CO SO DI TRUYEN CHON GIONG

Kiểu di truyền là kết quả của quá trình tiến hóa lâu dài, kết quả của chọn lọc tự nhiên và hoạt động của từng gen riêng rẽ liên quan đến sự hình thành tính trạng hoặc là nhân tố tổng h[r]

PGS.TS NGUYỄN MINH HOÀN

CƠ SỞ DI TRUYỀN

HUẾ, 2005

BÀI MỞ ĐẦU

Di truyền học môn khoa học nghiên cứu tính di truyền biến dị sinh vật Hay nói cách khác di truyền học nghiên cứu qui luật truyền đạt thông tin từ hệ tổ tiên cho cháu qui luật biến đổi q trình truyền đạt

Tính di truyền đảm bảo cho giống với cha mẹ, anh chị em, cá thể có quan hệ họ hàng thân thuộc Các sinh vật có tính di truyền, biểu chổ thừa hưởng tính trạng bố mẹ Có thể coi tính di truyền đặc tính bố mẹ truyền lại cho tính chất đặc điểm phát triển minh, mà nhờ loài sinh vật bảo tồn đặc điểm riêng qua hàng loạt hệ Chính mà sinh vật chuyển từ hệ sang hệ khác sống đảm bảo liên tục, ổn định

Tính di truyền đảm bảo qua trình sinh sản Trong trình sinh sản hữu tính, nhờ kết hợp tế bào sinh dục đực tế bào sinh dục mà thực chất kết hợp vật chất di truyền bố mẹ, mà đảm bảo kế tục vật chất di truyền hệ

Với hình thức sinh sản vơ tính, thể sinh từ tế bào soma hay từ tế bào đặc biệt (bào tử thực vật, mãnh nhỏ thủy tức ) Trong hình thức sinh sản vơ tính, tính di truyền đảm bảo nhờ phân chia tế bào soma Tính di truyền vừa đảm bảo cho kế tục đặc tính sinh vật qua hệ, vừa đảm bảo cho thể sinh vật hình thức phát triển đặc thù, hình thành nên tính trạng đặc tính định

Thực ra, hình thức sinh sản thể sinh vật, tế bào soma riêng rẽ hay tế bào sinh dục, chưa phải có sẵn tất tính trạng đặc tính thể trưởng thành, mà tính trạng đặc tính thể hình thành dần trình phát triển cá thể điều kiện môi trường định

Ở người, động vật có vú, tế bào trứng mẹ kết hợp với tinh trùng cha tạo hợp tử, cầu nối hai hệ Hợp tử khơng trực tiếp mang đặc tính cha mẹ mà chứa chương trình phát triển cá thể dạng gen, gọi thông tin di truyền

tương ứng Trong khối đa dạng nhiều tính trạng, nhà sinh học tách riêng đơn vị riêng lẻ để nghiên cứu, gen-tính trạng

Thơng tin di truyền thực hóa hệ sau trình phát triển cá thể Mỗi sinh vật q trình lớn lên lặp lại xác giai đoạn phát triển cha mẹ Con người giai đoạn hợp tử, phôi thai, sinh ra, trưởng thành, già chết Bộ máy di truyền chi phối biểu sống tái tạo cấu trúc tinh vi, điều hòa việc thực hàng loạt chuỗi phản ứng hóa học phức tạp, giúp thể phản ứng thích nghi với mơi trường Do vậy, truyền đạt tính trạng đặc trưng lồi qua nhiều hệ mặt tính di truyền, mặt quan trọng hơn, sở cho biểu sống đặc trưng sinh vật

Cơ sở vật chất tính di truyền tất yếu tố cấu trúc tế bào có khả tái sinh, phân ly, tổ hợp tế bào trình phân chia tế bào thể Vật chất di truyền xét cấp độ tế bào nhiễm sắc thể, cấp độ phân tử gen, phân tử axit nucleic Người ta xác nhận nhân đôi nhiễm sắc thể trình phân ly chúng nguyên phân giảm phân có vai trị đặc biệt quan trọng đảm bảo kế tục vật chất di truyền ổn định qua hệ

Tóm lại, di truyền đặc tính thể sinh vật đảm bảo cho kế tục vật chất di truyền chức qua hệ Như đối tượng nghiên cứu di truyền học, ngồi việc nghiên cứu tính di truyền cịn nghiên cứu q trình biến dị tính di truyền sinh vật

Biến dị biểu sai khác cá thể với cha mẹ hay với cá thể khác đàn Một mặt biến đổi máy thông tin di truyền dẫn đến biến dị, mặt khác chế di truyền tạo đa dạng giới sinh vật nội đàn, bầy gia đình Tuy nhiên biến dị có số lượng lớn đa dạng xẩy khuôn khổ định nên xếp sinh vật vào đơn vị phân loại loài, giống, họ,

Theo Darwin, di truyền, biến dị chọn lọc nhân tố tiến hóa Biến dị tạo đa dạng, cung cấp nguyên liệu cho tiến hóa, di truyền trì đặc tính, cịn chọn lọc tự nhiên nhân tố định hướng phát triển dạng sinh vật dẫn đến đa dạng sống ngày

cũng chịu chi phối gen lưu truyền Trong tiến hóa có thừa kế, gen sinh vật tiến hóa cao cịn mang nhiều thơng tin di truyền tổ tiên Điều thể rõ lặp lại giai đoạn tổ tiên phát triển phôi sinh vật bậc cao: phơi người lúc đầu giống cá, bị sát, động vật có vú Tiến hóa thích nghi, từ tổ tiên ban đầu, tạo nên đa dạng sinh vật ngày

Trong chăn nuôi gia súc, người vận dụng kiến thức di truyền vào việc đánh giá, chọn lọc giống, nhân giống lai tạo giống, cải tiến nâng cao chất lượng giống

Người Trung Quốc tiến hành hóa thú rừng chăn ni lồi vật từ lâu Tư tưởng di truyền chọn giống hình thành từ Bộ “ Tưởng Ngưu Kinh” Ninh Thích viết vào kỷ thứ trước Cơng ngun xem tài liệu giới víết di truyền chọn giống động vật (Trần Hưng Nhân, 1998) Thời Chiến Quốc có nhiều người tiếng tài xem tướng động vật Vương Lương, Bá Nhạc, Hoàng Trực tiếng tài xem tướng ngựa Lưu Trường Nho tiếng xem tướng heo nái Vinh Vương Chử tiếng xem tướng trâu bò (Trần Hưng Nhân, 1998)

Các đại biểu trường phái Pythagore (500 năm trước CN) cho đặc tính hình thể di truyền từ mẹ cịn tính chất thần kinh di truyền từ cha (B Novicki, 1985)

Hypokrates (460-377 trước CN) khẳng định đực tạo thành tinh dịch từ tạo thành thể (B Novicki, 1985)

Arystoteles (364-322 trước CN) cho bào thai phát triển từ tinh dịch đực, giữ vai trò sinh

Thế kỷ thứ II trước Công nguyên, người La mã biết chọn lọc ngựa giống từ ngựa cha mẹ

Thế kỷ thứ X sau Công nguyên, người Ả Rập biết tượng đồng huyết có hại khơng cho giao phối ngựa có quan hệ huyết thống với

Năm 1859, học thuyết tiến hóa Darwin công bố tác phẩm “Nguồn gốc lồi”

Hình C Darwin (1809-1882)

Năm 1866, Gregor Mendel (1822-1884) công bố kết lai đậu Hà Lan (Pisum sativum) Hội nghị nhà tự nhiên học thành phố Brno sau khơng chấp nhận chưa có sở để giải thích qui luật Mendel

Weismann (1834-1914) nghiên cứu tượng phối hợp giao tử xác định vai trò đực việc hình thành cá thể

Năm 1900, Hugo De Vries, Carl Correns Erich Tschermak độc lập cơng bố cơng trình liên quan đến việc phát lại cơng trình Mendel Từ Mendel trở thành người sáng lập di truyền học qui luạt Mendel trở thành qui luật di truyền

Mc Clung (1902) chứng minh chế xác định giới tính nhiễm sắc thể

Năm 1908, Hardy-Wanberg đồng thời độc lập công bố qui luật liên quan đến di truyền quần thể gọi định luật cân di truyền, hay định luật Hardy-Wanberg

Nhà di truyền học người Anh W Bateson đưa tên gọi Di truyền học (genetics), liên quan đến nguồn gốc, sinh sản) vào năm 1906

C Darwin (1809-1882) phát triển học thuyết pangen tác phẩm “Sự biến đổi động vật thực vật nuôi trồng”

Năm 1909, nhà khoa học Đan Mạch W Johannsen nêu thuật ngữ Gen (dòng giống, sinh sản, bắt nguồn), kiểu gen (genotype) kiểu hình (phenotype)

Hình H de Vries Hình E.K Correns Hình E Tschermak

Hình W Bateson Hình W Johannsen

Năm 1944, Mc Leod, Avery, Mc Carty chứng minh vai trò DNA tượng biến nạp, sở để chuyển ghép gen kỹ thuật di truyền

Năm 1953, J Watson F Crick đưa mơ hình cấu trúc phân tử DNA, nghiên cứu di truyền học chuyển sang giai đoạn mới, giai đoạn di truyền phân tử

Trong năm 70, kỹ thuật di truyền đời, người ta áp dụng thành tựu di truyền vào công tác giống động vật cấy truyền phôi, chuyển gen, ghép gen

Di truyền học sở khoa học chọn nhân giống vật nuôi Các thành tựu di truyền học ứng dụng sớm, nhanh nhiều 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 Từ năm 1950 trở sau người áp dụng nguyên tắc di truyền số lượng để chọn lọc loài; Watson-Crick phát cấu trúc DNA; Hendersen ứng dụng phương pháp xác định giá trị giống (giá trị di truyền) vào thực tiễn công tác giống gia súc; ứng dụng cấy truyền phôi từ đực, cao sản, thông tin di truyền sâu vào sản xuất việc chọn giống vật nuôi theo phẩm chất sản phẩm

Chương

CƠ SỞ DI TRUYỀN

CÁC TÍNH TRẠNG Ở ĐỘNG VẬT

Tại giống bố mẹ, cháu giống tổ tiên, câu hỏi từ xa xưa loài người đề cập đến, đến năm 1865, cơng trình nghiên cứu G Mendel đời giải thích Từ thí nghiệm sáng tạo xác, Mendel chứng minh nhân tố di truyền có bố mẹ truyền lại cho thông qua giao tử Cơng trình nghiên cứu Mendel với qui luật di truyền: tính trội hệ 1, phân ly tính trạng hệ di truyền độc lập, tổ hợp tự hình thức tương tác gen chứng minh đầy đủ chế di truyền biến dị sinh vật

Ở sinh vật, ngồi tính trạng chất lượng (tính trạng Mendel) cịn có tính trạng thể số liệu cân đong, đo đếm (tính trạng số lượng) Ngành di truyền học có liên quan đến tính trạng số lượng gọi di truyền học số lượng (Quantitative genetics) hay di truyền sinh trắc (biometrical genetics)

Khác với tính trạng chất lượng, tính trạng số lượng nhiều gen điều khiển (polygen), chịu ảnh hưởng lớn điều kiện ngoại cảnh Di truyền học số lượng lấy qui luật Mendel làm sở tính đặc thù tính trạng số lượng nghiên cứu đám đông cá thể sử dụng phương pháp đo lường, nên có khác so với phương pháp cổ điển Cơ sở lý thuyết di truyền học số lượng thiết lập cơng trình nghiên cứu Fisher (1918), Wright (1926), Haldane (1932) Lush (1937) Sau mơn di truyền học số lượng bổ sung, nâng cao nghiên cứu khác nhà di truyền học tham gia đặc biệt nhà thống kê (statistics) sinh trắc học (biometrics), đến ngành có sở lý luận vững trở thành công cụ hữu hiệu, ứng dụng việc đánh giá, chọn lọc nhân giống

1 Di truyền tính trạng Mendel

1.1 Sơ lược tiẻu sử công trình nghiên cứu Mendel

Johan Mendel sinh gia đình nơng dân nghèo Silesie, thuộc Brno (Czech) Ông vào tu viện Brno tiếp tục học trở thành nhà giáo Tu viện đặt tên Gregor thay cho Johann cử ông học Đại học Viên (Áo) từ năm 1851-1853

Hình G Mendel (1822-1884) nhân tố (element) di truyền dùng

các ký hiệu đơn giản để biểu thị qui luật di truyền Phát minh đặt móng cho di truyền học

