Giáo trình di truyền động vật

DI TRUYỀ ỘNG VẬT ThS NGUYỄN BÌ AN GIANG, 8-2014 NG LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm ơn PGS.PTS Phạm Thành Hổ, PGS.TS Võ Văn Sơn, GS.TS Nguyễn Văn Thiện nhiều tác giả khác xuất tài liệu di truyền thông tin di truyền vật ni Đây nguồn tài liệu q giúp làm sở tham khảo để biên soạn tài liệu giảng dạy Do khả hạn chế, chắn tài liệu cịn nhiều thiếu sót, mong nhận nhiều ý kiến đóng góp quý đồng nghiệp bạn đọc cho tài liệu hoàn thiện tốt Xin chân thành cảm ơn Long Xuyên, ngày 06 tháng 08 năm 2014 Người thực Nguyễn Bình Trường i LỜI CAM KẾT Tôi xin cam đoan tài liệu giảng dạy riêng Nội dung tài liệu giảng dạy có xuất xứ rõ ràng Long Xuyên, ngày 06 tháng 08 năm 2014 Người biên soạn Nguyễn Bình Trường ii MỤC LỤC Trang CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG LỜI CẢM TẠ i LỜI CAM KẾT ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH BẢNG vi DANH SÁCH HÌNH & BIỂU ĐỒ vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG I MỞ ĐẦU CHƯƠNG II DI TRUYỀN HỌC CƠ SỞ 2.1 Những giai đoạn phát triển di truyền 2.1.1 Giai đoạn trước Mendel 2.1.2 Giai đoạn Mendel 2.1.3 Giai đoạn sau Mendel 2.2 Khái niệm, phương pháp nghiên cứu phạm vi ứng dụng 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.3 Đối tượng nghiên cứu & ứng dụng di truyền động vật 2.3 Di truyền Mendel 2.3.1 Khái niệm ban đầu tính trạng Mendel 2.3.2 Các qui luật từ kết nghiên cứu Mendel 2.4 Tương tác gene 13 2.4.1 Tương tác gene alen 14 2.4.2 Tương tác gene không alen 14 2.4.3 Tương tác đa gene 19 CHƯƠNG III DI TRUYỀN PHÂN TỬ - MIỄN DỊCH & DỊ TẬT 22 3.1 DNA 23 iii 3.1.1 DNA vật chất di truyền 23 3.1.2 Thành phần cấu tạo DNA 26 3.1.3 Sao chép DNA 29 3.1.4 Vai trò RNA 32 3.1.5 Mã di truyền 33 3.2 Đột biến 34 3.2.1 Đột biến gene 34 3.2.2 Đột biến cấu trúc NST & số lượng NST 36 3.3 Di truyền miễn dịch 43 3.3.1 Kháng nguyên 44 3.3.2 Kháng thể 45 3.3.3 Di truyền sức kháng bệnh vật nuôi 45 3.4 Bệnh, tật di truyền 50 3.4.1 Bệnh, tật di truyền gene đột biến 50 3.4.2 Bệnh, tật di truyền đột biến số lượng, cấu trúc NST 51 3.4.3 Một vài hướng nghiên cứu ứng dụng di truyền y học 54 3.4.4 Di tật di truyền gia súc 54 CHƯƠNG IV DI TRUYỀN GIỚI TÍNH 61 4.1 Nhiễm sắc thể 61 4.1.1 Nhiễm sắc thể động vật 61 4.1.2 Nhiễm sắc thể giới tính 65 4.2 Xác định giới tính 65 4.2.1 Định luật Morgan 65 4.2.2 Giới tính động vật 66 4.3 Di truyền liên kết giới tính 69 4.3.1 Các loại tính trạng giới tính 69 4.3.2 Gene liên kết với NST – X 69 4.3.3 Gene liên kết với NST – Y 72 4.4 Điều hồ giới tính động vật 72 iv 4.5 Ứng dụng gia cầm - phân biệt gà nở 74 CHƯƠNG V DI TRUYỀN QUẦN THỂ & SỐ LƯỢNG 76 5.1 Di truyền quần thể 76 5.1.1 Khái niệm 76 5.1.2 Tần số kiểu gene tần số gene 76 5.1.3 Định luật Hardy - Weinberg 76 5.1.4 Các ứng dụng định luật Hardy-Weinberg 79 5.1.5 Những yếu tố làm thay đổi tần số gene 83 5.2 Di truyền học số lượng 83 5.2.1 Tính trạng số lượng di truyền học số lượng 83 5.2.2 Các giá trị đặc trưng tính trạng số lượng 84 5.