (kì giữa) Anaphase (kì sau) Telophase (kì cuối)
Chỉ số MI (mitosis Index): dùng để xác định mức độ phân chia tế bào mơ cụ thể Chỉ số MI tính sau: MI=P+M+A+T
N ∗100 %
P, M, A, T: Số tế bào giai đoạn
prophase, metaphase, anaphase, telophase
(60)Sơ đồ giai đoạn trình nguyên phân Thực hành
Dụng cụ, hóa chất, mẫu vật
Dung dịch Carnoy (3 Ethanol truyệt đối : acid acetic) Ethanol 90% (90% Ethanol tuyệt đối: 10% Nước) Ethanol 70% ( 70% Ethanol tuyệt đối: 30% Nước) HCl 1N
Acetocarmin 1%
Kính hiển vi, lame, lamelle, dao lam, giấy thấm, kính
đồng hồ
Củ hành tím Que diêm
Tiến hành thí nghiệm
a.Cố định mẫu:
Trồng hành cát ẩm đến rễ có độ dài 0,5 – cm Cắt chóp rễ khoảng mm
Cố định Carnoy - 12h (Lý giải: Carnoy làm tế bào
giữ nguyên trạng thái thời điểm cố định nhờ loại nước tế bào kết tủa protein)
Rửa Ethanol 90% 10 phút (2 lần) Giữ mẫu Ethanol 70%
d. Làm tiêu tạm thời:
Gắp mẫu vật để lên mặt kính đồng hồ, rửa mẫu vật
nước
Ngâm rễ HCl N phút (Lý giải: HCL có vai
(61)các tế bào dễ bung nén tiêu bản, tế bào trở nên suốt, tăng hiệu trình nhuộm)
Rửa nước kỹ, chuyển mẫu lên lame
Nhỏ lên mẫu giọt Acetocarmin 1%, nhuộm 20
phút (Lý giải: Acetocarmin 1% có vai trị cố định nhuộm màu NST (màu đỏ))
Nhỏ vào mẫu giọt Acid acetic 45%, đậy lamelle, dùng
đuôi que diêm gõ nhẹ lên mẫu để tán mỏng mẫu
Quan sát mẫu kính hiển vi vật kính 10X
Xác định vùng phân sinh mơ nơi có phân bào mạnh
nhất, quan sát rõ tế bào, tìm đủ giai đoạn
Chuyển sang vật kính 40X, quan sát kĩ hình thái NST
các giai đoạn phân bào, phân biệt giai đoạn Đếm tất tế bào thị trường, ghi nhận số tế bào giai đoạn
Thực tiêu
Kết thực hành
Vẽ hình giai đoạn phân bào theo quan sát
được Mô tả đặc điểm giai đoạn phân bào
Ghi nhận bảng kết sau:
Các giai đoạn
Tiêu bản
Tổng số trung
bình
% tổng số tế bào đang phân
chia
1 2 3
(62)Tổng số tế bào đang phân chia Tổng số tế bào thị trường
Từ đó, sinh viên thực cơng việc sau:
Tính thời gian phân chia giai đoạn nguyên
phân So sánh thời gian phân chia giai đoạn Đưa kết luận
Sử dụng công thức sau: ti=Xi
N∗100 % Với: ti= Thời gian phân chia giai đoạn i Xi= Số tế bào giai đoạn i
N= Số tế bào vi trường (đếm vật kính 40X)
(63)Bài SỰ PHÂN CHIA TẾ BÀO: GIẢM PHÂN
Mục đích
Trên sở quan sát kỳ giảm phân tiêu hạt phấn hẹ, sinh viên quan sát hình thái NST qua kì giảm phân
Cơ sở lý thuyết
Sinh viên đọc sở tế bào học giảm phân chương 2, trang 57
Sơ đồ giai đoạn giảm phân Thực hành
Dụng cụ, hóa chất, mẫu vật:
Dung dịch Carnoy (3 Ethanol truyệt đối : acid acetic) Ethanol 90% (90% Ethanol tuyệt đối: 10% Nước) Ethanol 70% ( 70% Ethanol tuyệt đối: 30% Nước) HCl 1N
Acetocarmin 1%
Kính hiển vi, lame, lamelle, dao lam, giấy thấm, kính
đồng hồ
Bơng hẹ
Tiến hành thí nghiệm:
a.Cố định mẫu hẹ:
(64)trong Thời gian lấy mẫu khác để có đủ giai đoạn phân chia
Cố định dung dịch Carnoy từ – 12h Rửa với Ethanol 90% 10 phút (2 lần) Giữ mẫu Ethanol 70%
b.Làm tiêu bản:
Gắp mẫu vật để lên mặt kính đồng hồ, rửa nước mẫu vật Ngâm mẫu vật HCl N 15 phút
Rửa nước kỹ, chuyển mẫu lên lame
Nhỏ lên mẫu giọt Aceto carmin, nhuộm 20 phút Nhỏ vào mẫu giọt Acid acetic 45%, đậy lamelle, dùng
đuôi que diêm gõ nhẹ lên mẫu để tán mỏng mẫu
Quan sát mẫu KHV vật kính 10X, 40X
Kết thực hành
(65)Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU TRONG NƯỚC
Đỗ, LT & Đinh, ĐL 2007, Chú giải di truyền học, NXB Giáo dục, Hà Nội
Lê, DT, Tạ, T, Đỗ, LT & Đinh, ĐL 2007, Di truyền học, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội
Trang, QS 2012, Mendel đậu vườn, Thời báo kinh tế Sài Gòn NXB tổng hợp, TP.HCM
TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI
Brun, B & Casanova, G 1970, Exercises de statistique génétique, Collection étude, Bordas Paris-Montréal
Hartl, DL & Jones, EW 1998, Genetics, Jones and Bartlett Publishers, United States
Pierce, BA (2012), Genetics: A conceptual approach, W.H Freeman, New York