Trong thí nghiệm, Mendel chọn đối tượng nghiên cứu đậu Hà lan (Pisum sativum), mẫu thuận lợi cho nghiên cứu di truyền vì: - Dễ trồng có nhiều thứ (dịng) phân biệt rõ ràng

- Cây hàng năm (thời gian sinh trưởng ngắn), quay vòng hệ tương đối nhanh

- Có tính trạng biểu rõ (tương phản) - Tự thụ phấn nghiêm ngặt nên dễ tạo dòng

Khi quan sát loài sinh vật khác nhau, thấy chúng có nét dễ dàng nhận biết, tính trạng (character) hay dấu hiệu (trait) Mendel chọn cặp tính trạng chất lượng, tương phản: hạt trơn-nhăn; hạt vàng - lục; vỏ xám-trắng; đầy-ngấn; lục-vàng; hoa thân- đỉnh; thân cao-thấp

Phương pháp thí nghiệm Mendel có khác so với nhà khoa học trước đó:

- Thứ nhất, vật liệu nghiên cứu phải chủng, biết rõ nguồn gốc Khi trở ơng dạy mơn tốn, vật lý số mơn học khác Mendel tiến hành thí nghiệm đậu Hà lan

- Thứ hai, theo dõi riêng tứng cặp tính trạng qua nhiều hệ nối tiếp

- Thứ ba, đánh giá khách quan kết tính tỷ lệ xác đời thu

- Thứ tư, sử dụng ký hiệu cơng thức tốn học để biểu thị kết thí nghiệm Ơng người dùng ký hiệu chữ để biểu thị nhân tố di truyền

Vào năm 1865, G Mendel người phát qui luật di truyền, không công nhận Mãi đến năm 1900, Hugo de Vries (Hà lan), E.K Correns (Đức) Tchermak (Áo) độc lập với phát lại qui luật di truyền Mendel Năm 1900 đánh dấu đời di truyền học qui luật Mendel trở thành qui luật di truyền Năm 1902, W Bateson, L Cuenot chứng minh qui luật di truyền Mendel đối tượng động vật Tiếp theo tượng tương tác gen phát bổ sung thêm cho qui luật di truyền Mendel

1.2 Các qui luật di truyền Mendel

1.2.1 Qui luật tính trội đồng hệ F1

Hiện tượng trội lặn Mendel phát tiến hành công thức lai đậu Hà lan (Pisum sativum). Ông đưa khái niệm dòng thuần, dòng bố mẹ trước đem lai có tính trạng khác (tương phản), ký hiệu hệ xuất phát (bố mẹ) P (parent), hệ hệ cháu (filia) ký hiệu F

Khi cho lai cá thể bố mẹ (P) có tính trạng tương phản, Mendel nhận thấy có tính trạng xuất hệ F1 ông gọi tính

trạng trội (dominant character), cịn tính trạng khơng xuất tính trạng lặn (recessive character) Kết luận Correns phát lại phát biểu sau: khi cho lai hai cá thể chủng khác một cặp tính trạng tương phản, cá thể F1 có kiểu hình đồng

tính trạng trội

1.2.2 Qui luật phân ly tính trạng F2

Một vấn đề đặt là, liệu tính trạng lặn có thể F1 hay

không? Bằng cách cho lai F1 tự thụ phấn, Mendel nhận F2, ông

nhận thấy F2, bên cạnh có kiểu hình trội cịn xuất số có

kiểu hình lặn Điều chứng tỏ tính trạng lặn khơng bị mà tồn thể F1 dạng ẩn Khi tính tốn, ơng nhận tỷ lệ

Về sau, Corren gọi định luật thứ hai Mendel định luật phân ly tính trạng phát biểu sau: khi cho cá thể F1 tự thụ phấn

các lai F2 phân ly theo tỷ lệ 3: (3 trội : lặn) kiểu hình 1:

2: kiểu di truyền (kiểu gen)

Bảng Các kết lai đơn tính Mendel

TT Tổ hợp lai-P Thế hệ F1 Tỷ lệ F2

1 Hạt trơn x Hạt nhăn Hạt trơn 2,96 :

2 Hạt vàng x Hạt lục Hạt vàng 3,01 :

3 Vỏ xám x Vỏ trắng Vỏ xám 3,15 :

4 Quả đầy x Quả ngấn Quả đầy 2,95 :

5 Quả lục x Quả vàng Quả lục 2,82 :

6 Hoa thân : Hoa đỉnh Hoa thân 3,14 : Thân cao x Thân thấp Thân cao 2,84 :

Tổng cộng 2,98 :1

Từ kết này, Mendel phát triển giả thuyết:

Các tính trạng xác định nhân tố di truyền (ngày gọi gen) Có dạng xen nhân tố (sau gọi alen), đơn vị xác định tính trạng tương phản

Đối với tính trạng di truyền, thể có hai nhân tố, nhân tố từ cha mẹ Các nhân tố hai giống chúng hai dạng khác

Tinh trùng nỗn mang nhân tố cho tính trạng di truyền, cặp nhân tố phân ly trình hình thành giao tử Mendel giả định rằng, tinh trùng noãn kết hợp với thụ tinh loại địng góp nhân tố di truyền mình, phục hồi trạng thái tứng cặp đời

Giải thích Mendel tỷ lệ phân ly 3:1 theo quan điểm tế bào học Thí dụ: P Đậu Hà lan thân cao x Thân thấp

A A a a

Giao tử bố, mẹ A a

F1

A a x A a

Thân cao Thân cao Giao tử F1

A a A a

F2 A A A a A a a a

Thân cao Thân cao Thân cao Thân thấp Tỷ lêệ phân ly kiểu gen AA Aa aa Tỷ lệ phân ly kiểu hình thân cao (trội) thân thấp (lặn) 1.2.3 Qui luật phân ly độc lập (di truyền độc lập)

Ở xét phương thức di truyền theo kiểu hoạt động cặp tính trạng tương phản Để xác định di truyền trường hợp có nhiều cặp tính trạng, Mendel lai bố mẹ khác hai hay ba cặp tính trạng tương phản Kết lai F1

đồng tính trạng trội, F2 có kiểu hình kiểu gen tích

Thí nghiệm Mendel lai hai cặp tính trạng tương phản (cây đầu Hà lan có hạt trơn-vàng với đậu có hạt nhăn-lục) Kết F1 cho hồn

tồn có hạt trơn-vàng, cịn hệ F2 tác giả nhận tỷ lệ phân ly

rất khác biệt: tổ hợp có hạt trơn - vàng : tổ hợp có hạt trơn - lục : tổ hợp có hạt nhăn – vàng : tổ hợp có hạt nhăn – lục Khi lai hai giống bị Aberdeen Angus có màu lơng da đen khơng sừng với bị Shorthorn có màu lơng da đỏ có sừng Thu tất lai F1 màu lông da đen không sừng (trội), F2 nhận bị lơng

da đen, khơng sừng, bị lơng da đỏ, khơng sừng, bị lơng da đen, có sừng bị lơng da đỏ, có sừng

Lai bị A Angus lơng đen, khơng sừng x bị Shorthorn lơng đỏ, có sừng Kiểu gen A A a a

B B b b

Giao tử bố, mẹ A a B b F1 A a

B b Bò lông đen, không sừng

Xác định tỷ lệ phân ly F2, sử dụng phương pháp kẻ

khung Punnett (bảng 2)

Bảng Phân ly lai hai cặp tính trạng Giao tử

Giao bố tử mẹ

AB Ab aB ab

AB AABB AABb AaBB AaBb

Ab AABb AAbb AaBb Aabb

aB AaBB AaBb aaBB aaBb

Kết nhận A-B- (bị lơng đen, khơng sừng) : A-bb (bị lơng đen, có sừng) : aaB- (bị lơng đỏ, khơng sừng) : aabb (bị lơng đỏ có sừng) Tỷ lệ phân ly kiểu hình 9:3:3:1

Tỷ lệ phân ly kiểu gen AABB : AABb : AaBB : AaBb : AAbb : aaBB : Aabb : aaBb : aabb

Nguyên nhân dẫn đến kết nhân tố di truyền (gen) điều khiển tính trạng độc lập với nhau, cịn chúng phụ thuộc không cho kết Do qui luật gọi qui luật phân ly độc lập hay di truyền độc lập Qui luật phát biểu sau:

Khi lai hai cá thể khác hai hay nhiều tính trạng tương phản cặp tính trạng di truyền độc lập

1.2.4 Cơng thức lai đa tính trạng

Việc phân tích di truyền cặp tính trạng giúp Mendel nhà di truyền học hiểu di truyền hai hay nhiều cặp tính trạng tương phản phép lai hai hay nhiều tính (đa tính trạng) Bảng Phân ly đa tính trạng

Số cặp gen tương phản dị hợp

Số loại giao tửđược hình thành F1

Số lớp kiểu gen F2

Tỷ lệ phân kiểu hình F2

Tỷ lệ phân ly kiểu gen F2

1 21 31 (3:1)1 (1:2:1)1

2 22 32 (3:1)2 (1:2:1)2

3 23 33 (3:1)3 (1:2:1)3

: : : : :

: : : : :

n 2n 3n (3:1)n (1:2:1)n

Chẳng hạn, tỷ lệ phân ly 3:1 kiểu hình F1 phép lai

cặp tính trạng tương phản Tỷ lệ ngày hiểu rõ kết phân ly xác cặp nhiễm sắc thể tương đồng giảm phân kết hợp ngẫu nhiên giao tử thụ tinh Với hai cặp tính trạng, tỷ lệ phân ly : 3: 3: 1, tức (3:1)2

với n cặp gen d ị hợp cơng thức phân ly kiểu hình F2 (3:1)n Với cách lý giải tương tự,

2 Sự tương tác gen làm sai lệch tỷ lệ phân ly Mendel

2.1 Giữa alen thuộc locus

2.1.1 Trường hợp trội khơng hồn tồn

Trội khơng hồn tồn tượng alen lấn át khơng hồn tồn alen khác locus với Kết dị hợp có kiểu hình trung gian hai kiểu hình đồng hợp trội lặn Do vậy, kết phân ly kiểu hình F2

không phải 3:1 mà 1:2:1

Thí dụ: cho lai bị có lơng đen với bị có lơng đỏ F1 nhận

bị có lơng màu trung gian, F2 phân ly theo tỷ lệ tổ hợp có lơng màu đen

: tổ hợp có lơng trung gian : tổ hợp có lơng màu đỏ P Bị có lơng màu đen x Bị có lơng màu đỏ AA aa F1 Aa x Aa

Bị có lơng màu trung gian F2 Phân ly kiểu gen AA : Aa : aa

Phân ly kiểu hình trội : trung gian : lặn

Sở dĩ nhận kết do, alen A qui định lông màu đen, a qui định lông màu đỏ, A không lấn át hồn tồn a kiểu gen dị hợp Aa cho màu lơng trung gian F1 nhận bị có lơng màu trung gian, F2

phân ly theo tỷ lệ có lơng màu đen : có lơng màu trung gian : có lơng màu đỏ

2.1.2 Ảnh hưởng gen gây chết

Gen gây chết gen trạng thái đồng hợp có tác dụng gây chết giai đoạn khác Nếu gây chết xẩy giai đoạn bào thai cá thể không sinh làm thay đổi tỷ lệ phân ly Mendel Còn gây chết xẩy giai đoạn ngồi thai khơng làm thay đổi tỷ lệ phân ly Mendel lúc sơ sinh, làm giảm sức sống, giảm tuổi thọ cá thể có mang gen

lặn cịn đồng trội có tác dụng gây chết giai đoạn bào thai, nên khơng sinh Do đó, kết phân ly đời sau 2:1

Sơ đồ lai P chuột vàng AYa x chuột vàng AY

a Kiểu gene đời AY

AY : AYa : aa

AA đồng hợp trội gây chết chuột vàng : chuột đen

Hình Thí nghiệm ảnh hưởng gen gây chết trội màu lông chuột

2.2 Tương tác alen thuộc locus khác (2 locus)

Khi phân tích di truyền đậu Hà lan, Mendel đề cập tới di truyền độc lập cặp nhân tố di truyền khác (các cặp alen khác nhau) tác động riêng rẽ cặp nhân tố đến tính trạng Song nghiên cứu sau cho thấy thực nhiều trường hợp gen khơng alen không tác động riêng rẽ mà tương tác với để xác định tính trạng thể Hiệu tương tác gen diễn sản phẩm gen để tạo nên kiểu hình