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính trạng số lượng 86 5.2.4 Hệ số di truyền 88 CHƯƠNG VI CÔNG NGHỆ TRONG DI TRUYỀN 98 6.1 Công nghệ di truyền động vật 98 6.2 Lịch sử phát triển 98 6.3 Xác định giới tính tinh trùng 99 6.4 Xác định giới tính phơi 101 6.4.1 Xác định giới tính phơi 101 6.4.2 Đánh giá phân loại phôi 102 6.5 Cấy chuyển phôi 104 6.5.1 Nguyên tắc 105 6.5.2 Phương pháp cấy truyền phôi 105 6.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết cấy truyền phôi 107 6.6 Dịng vơ tính 108 6.6.1 Chuyển ghép nhân 108 6.6.2 Tạo dòng cừu Dolly 109 THỰC HÀNH 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 v DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 2.1: Các kết lai tính Mendel Bảng 2.2: Kết lý thuyết trường hợp lai với đôi gene khác 13 Bảng 2.3: Kết lai 19 Bảng 2.4: Sự trội lặn tính trạng số lồi động vật 20 Bảng 3.1: Mối quan hệ sức đề kháng bệnh viêm vú mẹ 47 Bảng 3.2: Kết thí nghiệm sức đề kháng giun ký sinh dê 49 Bảng 3.3: Tỷ lệ mắc bệnh tràn dịch tim bê trước 30 tháng tuổi 50 Bảng 3.4: Các khuyết tật gây chết gà 54 Bảng 3.5: Một số khuyết tật di truyền lợn 56 Bảng 3.6: Khuyết tật di truyền bò 57 Bảng 4.1: Số lượng NST số loài vật 64 Bảng 4.2: Cặp nhiễm sắc thể giới tính số lồi 67 Bảng 4.3: Cơ chế nhiệt độ ảnh hưởng đến giới tính số lồi động vật 68 Bảng 5.1: Tần số kiểu gene 77 Bảng 5.2: Tần số gene 77 Bảng 5.3: Tần số kiểu gene quần thể 78 Bảng 5.4: Tần số kiểu gen tần số gene cho hệ 79 Bảng 5.5: Tần số kiểu gene nhóm máu 81 Bảng 5.6: Tính trạng số lượng chất lượng 84 Bảng 5.7: Cơng thức tính hệ số di truyền 91 Bảng 5.8: Hệ số di truyền số tính trạng vật ni 93 Bảng 6.1: Trình tự phát triển phơi bị 103 Bảng 6.2: Chất lượng phơi tỉ lệ có thai sau cấy 107 vi DANH SÁCH HÌNH & BIỂU ĐỒ Trang Hình 2.1: Gregor Johann Mendel tượng đài tưởng nhớ ông Hình 2.2: Francis Crick James Dewey Watson Hình 2.3: Charles Darwin, Hugo Marie De Vries & Godfrey Harold Hardy Hình 2.4: Tế bào, nhiễm sắc thể, DNA gene Hình 2.5: Hiện tượng gây chết chuột 14 Hình 2.6: Kiểu hình mào gà 15 Hình 2.7: Kiểu hình dài trịn dẹt bí 16 Hình 2.8: Phép lai hoa đỏ hoa trắng hai gene chi phối 20 Hình 3.1: Chứng minh tượng biến nạp chuột 24 Hình 3.2: Cấu tạo (a) vịng đời phage (b); thí nghiệm chứng minh DNA vật chất di truyền (c) 25 Hình 3.3: purine, pyrimidine, adenine, cytosine, guanine, thymine Uracil 26 Hình 3.4: Mơ hình xoắn kép DNA 27 Hình 3.5: Liên kết hidro base 28 Hình 3.6: Cấu trúc phân tử đoạn DNA RNA 28 Hình 3.7: Các dạng xoắn DNA 29 Hình 3.8: Sao chép theo khuôn 30 Hình 3.9: Thí nghiệm chứng minh DNA chép bán bảo tồn 31 Hình 3.10: Cấu trúc tRNA 32 Hình 3.11: Quá trình chép DNA 33 Hình 3.12: Hiện tượng gỉa trội 36 Hình 3.13: Đảo đoạn bị cắt 37 Hình 3.14: Đảo đoạn mang tâm động 38 Hình 3.15: Sản phẩm giảm phân kết trao đổi chéo đơn vịng đảo đoạn khơng mang tâm động 39 vii Hình 3.16: Quá trình giảm phân xãy thể dị hợp chuyển đoạn 40 Hình 3.17: Lai củ cải với bắp cải 41 Hình 3.18: Cơ chế hình thành giao tử thừa thiếu nhiễm sắc thể không phân ly nhiễm sắc thể giảm phân 43 Hình 3.19: Đặc điểm hội chứng Turner người 51 Hình 3.20: Đặc điểm hội chứng Klinefelter 52 Hình 3.21: Nguồn gốc hội chứng Down 53 Hình 3.22: Đặc điểm hội chứng Down người 53 Hình 3.23: Trâu chân 54 Hình 4.1: Cặp NST tương đồng tâm tâm mút 61 Hình 4.2: Nhiễm sắc thể (A) sơ đồ kiểu NST (B) 62 Hình 4.3: Phức hợp nucleoprotein cuộn lại thành NST9 69 Hình 4.5: T.H.Morgan động vật nghiên cứu 63 Hình 4.6: Mèo tam thể 70 Hình 4.7: Thể barr 71 Hình 6.1: Xác định giới tính trinh trùng 100 Hình 6.2: Kỹ thuật ICCS 101 Hình 6.3: Tóm tắt phương pháp chuyển phơi bị 106 Hình 6.4: Kỹ thuật chuyễn ghép nhân 108 Hình 6.5: Quy trình tạo cừu Dolly 110 Biểu đồ 2.1: Kết phép lai hoa đỏ hoa trắng 20 Sơ đồ 3.1: Các loại biến dị 34 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TK: Thế kỷ TCN: Trước công nguyên DNA: Deoxyribonucleic acid RNA: Ribonucleic acid tRNA: RNA vận chuyển NST: Nhiễm sắc thể P: Thế hệ cha mẹ GT: Giao tử F1: Con lai hệ thứ F2: Con lai hệ thứ p: Tần số gene B q: Tần số gene b h: hệ số di truyền r: hệ số tương quan SE: sai số CCP: Cấy chuyển phôi ICCS: Bơm tinh trùng vào trứng ix 15 320 16 17 18 19 20 21 328 293 300 303 318 320 Anh/Chị kết luận khối lượng trung bình độ lệch đàn trâu Bài 4: Tính hệ số di truyền khối lượng (theo trống, mái, theo trống mái) lúc tuần tuổi gà sinh từ gà trống 15 gà mái Gà trống 113 Gà mái 10 11 12 13 14 15 965 803 644 740 701 909 696 752 686 979 905 797 809 887 872 Gà 813 640 753 798 847 800 807 863 832 798 880 721 756 935 811 765 714 705 941 909 853 800 739 796 788 770 765 775 937 925 Bài 5: Từ số liệu bảng bên thể khối lượng thỏ tháng tuổi, số lượng thỏ đực, thỏ (g) Anh/Chị xác định hệ số di truyền khối lượng thỏ theo trống, mái, theo trống mái Thỏ đực Thỏ 10 11 12 Thỏ 813 640 640 753 549 807 853 800 739 796 800 739 500 700 600 740 701 753 850 875 549 807 863 832 765 714 700 600 740 696 752 686 909 696 752 686 Bài 6: Tính hệ số di truyền khối lượng lúc tuần tuổi gà (mái) sinh từ gà trống 15 gà mái Gà trống 114 Gà mái 10 11 12 13 14 15 965 803 644 740 701 909 696 752 686 979 905 797 809 887 872 Gà 813 640 753 798 847 800 807 863 832 798 880 721 756 935 811 765 714 705 941 909 853 800 739 796 788 770 765 775 937 925 GIẢI BÀI 6: TÍNH HỆ SỐ DI TRUYỀN THEO PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHƢƠNG SAI Độ Nguồn Tổng biến động bình phương Số hiệu chỉnh Y2…/n…29412825,8 Trung bình tự bình phương S – 1= MSs = SSs/(S-1)= 15802 D – S = 10 MSD = SSD/(D S)= 8811 n – D = 30 MSW = SSW/(n D)= 5524 CF Giữa đực SSs Giữa Yi  n  CF 63208,3 i Yij2 SSD Yi 88112,8   ni i j nij Giữa đời Yijk2  i SSW j k Yij2  n i 165732 Trong Y: tổng giá trị khác tính trạng n…: tổng số đời ni.: số đời đực nij: số đời k: hệ số đời nói chung S: số đực D: số Các thành phần phƣơng sai  W2  MSW  2D  MS D  MSW k1  2S  MS S  MSW  k  2D  k3 Trong  W2 :phương sai 115 j ij  2D : phương sai  2S : Phương sai đực k1: số lượng cái/1con đực k2: số lượng đời con/1con k3: số lượng đời con/1 đực Nếu k1=k2  2S  MS S  MS D k3 Tính hệ số di truyền hS2  4 2S  2S   2D   W2 hD2  4 2D  2S   2D   W2 hS2 D  2 2S   2D   2S   2D   W2 Trong h S2 : hệ số di truyền tính theo đực h D2 : hệ số di truyền tính theo hS2 D : hệ số di truyền tính theo đực Sai số hệ số di truyền Sai số hệ số di truyền tính theo đực hS2  var(  2S )  2S   2D  W2 Sai số hệ số di truyền tính theo hD2  var(  2D )  2S   2D   W2 Sai số hệ số di truyền tính theo đực 116 hS2 D  var(  2S )  var(  2D )  cov( 2S  2D  2S   2D   W2 Với  MS S2 MS D2      S 1 D  S  2 Var  2S   k3 Var  2D    MSW2  MS D2    k  D  S  n  D   k COV      k3 S Gà trống D   MSW2  var(  D )   k1 (n  D  2)   Gà Gà mái 965 813 765 803 640 644 Yi… 12 22 2543 931225 660969 585225 6466849 714 2157 644809 409600 509796 4652649 753 705 2102 414736 567009 497025 4418404 740 798 941 2479 547600 636804 885481 6145441 701 847 909 2457 491401 717409 826281 6036849 909 800 853 2562 826281 640000 727609 6563844 696 807 800 2303 484416 651249 640000 5303809 752 863 739 2354 565504 744769 546121 5541316 686 832 796 2314 470596 692224 633616 5354596 10 979 798 788 2565 958441 636804 620944 6579225 11 905 880 770 2555 819025 774400 592900 6528025 12 797 721 765 2283 635209 519841 585225 5212089 13 809 756 775 2340 654481 571536 600625 5475600 14 887 935 937 2759 786769 874225 877969 7612081 15 872 811 925 2608 760384 657721 855625 6801664 Yij 6802 7498 6971 7403 7707 36381 Y  36381 Y ijk i j k n… = 45 ni = 117  29729879 32 29729879 Yij2 Yi…2 46267204 56220004 48594841 54804409 59397849 88692441 265284307 nij = k: hệ số đời nói chung