2.2.1 Tương tác bổ trợ gen (Complementary)

Thí nghiệm Bateson hình dạng mào gà Cho lai gà có mào hoa hồng (AAbb) với gà có mào hạt đậu (aaBB), kết F1 cho gà có

A-B Cho lai gà F1 có mào hình óc chó với nhau, nhận F2 phân

ly theo tỷ lệ hình óc chó (A-B-) : hoa hồng (A-bb) : hạt đậu (aaB-) : hình (aabb)

Hình 10 Các dạng mào gà

Tương tác bổ trợ tượng gen đứng riêng lẻ không phát huy tác dụng, chung kiểu gen, chúng tương tác với nhau, làm xuất dạng kiểu hình Các gen có tác dụng gọi gen bổ trợ Có thể bổ trợ gen trội bổ trợ gen lặn

2.2.2 Tương tác át chế (Epistasis)

Át chế trội: tượng gen trội át chế lại gen trội khác khơng alen với nó, làm cho gen khơng biểu kiểu hình Thí nghiệm màu lơng gà Cho lai gà leghorn trắng (CCII) với gà lông màu trắng (ccii), F1 nhận gà có lơng màu trắng (CcIi) Gen C

nhận F2 phân ly theo tỷ lệ 13 gà lông màu trắng (C-I-, ccI-, ccii) :

gà lơng có màu (C-ii)

Hình 11 Tương tác át chế trội màu lông gà

Át chế lặn: Là tượng cặp gen lặn aa át chế gen trội B, làm cho gen trội không biểu kiểu hình

Hình 12 Tương tác át chế lặn màu lơng chuột

Thí nghiệm màu sắc lông chuột: cho lai chuột có lơng màu đen (AAbb) với chuột có lơng màu trắng (aaBB), nhận F1 chuột có

lơng màu xám aguti (AaBb) Cho lai chuột F1 (AaBb) với nhận

được F2 phân ly theo tỷ lệ chuột có lơng màu xám (A-B-) : chuột có

lơng màu đen (A-bb) : chuột có lông màu trắng (aaB-, aabb) 3 Ứng dụng định luật Mendel nhân giống động vật

3 Lai phân tích để phát mức độ chủng giống

Lai phân tích (Test-cross) phương pháp cho lai cá thể F1

với cá thể đồng hợp lặn Kết nhận tỷ lệ phân ly (Aa) kiểu hình trội : (aa) kiểu hình lặn

Ứng dụng: Khi lai lợn có lơng màu trắng với lợn có lơng màu đen, đời sinh đồng có lơng màu trắng màu trắng đồng hợp (thuần chủng), đời sinh phân ly (xuất lông trắng lông đen) màu lơng trắng hệ bố mẹ dị hợp (không chủng)

3 Hồi giao để tăng mức độ trội đặc điểm (số lượng) đời

Hồi giao (back cross) phép lai cá thể F1 với cá thể đồng hợp

Ứng dụng: Cho lai lợn F1 (Yorkshire x Móng cái) với lợn

Yorkshire, nhận lai có tỷ lệ di truyền 3/4 Yorkshire 1/4 Móng Con lai có đặc điểm giống với lợn Yorkshire nhiều (tăng trọng nhanh hơn, tỷ lệ nạc cao F1)

4 Di truyền tính trạng đa alen động vật

4.1 Khái niệm gen đa alen dãy đa alen

Gen đa alen gen mà đột biến, hình thành nhiều trạng thái bền vững gen qui định trạng thái khác kiểu hình tính trạng Ví dụ: gen A có trạng thái A1, A2, A3 An Các trạng thái khác

nhau gen lập thánh dãy alen Nếu dãy có từ alen trở lên gọi dãy đa alen

Số lượng kiểu gen hình thành quần thể có dãy đa alen số lượng alen qui định Nếu có alen A hình thành kiểu gen AA Với alen A1 A2 hình thành kiểu gen A1A1, A1A2

A2A2 Với alen A1, A2, A3 hình thành kiểu gen A1A1, A2A2,

A3A3, A1A2, A1A3, A2A3 Với n alen, hình thành

2 ) (n n

kiểu gen, có n đồng hợp thể

2 ) (n n

dị hợp thể

Hiện tượng dãy nhiều alen quần thể sinh vật tượng quan trọng biến dị di truyền sinh vật Mỗi gen biến đổi đa dạng, ảnh hưởng khác lên phát triển tính trạng

Dãy nhiều alen làm tăng lên biến dị tổ hợp sinh vật Các biến dị hình thành khơng phân ly cặp alen, mà tổ hợp nhiều alen dãy nhiều alen, tổ hợp vô đa dạng alen với alen khác, locus khác dẫn đến tính đa hình sinh giới

Dãy nhiều alen quần thể sinh vật nói chung động vật nói riêng ngày phát thêm nhiều, loại gen khác nhau, locus khác nhau, qua cơng trình điều tra đặc biệt nhờ phương pháp phân tích mới, đại

4.2 Dãy nhiều alen hemoglobin bò lợn

Hemoglobin phôi (HbF) bò phát dạng, dạng xuất lúc tuần sau thụ thai lúc 6-10 tuần tuổi sau sinh (Kleihauer, Stoffler, 1968, Kichen, 1970)

Người ta thấy có thay cho HbF HbA (dạng hemoglobin trưởng thành) tháng đầu sau bê sinh Thời gian thay HbF hoàn toàn HbA khác giống bò Kết phân tích hemoglobin bị ni Việt Nam cho thấy, bị thuộc giống Sìnd lai Hà-Ấn, từ 1-80 ngày tuổi, bên cạnh dạng HbA phát HbF (Phan Cự Nhân, 1970)

Ở lợn giai đoạn phôi sớm, gặp dạng hemoglobin phôi, tương tự Hb Grow Hb Grow II người (Kleihauer, Stoffler, 1968, Kichen, 1970, Đặng Hữu Lanh, 1977) Thực nghiệm phân tích Việt Nam cho thấy, lợn Ỉ Nam Định, thời điểm xuất dạng Hemoglobin trưởng thành xẩy lúc phôi 24 ngày, lợn Đại Bạch 30 ngày Sự thay hoàn toàn HbF HbA lợn Ỉ lúc phơi 40 ngày, cịn lợn Đại Bạch 50 ngày Hiện tượng hợp với qui luật sinh học động vật nhiệt đới có độ thành thục sinh dục sớm trình thay sớm so với giống ôn đới

4.3 Dãy nhiều alen nhóm máu

Di truyền học ngày cho thấy, khác cá thể gia súc nhóm máu dãy nhiều alen nhiễm sắc thể thường, qui định tạo thành kháng nguyên hồng cầu Kháng nguyên loại protein có mặt hồng cầu, làm tạo thành loại kháng thể đối lập với protein

Loại kháng nguyên nhóm máu có điều kiện tự nhiên ứng với loại kháng nguyên có kháng thể, tạo thành điều kiện tự nhiên Kháng nguyên nằm hồng cầu kháng thể nằm huyết Nếu kháng nguyên gặp kháng thể tương ứng gây tượng ngưng kết (dung huyết)

Như vậy, người cho máu có nhóm máu A người nhận có nhóm máu B xẩy tượng ngưng kết

Bảng

Phản ứng kháng nguyên-kháng thể truyền máu người Nhóm máu người cho

Nhóm máu người nhận

A B AB O

A - + + -

B + - + -

AB - - + - O + + + - Nhóm máu A alen IA điều khiển, nhóm máu B alen IB điều khiển, nhóm máu AB alen đồng trội IA

IB điều khiển nhóm máu O alen lặn điều khiển ii

Việc hình thành nhóm máu alen qui định nhóm máu bố mẹ

Ví dụ: bố nhóm máu A x mẹ có nhóm máu B IAIA, IAi IB IB, IBi

Kiểu gen

IAIB IAi IBi ii Nhóm máu AB A B O

Ở nhiều nước, tư liệu sở di truyền sai khác nhóm máu đại gia súc có sừng sử dụng để kiểm nguồn gốc gia súc, biểu thị hệ phả

Nhóm máu sử dụng để chẩn đoán trạng thái đồng hợp thể dị hợp thể, trứng hay khác trứng trường hợp sinh đơi giới tính đại gia súc có sừng

4.4 Di truyền hệ thống protein đa hình

Cũng nhóm máu, tất protein dược kiểm soát alen khác locus thể hệ thống protein đa hình Ngồi sản phẩm sữa, cơ, trứng, tinh dịch nhiều mơ khác có tượng đa hình

Trong công tác giống gia súc, hệ thống nhóm máu protein đa hình sử dụng để kiểm tra dòng bố, liên quan với bệnh tật, suất, nghiên cứu sinh đôi, tiến hóa quan hệ di truyền giống

4.5 Đa alen màu sắc lông thỏ

Ở thỏ, có dạng màu lơng: màu hoang dại, xám chinchila, hymalaya bạch tạng

Khi cho lai thỏ hoang dại (CC) với xám chinchila (CchCch) nhận thỏ F1 hoàn toàn màu hoang dại (CCch) Như vậy, màu hoang dại trội so

với Chinchila

Cho lai thỏ F1 (CCch) với nhận F2 phân ly theo tỷ lệ

hoang dại : chinchila

Cho lai thỏ chinchila (CchCch) với thỏ hymalaya (ChCh), nhận đựoc thỏ F1 hồn tồn có màu chinchila Như màu chinchila trội so với

màu hymalaya

Cho lai thỏ F1 (CchCh) với nhau, nhận F2 phân ly theo tỷ lệ

chinchila : hymalaya

Cho lai thỏ hymalaya (ChCh) với thỏ bạch tạng (cc) nhận F1

(Chc) hoàn toàn hymalaya, chứng tỏ hymalaya trội so với bạch tạng Cho lai thỏ F1 (Chc) với nhận F2 phân ly theo tỷ lệ

hymalaya : bạch tạng

Kết thí nghiệm chứng tỏ, gen qui định màu sắc lông thỏ alen locus Chúng ta xếp mức độ trội lặn alen sau: C > Cch

> Ch > c

4.6 Di truyền màu sắc lông gia súc

Màu sắc số gen kiểm sốt nên sử dụng để phân tích di truyền, dự đốn màu lông đời sau chọn lọc, chẳng hạn ni chó muốn có “có sao” trắng khơng thiết phải từ bố mẹ “có sao” Ở động vật có vú, màu sắc lơng da sắc tố melanin tạo thành Ở gia cầm, melanin cịn có xantophin từ thức ăn đưa vào Ở động vật có vú, đặc biệt chuột lang xác định rằng, màu sắc muốn biểu phải có gen trội C (từ chữ colour) Có đột biến lặn xuất từ locus qui dịnh mức độ giảm khác màu lông Alen Ca trạng thái đồng hợp tạo nên màu lơng khơng có sắc tố (bạch tạng) Những alen khác locus qui định màu trung gian sẩm màu bạch tạng Người ta phân loại gen khác kiểm sốt màu sắc lơng theo tác động chúng gây có mặt gen C sau: - Gen ảnh hưởng đến phân hóa màu lơng - Gen qui màu loại sắc tố

- Gen có ảnh hưởng lên độ sẩm sắc lông mà không ảnh hưởng tới màu sắc tố

- Gen điều khiển phân bố lơng mảng da có sắc tố khơng có sắc tố

4.6.1 Ở bị

Màu lơng bạch tạng gặp bị Những thí nghiệm chọn giống chứng minh gen lặn kiểm sốt Những bê bạch tạng sống đến tuổi trưởng thành phản ứng ánh sáng mạnh hồn tồn khỏe mạnh khơng thua khác sống chuồng Người ta cho gen màu C, nhiều trường hợp đột biến thành alen lặn làm giảm, có hẵn màu Cũng không loại trừ khả bị có nhiều alen qui định màu sắc lơng từ đậm đến không màu

Màu lông đen đỏ (vàng sẩm) Cơ chế di truyền màu lơng đen đỏ cịn chưa thống Người ta cho gen C tạo màu lơng đen, cịn thể đồng hợp cc cho màu đỏ thấy gia súc khác Mức độ màu lông đỏ, phần cặp alen, alen lặn làm nhạt nhiều, phần khác gen gây biến đổi

là lông nâu (lẫn lộn đen, đỏ) gen cp, lặn so với gen màu đen trội so

với gen màu cịn có thêm gen B thuộc loại khác tham gia vào Lơng lang đốm trắng Ở phần lớn giống bò có nhiều có đốm trắng to, nhỏ khác