S=5 D = 15 Tính tổng bình phƣơng + Hệ số hiệu chỉnh CF = Y2…/n… = (36381)2/45 = 29412825,8 + Giữa trống Yi  n  CF = (265284307/9) - 29412825,8 = 29476034,1 - 29412825,8 = i 63208,3 + Giữa mái Yij2 Yi  = (88692441/3) - 29476034,1 = 29564147 - 29476034,1 =  ni i j nij 88112,8 + Giữa đời mái Y ijk i j k  Yij2  n i j = 29729879 - 29564147 = 165732 ij Tính độ tự + Giữa trống 5–1=4 + Giữa mái 15 – = 10 + Giữa đời mái 45 – 15 = 30 Tính trung bình bình phƣơng + Giữa trống MSs = SSs/(S-1) = 63208,3/4 = 15802 + Giữa mái 118 MSD = SSD/(D - S) = 88112,8/10 = 8811 + Giữa đời mái MSW = SSW/(n - D) = 165732/30 = 5524 Tính phƣơng sai + Giữa trống (k1=k2)  2S  MS S  MS D  = (15802 – 8811)/9 = 776 k3 + Giữa mái  2D  MS D  MSW = (8811 – 5524)/3 = 1095 k1 + Giữa đời mái  W2  MSW = 5524 Tính hệ số di truyền + Theo trống 4( 2S ) = 4(776)/(776+1095+5524) = 0,42 h   S   2D  W2 S + Theo mái 4 2D h  = 4(1095)/(776+1095+5524) = 0,59  S   2D   W2 D + Theo trống mái hS2 D  2 2S   2D  = 2(776+1095)/(776+1095+5524) = 0,51  2S   2D   W2 Tính sai số hệ số di truyền + Theo trống Var    k3 S  MS S2 MS D2   158022 88112    =      1188100 S  D  S  10      1 var(  2S ) 1188100  0,58 SE h  = 2  S   D  W 776  1095  5524 S 119 + Theo mái Var  2D   SE hD2  k3  MS D2   88112 5524  MSW2   =      1648656  D  S  n  D   10  30   var(  2D )    S D W = 1648656  0,69 776  1095  5524 + Theo trống mái k COV      k3 S D   MSW2  var(  2D )   = k ( n  D  )    3 25524   1648656    239458 9 45  15  2 SE hS2 D  var(  2S )  var(  2D )  cov( 2S  2D ) =  2S   2D  W2 1188100  1648656  2239458  0,49 776  1095  5524 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phùng Hữu Chính (1998) Một số đặc điểm cần ý công tác chọ giống phân cấp chất lượng đàn ong Tạp chí khoa học kỹ thuật ngành ong Số Trung tâm nghiên cứu phát triển ngành ong Tống Xuân Chinh (1998) Sinh học chung ong khơng ngịi đốt Tạp chí khoa học kỹ thuật ngành ong Số Trung tâm nghiên cứu phát triển ngành ong Hoàng Kim Giao (2003) Công nghệ cấy truyền phôi gia súc Hà Nôi: NXB Khoa Học kỹ Thuật Nguyễn Như Hiền (2007) Sinh học phân tử tế bào – sở khoa học công nghệ sinh học Công nghệ sinh học Tập Hà Nội: NXB Giáo Dục Nguyễn Văn Thiện (1995) Di truyền học số lượng ứng dụng chăn nuôi Hà Nội: NXB NN Nguyễn Văn Thiện (1996) Thuật ngữ thống kê, di truyền, giống chăn nuôi Hà Nội: NXB Nông Nghiệp Trần Thị Dân (2005) Công nghệ sinh học chăn nuôi gia súc TP.HCM: NXB Nông Nghiệp Trịnh Thành Đạt (2008) Công nghệ sinh học - Công nghệ di truyền Tập Hà Nội: NXB Giáo Dục Hoàng Kim Giao, Nguyễn Thanh Dương, Đỗ Kim Tuyên, Lưu Công Khánh Lê Thị Th (1997) Cơng nghệ cấy truyền phơi bị Hà Nội: NXB Nông