Sắc lơng lang thấy khác giống Người ta cho rằng, khác phần di truyền, nghiên cứu vật sinh đơi trứng thấy kiểu lơng lang giống mặt phân bố đốm Ở vật sinh đơi có dạng lơng giống nhau, có lại khác

Năm 1948, Cole Johanson nghiên cứu kĩ màu lông lai F1

giữa bò lang đen trắng với bị Anberdeen Angus thấy tất lai vùng bụng, phía trắng Khi cho lai giao phối với thu màu đen tuyền hay có đốm trắng nhỏ : màu lang Như vậy, gen màu lơng lang s bị khơng lặn hồn tồn

Đường ranh giới mảng đen-trắng bị khơng rõ rệt Ở bò lang đen- trắng, đường rõ, cịn bị lang trắng-đỏ (vàng) lại mờ Khi cho lai hai loại với nhau, lai F1 có đường phân chia

lang đen-trắng rõ Từ người ta cho dạng lang đen-trắng gen trội kiểm soát, alen xác định lang trắng-đỏ lặn

4.6.2 Ở lợn

Ở lợn thường gặp màu lông đen, trắng lang Ở vài giống lợn thường gặp có lông đen tuyền (lợn Ỉ Việt Nam, Đen lớn Anh Màu lông trắng lợn Yorkshire, lợn Landrace hay lang đen - trắng giống Berkshire Anh, Mỹ, giống Móng Cái Việt Nam )

Trái lại, lơng màu gặp, đại diện loại giống Duroc Mỹ Temvocer Anh

Tóm lại, di truyền màu sắc lông gia súc tuân theo qui luật Mendel, tượng trội lặn gen alen

5 Di truyền tính trạng số lượng (Quantitative genetics)

5 Tính trạng số lượng đặc trưng

5.1.1 Định nghĩa

Ví dụ: tính trạng cân nặng, chiều đo, khả tăng trọng, sản lượng trứng gia cầm, sản lượng sữa bò, số đẻ ra/lứa lợn

5 1.2 Đặc trưng tính trạng số lượng

- Là tính trạng đa gen (polygen), hình thành biểu tính trạng nhiều gen điều khiển

- Là tính trạng có biến dị liên tục, thay đổi tính trạng tạo thành dãy biến dị liên tục, khó phân biệt Nếu xếp giá trị lên đồ thị cho ta đường cong phân bố chuẩn

- Là tính trạng chịu ảnh hưởng lớn điều kiện ngoại cảnh Trong điều kịên ngoại cảnh thuận lợi, tính trạng biến đổi cịn điều kiện bất lợi, tính trạng dễ thay đổi

Ví dụ: cho ăn tốt, khí hậu, thời tiết ổn định, qui trình chăm sóc phù hợp lợn cho tăng trọng cao cịn điều kiện ăn kém, khí hậu, thời tiết khắc nghiệt, qui trình chăm sóc khơng phù hợp lợn cho tăng trọng trung bình thấp

- Qui luật di truyền tính trạng số lượng, ngồi qui luật Mendel cịn có qui luật riêng, di truyền trung gian, di truyền đa gen, phân ly tăng tiến

5.2 Di truyền tính trạng số lượng

5.2.1 Di truyền trung gian

Khi cho lai cá thể bố mẹ có nguồn gốc khác nhau, lai F1

biểu thị trung gian bố mẹ Các cá thể F1 khơng đồng tính

trạng Mendel có khác (biến thiên), khoảng biến thiên không lớn (hẹp)

Nếu cho lại cá thể F1, nhận F2 trung gian bố mẹ

F1, khoảng biến thiên F2 lớn (rộng hơn) so với F1

Thí dụ: Cho lai lợn Yorkshire x lợn Móng Tăng trọng 600 g/ngày 300 g/ngày F1 450g

2 300 600

/ngày

5.2.2 Di truyền đa gen

Theo thuyết di truyền đa gen, tính trạng số lượng nhiều gen điều khiển, gen có hiệu ứng nhỏ lên biểu tính trạng Kiểu hình tính trạng tổng hiệu ứng gen có kiểu gen cá thể

Cũng ví dụ trên, tính khả tăng trọng lợn F1, F2 Giả sử

tăng trọng/ngày lợn điều khiển đôi gen AABBCC aabbcc

600 g/ngày 300 g/ngày - Hiệu ứng gen trội: 100 /

6 600

g ngày - Hiệu ứng gen lặn: 50 /

6 300

g ngày

- Tăng trọng F1: 100 g/ngày x + 50 g/ngày x = 450 g/ngày

Dãy biến thiên tăng trọng F2

Sử dụng nhị thức (p+q)n, p gen trội, q gen lặn n số gen điều khiển tính trạng Trong trường hợp ta có (p+q)6

, khai triển nhị thức ta được: 1p6

+ 6p5q + 15p4q2 + 20p3q3 + 15 p2q4 + pq5 + 1q6 Như vậy, có tổ hợp gen trội: 100 x = 600 g/ngày

tổ hợp có gen trội gen lặn: 100 x + x 50 = 550 g/ngày 15 tổ hợp có gen trội gen lặn: x 100 + x 50 = 500 g/ngày 20 tổ hợp có gen trội gen lặn: x 100 + x 50 = 450 g/ngày 15 tổ hợp có gen trội gen lặn: x 100 + x 50 = 400 g/ngày tổ hợp có gen trội gen lăn: x 100 + x 500 = 350 g/ngày tổ hợp có gen lặn : x 50 = 300 g/ngày

5.2.3 Sự phân ly tăng tiến

Khi cho lai cá thể bố mẹ có nguồn gốc khác nhau, lai F1

biểu thị trung gian bố mẹ Cho lại cá thể F1, nhận

F2, cá thể F2 có số cá thể có suất cao (cao bố,

Ví dụ: AAbbCC x aaBBcc

F1 AaBbCc (trung gian bố mẹ)

F2 AABBCC AaBbCc aabbcc

tăng tiến dương tăng tiến âm

5.3 Phương pháp nghiên cứu di truyền tính trạng số lượng

5.3 Phân bố chuẩn (Normal distibution)

Khi nghiên cứu tính trạng số lượng với số lượng cá thể lớn (vô hạn), đồ thị phân bố giá trị đám đơng có dạng hình chng Gá trị trung bình xấp xỉ trung bình chiếm tỷ lệ (xác suất) lớn nhất, giá trị cao thấp chiếm tỷ lệ (xác suất) nhỏ, đường thẳng vng góc từ đỉnh đồ thị xuống trục hoành chia đồ thị hai phần Đó đồ thị phân bố chuẩn

Hình 13 Đồ thị phân bố chuẩn

5.3.2 Trung bình cộng phương sai

- Trung bình cộng: Là tỷ số tổng giá trị cá thể nghiên cứu với số cá thể mẫu

Cơng thức tính:

n x n x x x

X n i

Trung bình cộng sử dụng để đánh giá mức độ tập trung, chất đám đông số liệu

- Phương sai: Là tỷ số tổng bình phương biến sai trị số xi xung quanh trung bình cộng bậc tự

Giá trị hàm phân bố Fx = dx e Mx x x 2 ) (

Phân bố chuẩn phụ thuộc vào tham số: trung bình kỳ vọng Mx = phương sai

Cơng thức tính: ) ( ) ( ) ( )

( 1 2 2

2 n X x n X x X x X x

s i i

Phương sai dùng để đánh giá mức độ phân tán (biến thiên) đám đơng số liệu

5.3.3 Phân tích phương sai (Analysis of variance)

Kiểu di truyền mơi trường có tác động lên hình thành phát triển tính trạng Tuy nhiên biểu tính trạng thơng qua kiểu hình, kiểu di truyền đóng vai trị chủ yếu, cịn lại ngoại cảnh tương tác di truyền ngoại cảnh Đối với tính trạng số lượng, giá trị kiểu gen tạo thành hiệu ứng nhỏ gen, tập hợp lại thành hiệu ứng lớn Trong chọn lọc gia súc, nghiên cứu đặc điểm di truyền tính trạng nghiên cứu biến đổi tham số phương sai tiêu biểu

Các thành phần phương sai: Sai khác cá thể giá trị kiểu hình với trung bình chung đánh giá phương sai tổng Sai khác nhiều yếu tố ảnh hưởng, chủ yếu di truyền ngoại cảnh

Căn vào nhân tố ảnh hưởng đến tính trạng số lượng (tăng trọng, sản lượng trứng, sản lượng sữa ) có thành phần phương sai sau:

Trong trường hợp khơng có tương tác di truyền môi trường

VP = VG + VE

Hay VP = VA + VD + VI + VE

Trong VP: Phương sai giá trị kiểu hình tính trạng

VG: Phương sai giá trị kiểu di truyền

VE: Phương sai môi trường (sai lệch môi trường)

VA: Phương sai giá trị cộng gộp (additive)

VD: Phương sai giá trị trội (dominant)

Trong trường hợp có tương tác di truyền mơi trường, ví dụ bị sữa có sản lượng sữa cao cho ăn tốt hơn, kiểu di truyền A ưu việt kiểu di truyền B môi trường X kiểu di truyền B ưu việt kiểu A mơi trường Y Khi có tương tác di truyền mơi trường phương sai kiểu hình tăng thêm hai lần hiệp phương sai di truyền môi trường

VP = VA + VD + VI + 2COV GxE + VE

Tương tác di trưyền-môi trường trở nên quan trọng mà cá thể quần thể nuôi dưỡng điều kiện môi trường khác Phương sai tương tác kiểu gen-môi trường chứng minh cho nhạy cảm kiểu gen mơi trường Kiểu gen khác nhạy cảm với môi trường khác nhau, môi trường không giống nhạy cảm kiểu gen khác

Trong nghiên cứu di truyền tính trạng số lượng, người ta phân tích phương sai giá trị kiểu hình tính trạng phương sai thành phần so sánh thành phần với phương sai mơi trường để tính tham số di truyền: hệ số di truyền, tương quan di truyền, hệ số lặp lại Phương pháp gọi phân tích phương sai (analysis of variance) 5.3.4 Hệ số tương quan hồi qui

Để biểu thị mối quan hệ tính trạng số lượng, người ta sử dụng tương quan hồi qui

- Hệ số tương quan (coefficien of relation):

Hệ số tương quan r tỷ số hiệp phương sai trung bình nhân phương sai Ví dụ, tương quan hai tính trạng X (lượng sữa) với Y (tỷ lệ mỡ sữa bình quân)

2 ) ( ) ( ) ( ) ( Y i X i Y i X i XY M y M x M y M x r

Trong xi giá trị, Mx trung bình kỳ vọng giá trị

thuộc tính trạng X, yi giá trị, My trung bình kỳ vọng giá

trị thuộc tính trạng Y

Hệ số hồi qui phương trình hồi qui sử dụng để định lượng hóa mối quan hệ tính trạng dự đốn thay đổi tính trạng có liên quan thay đổi

Hệ số hồi qui (regretion):

2 ) (

) (

) (

X i

Y i X i XY

M x

M y M x b

Phương trình hồi qui: hồi qui tuyến tính hồi qui khơng tuyến tính (phi tuyến)

Phương trình hồi qui tuyến tính bậc 1: y = a + bx

Câu hỏi ôn tập chương

1 Hãy nêu đặc điểm đậu Hà Lan thuận lợi cho nghiên cứu di truyền?

2 Hãy cho biết lý Mendel thành cơng nghiên cứu? Hãy trình bày thí nghiệm phát biểu quy luật di truyền Mendel, giải thích quy luật theo quan điểm tế bào học?