Nghiệp Eberhard Passarge (2001) Color Atlas of Genetics 2nd edition Institute of Human Genetics University of Essen Essen, Germany Phạm Thành Hổ (2008) Di truyền học Tái lần Tp.HCM: nhà xuất Giáo Dục Nguyễn Minh Hoàng (k.n.) Cơ Sở Di Truyền & Chọn Giống Vật Ni http://elearning.hueuni.edu.vn/e-learning/course/view.php?id=26 Trịnh Đình Đạt, (k.n.) Di truyền chọn giống động vật Hà Nội: NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội Trương Thị Bích Phượng (k.n.) Bài giảng diện tử môn di truyền học Khoa Sinh Học.Đại Học Huế Sean D and Pitman M.D., 2002 The Father of Genetics [online] Available from http://library.thinkquest.org [Accessed 20.10.2008] Tabitha M Powledge (k.n.) Genetic Basics Office of Communications and Public Liaison National Institute of General Medical Sciences, National Institutes of Health http://www.scribd.com/doc/7238381/Genetic-Basics Công nghệ gene nơng nghiệp http://elearning.hueuni.edu.vn/course/view.php?id=94 Genetics http://www.scribd.com/doc/7214989/Genetics http://www.cyprusivf.com/default.asp?iId=ILHMK 120 Hồng Trọng Phán Trương Thị Bích Phượng (2005) Giáo trình di truyền học Đại Học Huế Nguyễn Quang Tuyên (2003) Giáo trình miễn dịch học thú y BGD&ĐT đại học Thái Nguyên Trường đại học nông lâm Thái Nguyên Hà Nội: NXB Nông Nghiệp Nguyễn Viết Nhân Hà Thị Anh Thi (2005) Giáo trình di truyền y học Đại Học Huế Phan Kim Ngọc, (k.n.) Bài giảng Công nghệ hổ trợ sinh sản Trường đại học Khoa Học Tự Nhiên TP HCM Trần Ngọc Bích (k.n.) Bài giảng mơn Miễn Dịc học thú y Đại học Cần Thơ Trần Quốc Dung, Nguyễn Hoàng Lộc Trần Thị Lệ (2006) Công nghệ chuyển gene (động vật, thực vật) Trường đại học Huế Võ Đình Sơn (2006) Phần tổng quát giới thiệu chăm sóc ni dưỡng động vật hoang dã TP.HCM Thảo cầm viên sài gòn Võ văn Sơn (2006) Di truyền học chăn nuôi Bài giảng cao học môn chăn nuôi Trường ĐHCT Khoa NN & SHƯD Võ Văn Sơn, Phạm Ngọc Du, Nguyễn Trọng Ngữ Nguyễn Thị Kim Khang (2008) Giáo trình di truyền học động vật - dành cho cao học ngành chăn nuôi Khoa NN&SHƯD Trường ĐHCT 121 ... quần thể vật ni Tính giá trị tính trạng hay hệ số di truyền vật ni làm cho người học hiểu rõ di truyền động vật, làm tảng cho môn học nhân giống vật nuôi, sinh sản gia súc… CHƢƠNG II DI TRUYỀN... di truyền học tế bào + Kỹ thuật di truyền Kỹ thuật tái tổ hợp DNA thành tựu di truyền học trở thành công cụ đắc lực cho nghiên cứu chế di truyền học 2.2.3 Đối tƣợng nghiên cứu & ứng dụng di truyền. .. giúp nhiều cho di truyền lĩnh vực công nghệ hổ trợ sinh sản, nâng cao suất vật ni Do đó, phải có kiến thức di truyền làm tảng sở cho phát triển lớn mạnh ngành di truyền công nghệ Di truyền học ngành