4 Thế lai phân tích? Ý nghĩa lai phân tích nghiên cứu di truyền thực tiễn chăn ni?

5 Trình bày tương tác alen locus gen

6 Thế tượng tương tác bổ trợ gen? Tương tác bổ trợ hình dạng mào gà?

7 Thế tượng át chế? Tương tác át chế trội tương tác át chế lặn?

8 Thế gen đa alen? Trình bày số trường hợp di truyền gen đa alen

Chương

DI TRUYỀN HỌC TẾ BÀO

Những người đương thời với Mendel không hiểu qui luật di truyền Ông, phần chưa biết chế phân bào Năm 1879, người ta tìm chế phân chia nguyên nhiễm năm 1890, tìm chế phân chia giảm nhiễm Như vậy, đến cuối kỷ 19, nhà sinh học tìm thấy mối tương quan biểu nhiễm sắc thể phân bào với biểu nhân tố Mendel

Với đối tượng nghiên cứu ruồi dấm (Drosophila melanogaster), năm 1910 T.H Morgan cộng đưa học thuyết di truyền nhiễm sắc thể, chứng minh gen nằm nhiễm sắc thể, chúng liên kết với để hình thành nên đặc điểm, tính trạng thể Sự đời học thuyết di truyền nhiễm sắc thể đánh dấu thời kỳ phát triển thứ hai di truyền học sở xây dựng đồ gen động vật

1 Cấu trúc sở nhiễm sắc thể

1.1 Khái niệm nhiễm sắc thể

Nhiễm sắc thể (chromosome) thể vật chất di truyền, tồn nhân tế bào, bắt màu thuốc nhuộm kiềm tính, có dạng hình sợi hình que Nhiễm sắc thể có số lượng, hình dạng, kích thước, cấu trúc đặc trưng cho lồi Nhiễm sắc thể có khả tái sinh, phân ly tổ hợp trình phân chia tế bào thụ tinh để tạo thành cá thể Nhiễm sắc thể có khả biến đổi số lượng, cấu trúc, xẩy thay đổi làm xuất đặc điểm kiểu hình (các đột biến)

1.2 Cấu trúc sở nhiễm sắc thể

Ở virus, nhiễm sắc thể phân tử DNA trần Ở sinh vật có

nhân, nhiễm sắc thể có cấu tạo phức tạp

Ở tế bào thực vật động vật sau nhân đôi, nhiễm sắc thể có cromatit (sợi nhiễm sắc), cromatit có sợi DNA Các cromatit đóng xoắn cực đại vào giai đoạn trung kỳ (trong phân chia tế bào) nên chúng có hình dạng, kích thước đặc trưng

Vùng bắt màu nhạt gọi vùng nhiễm sắc thể thực (đồng nhiễm sắc), vùng có chứa hạt nhiễm sắc Ở phân tử DNA hoạt

Hình 14 Tế bào động vật

động phiên mã, nên có ảnh hưởng lớn đến đặc điểm di truyền thể

Trên nhiễm sắc thể có eo, eo thứ có chứa tâm động nơi

đính sợi nhiễm sắc lên sợi tơ vô sắc phân chia tế bào Vị trí tâm động định hình thái nhiễm sắc thể: tâm cân, tâm lệch, tâm mút Tâm động bị phân chia, tâm đơng phân chia, nhiễm sắc thể kép trở thành sợi đơn Eo thứ hai nơi tổng hợp rRNA để hình thành ribosome nơi tổng hợp protein

Hình 15.Hình thái dạng nhiễm sắc thể A/ Hình thái phận nhiễm sắc thể

B/ Các dạng nhiễm sắc thể kỳ

DNA phân tử 1.Tâm cân; Tâm lệch; Tâm mút;

protein histon. Có eo thứ cấp; 5.Có thể kèm; Tâm đầu

Tổ hợp DNA với histon chuỗi nucleosome tạo thành sợi có chiều ngang 100Ao

, sợi cuộn xoắn thứ cấp tạo nên nhiễm sắc thể có chiều ngang 300 Ao Sợi nhiễm sắc thể tiếp tục đóng xoắn

tạo nên ống rỗng với bề ngang 2000 Ao,cuối tạo thành sợi

cromatit Nhờ cấu trúc xoắn cuộn nên chiều dài nhiễm sắc thể rút ngắn 15 - 20 ngàn lần so với chiều dài phân tử DNA Ví dụ, nhiễm sắc thể dài người khoảng 82 mm, sau xoắn cực đại khoảng 10 m Sự thu gọn cấu trúc không gian thuận lợi cho phân ly, tổ hợp nhiễm sắc thể chu kỳ phân chia tế bào

Chiều dài nhiễm sắc thể từ 0,2 -

50 m, chiều ngang từ 0,2 - 20 m

Về cấu tạo vi thể: Nhiễm sắc thể cấu tạo từ chất nhiễm sắc, bao gồm DNA protein Phân tử DNA quấn quanh khối cầu protein tạo nên nucleosome, đơn vị cấu trúc theo chiều dọc nhiễm

sắc thể Mỗi

nucleosome gồm phân tử histon chồng lên tạo nên khối cầu, phía ngồi bao bọc

4

1 vịng xoắn DNA, đoạn phân tử có khoảng 146 cặp nucleotit

Các

Hình 16 Nhiễm sắc thể kiểu bàn chải đèn

A Trong noãn bào sơ cấp cá cóc, thấy rõ trục từ tỏa các nút

Hình 17 Nhiễm sắc thể khổng lồ tuyến nước bọt ấu trùng ruồi giấm

R vai trái , L vai phải nhiễm sắc thể

Các tế bào sinh dưỡng (soma), nhiễm sắc thể với theo cặp, giống hình thái, có nguồn gốc từ bố có nguồn gốc từ mẹ, gọi cặp nhiễm sắc thể tương đồng Bộ nhiễm sắc thể có cặp gọi lưỡng bội (2n) Các tế bào sinh dục (tinh trùng, trứng), nhiễm sắc thể tồn thành đơn lẻ gọi tế bào đơn bội (n)

Ngồi ra, nhiều động vật có khác cá thể đực cặp nhiễm sắc thể giới tính

1.3 Kiểu nhân (caryotype) nhiễm sắc thể đồ

Tất tế bào lồi nói chung có số lượng nhiễm sắc thể cố định, đặc trưng cho lồi Ví dụ, ruồi dấm Drosophila melanogaster có nhiễm sắc thể; tế bào ngơ có 20 nhiễm sắc thể; tế bào người có 46 nhiễm sắc thể; đậu Hà lan có 14 nhiễm sắc thể; chó 78 nhiễm sắc thể; bị có 50 nhiễm sắc thể; lúa 24 nhiễm sắc thể

Hình 18 Kiểu nhân nhiễm sắc thể đồ người

Sau kỹ thuật nhuộm màu hoàn chỉnh hơn, làm rõ vệt đặc trưng, hình thái nhiễm sắc thể xác định chi tiết Dựa vào nhiễm sắc thể đồ, nhuộm màu nhìn thấy đoạn tương đồng nhiễm sắc thể loại loài có quan hệ họ hàng gần

2 Đặc thù hoạt động nhiễm sắc thể

2.1 Chu kỳ tế bào (Cell cycle)

Chu kỳ tế bào toàn kiện xẩy từ lần phân bào đến lần phân bào Chu kỳ tế bào bao gồm giai đoạn G1, S, G2 M

- Giai đoạn G1 (Gap 1) kéo dài từ sau tế bào phân chia lần trước

đến bắt đầu chép DNA Trong giai đoạn này, tế bào tích lũy vật chất nội bào, lượng để chuẩn bị tổng hợp DNA

Hình 19 Sơ đồ chu kỳ tế bào

- Giai đoạn G2 (Gap 2): nối tiếp sau giai đoạn S đến tế bào bắt

đầu phân chia Trong giai đoạn tế bào tiếp tục tích lũy vật chất, lượng để chuẩn bị phân chia tế bào

- Giai đoạn M (Mitosis): phân chia tế bào

2.2 Phân bào nguyên nhiễm (nguyên phân) (Mitosis)

Quá trình xẩy tế bào soma tế bào sinh dục giai đoạn chưa trưởng thành Gồm trình: Chia nhân chia tế bào chất, trải qua giai đoạn ( kỳ):

2.2.1 Tiền kỳ (prophase)

Các trung thể chuyển động hai cực nhân, nhiễm sắc thể co ngắn lại thành sợi Mỗi nhiễm sắc thể gồm sợi cromatit gắn với nhờ tâm động Các sợi tơ vơ sắc hình thành, nối cực té bào Màng nhân nhân biến Các tế bào khác với tế bào động vật trung thể thoi vơ sắc

2.2.2 Trung kỳ (metaphase)

2.2.3 Hậu kỳ (anaphase)

Có tượng đẩy hai sợi đơn nhiễm sắc thể kép co rút hai cực tế bào mà sợi đơn tách ra, sợi cực tế bào

2.2.4 Mạt kỳ (telophase)

Phân chia tế bào chất, mặt phẳng xích đạo tế bào hình thành nếp nhăn phân cách ngày ăn sâu vào trong, đến chia tế bào thành hai nửa, nửa tế bào Ở thực vật, phiến tế bào (vách ngăn) hình thành trung tâm tế bào chất lan rộng dần đến cắt tế bào thành hai

Kết quả, từ tế bào mẹ ban đầu, qua kỳ phân chia tạo tế bào có số lượng nhiễm sắc thể tế bào ban đầu (2n) Cơ chế đảm bảo số lượng nhiễm sắc thể vật chất di truyền không đổi qua hệ tế bào (các tế bào thể sinh vật không đổi)

2.3 Phân bào giảm nhiễm (giảm phân) (Meiosis)

Là trình phân bào chuyên biệt, số lượng nhiễm sắc thể giảm nửa (n) Quá trình phân chia xẩy tế bào sinh dục giai đoạn chín (trưởng thành) để phát sinh giao tử (tinh trùng, trứng)

Phân bào giảm nhiễm gồm lần phân chia nối tiếp nhau, gọi giảm nhiễm lần giảm nhiễm lần Lần phân chia phân chia giảm nhiễm lần phân chia phân chia hay phân chia nguyên nhiễm 2.3.1 Lần phân chia

- Tiền kỳ (prophase 1) gồm pha nhỏ

+ Leptoten: nhiễm sắc co ngắn lại tạo thành sợi mãnh

+ Zigoten: Các nhiễm sắc thể đồng nguồn tiến sát lại gần nhau, đính với tâm động, hình thành thể lưỡng trị (bivalent)

+ Diptoten: Có tượng đẩy sợi cromatit làm căng hình chéo, có tượng đứt nối lại, sợi tách ra, nhiễm sắc thể tiếp tục co ngắn

+ Diakinez: Nhiễm sắc thể co ngắn đến mức tối đa, xếp dần lại mặt phẳng xích đạo tế bào, màng nhân nhân biến

- Trung kỳ (metaphase 1)

Các tứ tử tập trung mặt phẳng xích đạo tế bào, đính lên sợi tơ vô sắc tâm động

- Hậu kỳ (anaphase 1)

Tứ tử tách đôi, sợi kép cực tế bào - Mạt kỳ (telophase 1)

Hai nhân hình thành, nhân với nhiễm sắc thể đơn bội kép (n) Sau mạt kỳ gian kỳ cực ngắn (interkinesis) Trong kỳ không xẩy chép vật chất di truyền

2.3.2 Lần phân chia

- Tiền kỳ (prophase 2) Ở nửa tế bào hình thành sợi tơ vơ sắc thoi bất nhiễm mới, nhiễm sắc thể kép tiếp tục co ngắn tập trung mặt phẳng xích đạo

- Trung kỳ (metaphase 2)

Các sợi kép đính lên sợi tơ vơ sắc tâm động - Hậu kỳ (anaphase 2)

Các tâm động phân chia, sợi đơn cromatit tách ra, sợi cực tế bào

- Mạt kỳ (telophase 2)

Phân chia tế bào chất, hình thành tế bào đơn bội, tế bào chứa nhiễm sắc thể đơn cặp

Như vậy, giảm nhiễm lần tạo tế bào đơn bội chứa nhiễm sắc thể kép (có cromatit) Phân chia lần 2, tế bào đơn bội sợi kép lại chia đơi để hình thành tế bào đơn bội sợi đơn

bào sinh dục đực, có số lượng nhiễm sắc thể giảm nửa để thụ tinh, tái tạo lại nhiễm sắc thể lưỡng bội (2n) đời Điều làm cho số lượng nhiễm sắc thể hay vật chất di truyền không đổi qua hệ sinh vật

2.4 Quá trình hình thành giao tử động vật bậc cao

Ở động vật giai đoạn lưỡng bội chiếm ưu thế, giai đoạn đơn bội ngắn Ở thể trưởng thành nhiễm sắc thể 2n, có nhóm tế bào tách làm nhiệm vụ sinh sản gọi tế bào sinh sản nguyên thủy Các tế bào nguyên phân liên tiếp vùng sinh sản tạo nên hàng loạt tế bào con, hình thành nên mơ tế bào sinh dục đực mô tế bào sinh dục cái, tế bào chứa nhiẽm sắc thể 2n Các tế bào tiếp nhận nguyên liệu mơi trường tạo nên tế bào có kích thước lớn, lượng tế bào chất nhiều gọi noãn nguyên bào tinh nguyên bào

2.4.1 Hình thành giao tử đực (tinh trùng)

Các tinh nguyên bào tiếp tục tích lũy lượng để thành tinh bào cấp I bước vào giai đoạn chín mà chủ yếu qua chế giảm phân Từ tinh bào cấp I qua phân chia giảm nhiễm lần hình thành nên tinh bào cấp II kết thúc phân chia giảm nhiễm lần hai cho tinh tử, sau hình thành tinh trùng Tinh tử có hình cầu, sau thời gian thay đổi hình dạng trở thành tinh trùng có đầu, cổ Với hình dạng vậy, tinh trùng vận chuyển môi trường tử cung tiến hành thụ tinh

2.4.2 Hình thành giao tử (tế bào trứng)

3 Nghiên cứu hình thái nhiễm sắc thể động vật

Di truyền học tế bào lĩnh vực nghiên cứu đặc điểm di truyền đặc điểm phân tử gen nghiên cứu song song với đặc điểm tế bào học nhiẽm sắc thể DNA nhiễm sắc thể, qua sử dụng kính hiển vi

Hình thái nhiễm sắc thể xác định qua tiêu phân chia tế bào vào giai đoạn trung kỳ Chiều dài nhiễm sắc thể, chiều dài tương đối cánh (vai) để xác định vị trí tâm động đặc điểm chung gen, cấu tạo nhân con, làm thành đặc thù nhiễm sắc thể

Sự phát triển phương pháp nhuộm phân hóa (hiện băng) làm lên băng băng xen nhiễm sắc thể tế bào soma, cho ta khả xác định xác nhiễm sắc thể cá thể

4 Morgan thuyết di truyền nhiễm sắc thể

4.1 Sơ lược tiểu sử cơng trình nghiên cứu Morgan

Thomas Hunt Morgan nhà phơi thai học Trường Đại học Colombia (Mĩ) Ơng chọn đối tượng nghiên cứu ruồi dấm

(Drosophila melanogaster).

Cùng nghiên cứu với Morgan có nhà di truyền học tiếng C Bridges, A.H Sturtevant G Muller Nhóm nghiên cứu chứng

minh nhân tố di truyền Mendel nằm nhiễm sắc thể

Đặc điểm ruồi dấm: loại ruồi nhỏ có thân xám, mắt đỏ, thường bu vào trái chín

- Có chu kỳ sống ngắn: Tồn q trình từ trứng nở ra, nhộng ruồi trưởng thành (ở 25oC) có 10 ngày, cặp ruồi trung bình đẻ khoảng 100 ruồi

- Các tính trạng biểu rõ ràng, dễ gây đột biến, nhận khoảng 400 đột biến khác

Hình 21 T.H Morgan (1866-1945)

4 Sự di truyền liên kết

Khi xét mối quan hệ số lượng nhiễm sắc thể số lượng gen, người ta thấy có khác Số lượng nhiễm sắc thể số lượng gen lớn, nhiễm sắc thể phải có nhiều gen Trong trình phân chia tế bào nhiễm sắc thể tế bào giao tử, gen nằm nhiễm sắc thể nhau, chúng di truyền đồng thời với hay liên kết Sự di truyền đồng thời gen nằm nhiễm sắc thể gọi di truyền liên kết hay gọi liên kết gen Khi có di truyền liên kết phân ly nhiều cặp gen giống phân ly cặp gen

4.2.1 Liên kết hồn gen

Thí nghiệm Morgan, cho lai ruồi dấm thân xám, cánh dài với ruồi thân đen, cánh ngắn, nhận F1 thân xám, cánh dài

Đem lai phân tích ruồi đực F1 với ruồi lặn nhận đời

con có dạng kiểu hình giống bố mẹ thân xám, cánh dài thân đen, cánh ngắn với tỷ lệ (1:1) Như vậy, kết lai phân tích cặp tính trạng trường hợp giống với lai phân tích cặp tính trạng thí nghiệm Mendel

Ruồi dấm có đặc điểm thuận lợi cho nghiên cứu di truyền

- Dễ ni mơi trường nhân tạo, chốn chổ phịng thí nghiệm dễ lai chúng với

Hình 22 Vịng đời nhiễm sắc thể lưỡng bội ruồi giấm

(Drosophila melanogaster)

Hình 23 Bộ nhiễm sắc thể ruồi giấm

nghiệm Mendel Hai loại giao tử kết hợp với loại giao tử lặn cho dạng kiểu hình đời Vì xác suất hình thành loại giao tử F1 nên tỷ lệ hai dạng kiểu hình đời

nhau Hiện tượng Morgan gọi liên kết hoàn toàn gen

A B a b A B x a b Thân xám, cánh dài Thân đen, cánh ngắn

Lai phân tích A B a b

F1 o a b x a b

Thân xám, cánh dài Thân đen, cánh ngắn

A B a b

a b a b Thân xám, cánh dài Thân đen, cánh ngắn 2.2 Liên kết khơng hồn tồn

Khi cho lai ngược lại, ruồi F1 với ruồi đực lặn thuần, nhận

đời có dạng kiểu hình, có dạng giống bố mẹ (thân xám, cánh dài thân đen, cánh ngắn) chiếm tỷ lệ nhiều dạng kiểu hình khác bố mẹ (thân đen, cánh dài thân xám, cánh ngắn) chiếm tỷ lệ

Sở dĩ trình giảm phân để hình thành giao tử F1 xẩy trao đổi đoạn nhiễm sắc thể tương đồng không chị

Kết nhận được: thân xám, cánh dài thân đen, cánh ngắn (loại có kiểu hình cũ) chiếm tỷ lệ nhiều thân xám, cánh ngắn thân đen, cánh dài (loại có kiểu hình ) chiếm tỷ lệ

A B a b x a

A B a b Thân xám, cánh dài Thân đen, cánh ngắn A B

F1

a b Thân xám, cánh dài

Lai phân tích A B a a F1

a b x o a b Thân xám, cánh dài Thân đen, cánh ngắn

A B a b

a b a b

Thân xám, cánh dài Thân đen, cánh ngắn a B A b

a b a b

Thân đen, cánh dài Thân xám, cánh ngắn

4.3 Hiện tượng tái tổ hợp tần số tái tổ hợp

Để đánh giá mức độ liên kết, nhóm Morgan đưa khái niệm tần số tái tổ hợp Tần số tái tổ hợp phần trăm cá thể tái tổ hợp so với tổng số cá thể thu thí nghiệm

Ví dụ, thí nghiệm lai phân tích ruồi dấm, thu được1000 cá thể, có 170 dạng tái tổ hợp, tức có 17% cá thể dạng tái tổ hợp Tần số tính theo công thức:

Số cá thể tái tổ hợp

% tần số tái tổ hợp = x 100 Tổng số cá thể thu

Các tác giả cho dùng tần số tái tổ tổ hợp để đo khoảng cách gen nhiễm sắc thể sở xây dựng đồ di truyền hay đồ nhiễm sắc thể, đồ gen Theo Morgan cộng 1% tần số tái tổ hợp tương ứng với đơn vị Morgan, ký hiệu cM

(centimorgan). Như vậy, ví dụ khoảng cách gen 17 cM

4.4 Nhiễu trùng hợp

Thông thường xẩy trao đổi chéo điểm làm giảm trao đổi chéo điểm thứ gần kề nó, tượng nhiễu (cản pha) Để đánh giá tượng này, người ta đưa khái niệm trùng hợp (phù hợp) ( %) trao đổi chéo đôi (tại điểm đồng thời) thực tế % Hệ số trùng hợp = x 100 ( %) trao đổi chéo đôi lý thuyết

Số cá thể có trao đổi chéo đơi

% trao đổi chéo đôi thực tế = x 100 Tổng số cá thể thu thí nghiệm

% trao đổi chéo đôi lý thuyết = (%) trao đổi chéo điểm x (%) trao đổi chéo điểm

Xét gene nhiễm sắc thể A B C

Khi phát sinh giao tử cho dạng giao tử sau: Giao tử không trao đổi:

A B C thu 280 cá thể

a b c thu 260 cá thể

2 Giao tử có trao đổi điểm (A-B)

A b c thu 110 cá thể

a B C thu 105 cá thể

3 Giao tử có trao đổi điểm (B-C)

A B c thu 100 cá thể

a b C thu 104 cá thể

4 Giao tử có trao đổi đồng thời điểm (đôi) (A-B-C) A b C thu 20 cá thể

a B c thu 21 cá thể

Tần số trao đổi điểm (B-C) = 0,245 (24,5%) 24,5cM 1000

245

Bản đồ nhiễm sắc thể gene

A B C

Hệ số trùng hợp (%) = 65,37% 245

, 256 ,

041 ,

x

Hệ số nhiễu (%) = - Hệ số trùng hợp

Từ ví dụ thấy trao đổi chéo đôi xẩy 65,37% nhiễu 34,63%

5 Đột biến nhiễm sắc thể

5.1 Đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể

Là biến đổi xẩy cấu trúc nhiễm sắc thể làm thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể mức độ khác

Đột biến xẩy giới hạn nhiễm sắc thể xẩy nhiễm sắc thể tương đồng không tương đồng Khi xẩy đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể làm xuất dạng kiểu hình gây chết

5.1.1 Đột biến đoạn (Deletion)

Là tượng nhiễm sắc thể bị đứt đoạn có mang thơng tin di truyền Đoạn đứt khơng có tâm động nên phân bào khơng đính vào thoi vố sắc nên bị tiêu biến Kết tế bào nhận nhiễm sắc thể bị đoạn

Mất đoạn nhiễm sắc thể dẫn đến làm cân gen, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả sống thể Nếu đoạn lớn làm cho thể khơng sống cịn đoạn ít, thể sống thường bị biến dạng sinh bệnh tật

5.1.2 Đột biến lặp đoạn (Duplication)

Là tượng đoạn nhiễm sắc thể lặp lại lần nhiễm sắc thể Nói chung lặp đoạn khơng gây hậu nặng nề bị đoạn Thậm chí số trường hợp tăng đoạn có lợi cho tiến hóa tạo vật liêụ di truyền

Nhờ lặp đoạn nghiên cứu ảnh hưởng số lượng vị trí khác mức bình thường đoạn nhiễm sắc thể hay gen Kiểu hình cá thể lặp đoạn trội, lặn hay trung gian có tác dụng tích lũy

trong công nghiệp sản xuất bia Lặp đoạn cịn có ý nghĩa quan trọng tiến hóa gen, tạo nguyên liệu cho chọn lọc tự nhiện

Trường hợp điển hình đột biến trội mắt thỏi Bar (B) nằm nhiễm sắc thể X ruồi dấm Trong trường hợp tăng đoạn, dị hợp tử +/B mắt bé mắt bình thường ít, hẹp cạnh nên có dạng kéo dài Ruồi đồng hợp BB có mắt bé Nếu lặp đoạn đơi (tăng bình thường đoạn) đột biến Bar kép có mắt nhỏ nữa, gọi “thỏi kép” Số đoạn lặp lại đến có mắt nhỏ Gen mắt thỏi B có tác dụng gia tăng theo chiều giảm kích thước mắt, số đoạn lặp nhiều mắt bé Có trường hợp khác, lặp đoạn có tác dụng theo chiều ngược lại, số đoạn tăng kiểu hình trở bình thường

5.1.3 Đột biến đảo đoạn (Invertion)

Là tượng đoạn nhiễm sắc thể bị đứt, quay góc 180o sau nối lại cũ Kết làm thay đổi vị trí xếp gen nhiễm sắc thể đoạn bị đảo Có thể đảo đoạn tâm, đảo đoạn tâm

Đảo đoạn tâm, đoạn đảo có mang tâm động cịn đảo đoạn ngồi tâm đoạn đảo khơng chứa tâm động

Ở thể dị hợp, đoạn đảo nhiễm sắc thể người ta thấy hình thành nút nhiễm sắc thể khơng có đảo đoạn hình thành vịng trịn thuận, cịn nhiễm sắc thể có đảo đoạn hình thành vòng ngược, nhờ mà locus tiếp hợp với

5.1.4 Đột biến chuyển đoạn (Translocation)

Chuyển đoạn kiểu cấu trúc lại nhiễm sắc thể mà đoạn bị đứt chuyển đến vị trí nhiễm sắc thể chuyển sang nhiễm sắc thể khác trao đổi đoạn nhiẽm sắc thể tương đồng không tương đồng

Chuyển đoạn chia thành nhiều kiểu: phạm vị nhiễm sắc thể gồm chuyển đoạn cánh khác cánh, nhiễm sắc thể không tương đồng chia ra: chuyển đoạn tương hổ không tương hổ Chuyển đoạn không tương hổ chia chuyển đoạn cuối chuyển đoạn

Chuyển đoạn tương hổ tượng nhiễm sắc thể không tương đồng trao đổi với đoạn bị đút Được chia thành chuyển đoạn đối xứng, hình thành hai nhiễm sắc thể, nhiễm sắc thể có tâm động, cịn chuyển đoạn khơng đối xứng, chuyển đoạn xẩy nhiễm sắc thể có tâm động nhiễm sắc thể không mang tâm động Hậu chuyển đoạn tương hổ tùy thuộc vào số lượng quan trọng locus đoạn chuyển Chuyển đoạn tương hổ dễ phát chuyển đoạn khơng tương hổ trừ trường hợp đoạn cho có kích thước dài Chuyển đoạn nhiễm sắc thể phát kính hiển vi giai đoạn trung kỳ phân chia tế bào

Người ta vào tiếp hợp giảm phân cặp nhiễm sắc thể tương đồng để phát chuyển đoạn Ở thực vật dựa vào hạt phấn bất dục cách phân bố nhiễm sắc thể đảo đoạn Sự chuyển đoạn làm chết hạt phấn nhiễm sắc thể khơng cân Có thể dễ dàng phát tỷ lệ hạt phấn hữu thụ bất thụ kính hiển vi Túi phơi tế bào sinh dục có nhiẽm sắc thể khơng cân không hoạt động Trong trường hợp đoạn chuyển có kích thước bé (có đoạn thiếu, có đoạn lặp lại bé) túi phơi hoạt động

Tóm lại nét riêng biệt chuyển đoạn thể dị hợp có mặt vòng tạo nên từ nhiễm sắc thể phân bào giảm nhiễm thường giảm khả sinh sản động vật thực vật

sắc thể nói chung q trình phân hóa nhiễm sắc thể thường thành nhiễm sắc thể giới tính

Tóm lại, đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể gây nhiều loại biến đổi: thay đổi kiểu hình, thay đổi nhóm liên kết hay hiệu vị trí, ảnh hưởng đến tiếp hợp giảm phân lần I thường đưa đến bất dục với tỷ lệ định gây chết Các đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể có ý nghĩa tiến hóa định, chúng tham gia vào chế cách ly loài

5.2 Đột biến số lượng nhiễm sắc thể

Ở tế bào soma hay tế bào sinh dưỡng, nhiễm sắc thể tồn thành cặp, cặp nhiễm sắc thể hai nhiễm sắc thể đơn có hình dạng, kích thước giống tạo nên nhiễm sắc thể lưỡng bội (2n) Trong tế bào sinh dục, tạo qua giảm phân, nhiễm sắc thể tồn thành đơn lẻ tạo nên nhiễm sắc thể đơn bội (n)

Trong số trường hợp tác động nhân tố làm cho số lượng nhiễm sắc thể nhiễm sắc thể thay đổi, người ta gọi đột biến số lượng nhiễm sắc thể hay đa bội thể

Đa bội thể hiểu theo nghĩa rộng tất hình thức thay đổi số lượng nhiễm sắc thể, thể có nhiễm sắc thể thay đổi số lượng gọi thể đa bội Hiện tượng tế bào thể có biến đổi số lượng nhiễm sắc thể gọi tượng đa bội thể

Số lượng nhiễm sắc thể loài thường bội số số gốc nhiễm sắc thể (n) ký hiệu x Tập hợp gen số gốc nhiễm sắc thể gọi gen (genom)

Đa bội thể phân thành: đa bội cân đa bội lệch Đa bội thể cân hay đa bội nguyên nhiễm sắc thể có bội số chẵn số nhiễm sắc thể x, ví dụ dãy đa bội cân 2x, 4x, 6x, 8x Dãy đa bội gồm bội số lẻ 3x, 5x, 7x gọi dãy không cân

Trong tự nhiên đa bội thể gặp phổ biến trồng hoang dại, động vật tế bào soma gặp thể đa bội

5.2.1 Tự đa bội thể (đồng nguyên đa bội thể) (Euploidy)

Nguyên nhân dẫn đến đa bội thể nguồn:

- Do phân bào giảm nhiễm bị rối loạn, dây tơ vô sắc bị đứt khơng hình thành, nhiễm sắc thể nhân đơi bình thường khơng phân ly tạo nên giao tử lưỡng bội Giao tử tham gia thụ tinh tạo nên hợp tử tứ bội (4x) kết hợp với giao tử bình thường khác tạo nên thể tam bội (3x)

- Do phân bào nguyên nhiễm xẩy khơng bình thường đỉnh sinh trưởng mô lưỡng bội khác Nhiễm sắc thể nhân đơi bình thường, tập trung thành nhiễm sắc thể kép mặt phẳng xích đạo tế bào, lại không phân chia tạo nên tế bào 4x Các tế bào tiếp tục nguyên phân tạo nên mơ, quan có nhiễm sắc thể 4x

- Do phân chia khơng bình thường hợp tử sau hợp tử hình thành tạo hợp tử có nhiễm sắc thể 4x Hợp tử phân chia tiếp tục để hình thành thể tứ bội (4x)

Như nói hình thành thể đa bội có đường là: tăng só lượng nhiễm sắc thể tế bào soma, tăng số lượng nhiễm sắc thể hợp tử tăng số lượng nhiễm sắc thể tế bào sinh dục

5.2.2 Dị đa bội thể (dị nguyên đa bội thể) (Alloploidy)

Hiện tượng thay đổi số lượng nhiễm sắc thể nhiễm sắc thể tổ hợp hai hay nhiều lồi

Ví dụ lồi A có nhiễm sắc thể 2n = 20, lồi B có nhiễm sắc thể 2n = 18, cho lai cá thể loài A với loài B, đời có nhiễm sắc thể 19 Số lượng nhiễm sắc thể khác với số lượng nhiễm sắc thể loài A khác so với loài B Trong nhiễm sắc thể con, số nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ A số có nguồn gốc từ B Các nhiễm sắc thể có nguồn gốc khác khơng tạo cặp tương đồng, giảm phân không xẩy tượng tiếp hợp không hình thành tứ tử, khơng hình thành giao tử đực, Do vậy, lai khác lồi thường khơng có khả sinh sản

5.2.3 Lệch bội (Thể lệch bội)

Thể lệch bội thể có thêm nhiễm sắc thể riêng rẽ nhiễm sắc thể loài

Nguyên nhân dẫn đến dị bội tác nhân đột biến làm đứt ức chế việc hình thành dây tơ vơ sắc hay số cặp Hiện tượng tạo nên giao tử dị bội (khơng bình thường), thụ tinh kết hợp với giao tử bình thường khơng bình thường tạo nên thể dị bội

Các dạng đa bội thể lệch - Thể (monosomic)

Các sinh vật lưỡng bội bị nhiễm sắc thể cặp, gọi thể đơn nhiễm, công thức gen 2n-1 Một nhiễm sắc thể đơn độc, khơng có nhiễm sắc thể tương đồng để tiếp hợp, giảm phân di chuyển cực tế bào, thường bị Thể đơn nhiễm tạo hai loại giao tử (n) (n-1)

Ở thực vật, nhiễm sắc thể sống với số biến dạng Ở động vật, nhiễm sắc thể làm cân di truyền nên thường bị chết bất thụ

- Thể ba (trisomic)

Thể lưỡng bội có dư nhiễm sắc thể cặp gọi thể tam nhiễm, có cơng thức gen 2n+1 Trong giảm phân, nhiễm sắc thể dư tiếp hợp với hai thành ba (tam trị) Nếu hai nhiẽm sắc thể cực, lẻ cực tạo hai loại giao tử (n+1) (n) tương ứng Tam nhiễm tạo kiểu hình khác nhau, phụ thuộc vào nhiễm sắc thể có Ở người, tam nhiễm nhiễm sắc thể 21 gây hội chứng Down

- Thể bốn (tetrasomic)

Khi cặp nhiễm sắc thể sinh vật lưỡng bội có thừa hai nhiễm sắc thể gọi tứ nhiễm, cơng thức gen 2n+2 Trong giảm phân nhiễm sắc thể tiếp hợp tạo thành bốn hay tứ tử có phân ly cực tương tự thể tự tứ bội

- Thể không

gây chết Một số đa bội thể thực vật sống cặp nhiễm sắc thể bù dắp nhiễm sắc thể lại gen

- Đa bội thể lệch người

Ở người nhiều hội chứng di truyền thể đa bội lệch làm thay đổi số lượng cặp nhiễm sắc thể giới tính đưa đến dạng hội chứng như: Turner (XO), Klinefelter (XXY), siêu nữ (XXX), siêu nam (XYY) YO

6 Di truyền học giới tính

Từ lâu nhà di truyền học qua tâm đến vấn đề giới tính Vì cá thể lồi, cha mẹ, mơi trường sống sinh lại có khác nhiều đực cái? Ở người vật nuôi có hai giới tính: đực Sự khác hai giới tính khác đặc điểm giới tính, gồm có đặc điểm sơ cấp đặc điểm thứ cấp Đặc điểm sơ cấp đặc điểm có liên quan trực tiếp đến hình thành giao tử đực, cái, cấu tạo, chức buồng trứng, dịch hoàn Đặc điểm thứ cấp đặc điểm không liên quan trực tiếp đến hình thành giao tử phản ánh mức độ biểu đặc điểm sơ cấp, cấu tạo thể, giọng nói, mùi vị, lơng, tiếng gáy gia cầm

6.1 Nhiễm sắc thể giới tính

Trong nhiễm sắc thể lưỡng bội (2n) loài đa số nhiễm sắc thể thường (autosome) có cặp nhiễm sắc thể giới tính Trên nhiễm sắc thể giới tính có gen qui định hình thành phát triển đặc điểm giới tính Nếu cặp có hai nhiễm sắc thể giống gọi thể đồng giao tử, cịn có hai nhiễm sắc thể khác gọi thể dị giao tử Ở người động vật có vú cá thể đồng giao tử (XX), cá thể đực dị giao tử (XY) Cơ thể đồng giao tử phát sinh giao tử cho loại giao tử (X), thể dị giao tử phát sinh giao tử cho hai loại giao tử (X Y)

6.2 Xác định giới tính động vật

6.2.1 Cơ chế XY, XX ZW, ZZ

Thí dụ: lợn, đực XY x XX

Giao tử

X Y X

Con

XX XY Con Con đực :

Ở gà Gà trống ZZ x Gà mái ZW

Giao tử

Z Z W

Con

ZZ ZW Gà trống Gà mái : 6.2.2 Đơn bội, lưỡng bội

Hình 25 Các hệ thống xác định giới tính động vật

Phần lớn trứng thụ tinh trở thành ong thợ Thường ong chúa thụ tinh lần đời

Sự xác định giới tính liên quan đến nhiễm sắc thể đơn bội hay lưỡng bội Con đực đơn bội cịn lưỡng bội, số chia ong chúa hữu thụ ong thợ bất thụ

Ở ruồi dấm diện nhiễm sắc thể Y quan trọng cho hữu thụ ruồi đực, khơng có vai trị xác định giới tính Các nhân tố xác định giới tính ruồi dấm nằm tất nhiễm sắc thể thường (autosome) trạng thái đối trọng với nhân tố xác định tính nhiễm sắc thể X Nếu đơn bội nhiễm sắc thể thường mang nhân tố xác định tính đực có giá trị nhiễm sắc thể X mang nhân tố xác định tính có giá trị

2

1 , qui ước A

đại diện nhiễm sắc thể đơn bội thường Ở ruồi đực bình thường (AAXY), tỷ lệ nhân tố xác định đực-cái là: 2:

2

1 nên cân lệch tính đực Ruồi bình thường (AAXX), lệch tính

Một số trường hợp bất thường, xác định giả thuyết cân di truyền, ruồi XXY cái, cịn XO đực

6.2.4 Giới tính xác định môi trường

Đây chế xác định giới tính gặp, xuất loài giun biển Bonellia viridis Các ấu trùng xuất sau thụ tinh sống tự thời gian, sống đáy biển trở thành chui vào khác sống ký sinh trở thành đực Cả đực có kiểu gen

6.2.5 Xác định giới tính thơng qua tuyến sinh dục

Sự biệt hóa tinh hồn hay buồng trứng từ tuyến sinh dục non chưa phân biệt đực qui định gen qui định tính đực nằm nhiễm sắc thể Y Những gen tổng hợp loại protein đặc biệt, gọi kháng nguyên H-Y, có bề mặt tế bào mang nhiễm sắc thể Y Gen kháng nguyên H-Y hoạt động sớm, lúc phơi chuột có tế bào Dù tế bào phơi chuột có kháng ngun này, kháng nguyên H- Y kích thích mầm sinh dục biệt hóa thành tinh hồn Khi phơi khơng có tế bào mang kháng nguyên này, mầm sinh dục biệt hóa thành buồng trứng

6.2.6 Xác định giới tính thơng qua tế bào sinh trưởng

hướng đực Khi khơng có tín hiệu hormon tế bào sinh trưởng phát triển theo hướng

Sự phát triển theo hướng đực tiến hành kiểm soát gen Tfm nằm nhiễm sắc thể X Gen qui định việc tổng hợp loại protein gắn vào testosterol, có tế bào chất tế bào đực Đây loại protein điều hịa, hoạt hóa gắn vào testosterol, hợp chất vào nhân tế bào kích thích hoạt động gen biệt hóa tính đực

Các đột biến gen Tfm

phát nhiều loài kể người gây nên hội chứng nữ hóa tinh hồn (testicular feminization) Các tế bào phôi đột biến không chịu tác động testosterol Kết thai có tinh hồn phát triển tế bào sinh trưởng phát triển theo hướng Tinh hồn tiết hormon đực kìm hãm phát triển vịi fallope tử cung, vật khơng có khả sinh sản

6.2.7 Xác định giới tính đơn gen

Ít có lồi trùng Hymenoptera có cá thể đực đồng hợp tử gen trạng thái đơn bội Gen Habrobracon juglandis có alen giới tính ký hiệu Sa, Sb, Sc, Sd, Se, Sg, Sf, Sh, Si Tất cá thể dị hợp tử SaSb, SaSc, SdSf Nếu cá thể đồng hợp tử alen Sa

Sa, ScSc .chúng phát triển thành giống đực lưỡng bội (thường bất thụ) Các cá thể đực đơn bội mang alen Sa

, Sc, Sg Sự xác định giới tính minh họa ví dụ sau:

P SaSb x Sa Cái lưỡng bội đực đơn bội Giao tử Sa Sb Sa F1 SaSa Sa SaSb Sb

đực lưỡng bội đực đơn bội lưỡng đực đơn bội Trong hệ lưỡng bội tỷ lệ là: Sa

Sa đực : SaSb đơn bội tỷ lệ : Sa đực : Sb đực

6.3 Sự di truyền liên kết với giới tính

với giới tính Sự di truyền có nhiều kiểu khác nhau, phụ thuộc vị trí gen đoạn nhiễm sắc thể giới tính

6.3.1 Sự phân hóa di truyền đoạn X Y

Các nhiễm sắc thể giới tính phân phần khác Các đoạn khác phát nghiên cuáu phân bào giảm nhiễm cá thể đực Khi tiếp hợp, đoạn mà nhiễm sắc thể X Y bắt cặp với coi tương đồng hay đoạn bắt cặp Các gen đoạn có di truyền X Y nhiễm sắc thể thường

Hình 26 Sự phân hóa di truyền

đoạn nhiễm sắc thể X Y

6.3.2 Các gen liên kết với nhiễm sắc thể giới tính X 6.3.2.1 Bệnh máu khơng đông

Hiện người ta phát dạng bệnh dạng A dạng B Cả dạng gen lặn liên kết giới tính nằm nhiễm sắc thể X qui định Bệnh phát người, chó

Bệnh máu không đông dạng A: xẩy máu người bệnh thiếu yếu tố tham gia vào q trình đơng máu, yếu tố VIII Yếu tố thúc đẩy việc tạo thrombin prothrombin, làm cho máu khó đơng bình thường Khi trẻ bị bệnh này, sinh nhận lượng lớn yếu tố VIII từ mẹ, sau trẻ lớn dần, lượng máu thể tăng dần làm cho hàm lượng yếu tố VIII giảm dần, lượng định bị phân hủy theo thời gian thể trẻ bị thiếu yếu tố Lúc vết thương nhỏ gây nguy hiểm cho trẻ máu khó đơng Nếu khơng có biện pháp can thiệp trẻ bị chết thay Nếu truyền máu trẻ vượt qua trưởng thành Tuy nhiên

người ta ghi nhận người mang bệnh thường sống không 40 tuổi

Tương tự người, chó bị bệnh thường chết lứa tuổi từ tuần đến tháng

Bệnh máu không đơng dạng B hay cịn gọi bệnh Christmas, phát lần gia đình họ Christmas, nguy nhiểm bệnh dạng A, khơng làm chết người, chó bị bệnh Bệnh hoạt động yếu tố đông máu thứ IX Bệnh gen lặn liên kết với nhiễm sắc thể X

Bố bình thường XY x Mẹ bình thường XhX Giao tử X Y Xh X Thế hệ Xh

X XhY XX XY

Cái bình thường, Đực mắc bệnh, Cái bình thường, Đực bình thường Do đó, khơng có can thiệp y học có trường hợp mẹ mang bệnh tiềm ẩn truyền lại cho trai Khơng có trường hợp bố truyền lại cho tất cá thể đực bị bệnh chết khơng có cá thể đực mang bệnh tiềm ẩn

6.3.2.2 Mèo tam thể

Ở mèo, màu lông đen gen lặn điều khiển liên kết với nhiễm sắc thể giới tính X, ký hiệu XB

trội khơng hồn tồn so với gen b (qui định màu lông nâu đỏ) Các mèo dạng XB

Xb có màu lơng: đen, đỏ nâu trắng chen lẫn Do mặt di truyền người ta quan sát sau: Mèo đực kiểu gen XBY có lơng màu đen

Mèo đực kiểu gen XbY có lông màu đỏ nâu

Mèo kiểu gen XB

XB có lơng màu đen Mèo kiểu gen XB

Xb có lơng tam thể Mèo kiểu gen Xb

Xb có lơng đỏ nâu

6.3.3 Các gen liên kết với nhiễm sắc thể giới tính Y

Thường nhiễm sắc thể Y chứa gen, chứa gen di truyền theo dòng đực (cho trai)

truyền từ cá cha cho cá đực, cá khơng có biểu tính trạng Đây thí dụ rõ di truyền liên kết với Y

Ở người có đặc điểm túm lông mọc dái tai, màng bơi tay (bệnh dính ngón thứ thứ 3), mi mắt thứ có di truyền liên kết với nhiễm sắc thể Y

6.4 Các tính trạng bị ảnh hưởng giới tính tính trạng bị hạn chế giới tính

6.4.1 Tính trạng bị ảnh hưởng giới tính (phụ thuộc giới tính)

Các tính trạng bị kiểm sốt giới tính cá thể gọi tính trạng bị ảnh hưởng giới tính Các gen chi phối tính trạng nằm cặp nhiễm sắc thể thường hay phần tương đồng nhiễm sắc thể giới tính Trong mối quan hệ tương tác gen môi trường để qui định kiểu hình cụ thể, có số gen thể chịu ảnh hưởng tác động hormon sinh dục đực khác Do vậy, biểu kiểu hình tính trạng khác giới tính Các alen biểu theo kiểu trội giống đực theo kiểu lặn giống ngược lại

Ví dụ đặc điểm có sừng khơng có sừng cừu

Cừu Dorset (cả giới có sừng) cho lai với cừu Suffolk (cả giới khơng có sừng), F1 nhận đực có sừng, khơng

có sừng F2 nhận đực (3 có sừng: khơng sừng), (3

khơng sừng : có sừng)

Ví dụ màu lơng vàng nhạt trắng bò Ayshire Nếu đực đồng hợp gen nâu, vàng nhạt trắng giao phối với đồng hợp gen lơng đỏ trắng tất đực F1 có lơng nâu, vàng nhạt

trắng, cịn có lơng đỏ trắng

Khi cho F1 giao phối với nhau, F2 có nâu,

vàng nhạt, trắng : đỏ, trắng đực, đỏ, trắng : nâu, vàng nhạt, trắng

6.4.2 Tính trạng bị hạn chế giới tính

Ví dụ, tính trạng cho sữa bị, cho trứng gia cầm xuất mà không xuất đực, đực có gen qui định tính trạng Vì vậy, chọn giống nhân giống vật nuôi cần quan tâm chọn đực tính trạng

Hình 27 Gen có sừng cừu biểu phụ thuộc giới tính

6.5 Điều hịa giới tính động vật

6.5.1 Điều hịa giới tính cá

Một số loài cá nhiệt đới, lồi có hai hệ thống xác định giới tính Do vậy, người ta chọn đôi giao phối để làm thay đổi tỷ lệ đực/cái hệ

Cá rô phi (Tilapia mossambica) có nguồn gốc Châu Phi, thuộc giống dị giao tử cái, cịn cá rơ phi Mã Lai thuộc giống dị giao tử đực Điều việc chọn đôi giao phối cho kết khác hệ

Sử dụng phép lai khác cho kết khác nhau: Trường hợp

Đời cá XX : cá đực XY : cá đực YY Trường hợp

Cá Mã Lai XX x cá đực Châu Phi YY Đời 100% cá đực XY

Phép lai cho đời tồn cá đực, thích hợp cho việc ni cá thịt đực lớn nhanh Đồng thời đực không sinh sản nên ao ni khơng bị tình trạng mật độ q đơng tuổi cá đồng nên dễ áp dụng biện pháp kỹ thuật ni dưỡng

6.5.2 Điều hịa giới tính động vật có vú

Thành tựu phát thể Barr (nhiễm sắc chất sinh dục) cho phép người ta chẩn đốn giới tính thai nhi sớm

Thể Barr vật thể giới tính, bắt màu sẩm, phát kỳ trung gian, nằm sát màng nhân, có tế bào khoang miệng, tế bào xoang ối tế bào âm đạo có cái, nữ giới mà khơng có đực, nam giới Thực nghiệm chứng minh rằng, thể Barr nhiễm sắc thể X bị bất hoạt di truyền (M Lyon, 1962), dạng dị nhiễm sắc chất (heterochromatin), có nguồn gốc từ cha hay mẹ xuất phơi non 12-14 ngày

Do đó, làm tiêu tế bào học người ta phát giới tính thai thơng qua diện thể Barr, sau định biện pháp nuôi dưỡng

Hiện người ta xây dựng kỹ thuật thụ tinh tế bào trứng thể mẹ, xây dựng điều kiện nuôi cấy phôi giai đoạn đầu, chẩn đốn giới tính thai chuyển ghép hợp tử để nuôi thể khác Kỹ thuật thực thành cơng thỏ, lợn, bị, cừu người

6.5.3 Điều hòa giới tính tằm (sinh sản đơn tính)

Austaurov tác động lên trình giảm phân để thực sinh sản đơn tính chăn ni tằm, sản xuất tơ Để tạo tằm XY, ông dùng nhiệt độ 45oC tác động 18 phút trình hình thành tế

Để tạo tằm đực, ông dùng tia X liều cao tác động lên trứng tằm 135 phút nhiệt độ 40oC Kết nhân trứng bị hủy hoại,

không tham gia tạo thành phôi Khi thụ tinh, ông nhận thấy trứng khơng nhân có nhiều tinh trùng xâm nhập có tượng hai nhân tinh trùng kết hợp tạo trứng thụ tinh XX, phát triển thành tằm đực

6.6 Ứng dụng di truyền liên kết giới tính chăn ni

6.6.1 Ứng dụng tạo giống gia cầm

Trong chăn nuôi giống gà trứng, việc phân biệt trống, mái sớm giúp ích nhiều cho người chăn ni việc tách đàn áp dụng qui trình nuôi dưỡng riêng biệt cho gà hậu bị

Trước đây, nhà chăn ni cố gắng tìm cách lựa gà mái ngày tuổi thông qua việc quan sát gai sinh dục lỗ huyệt gà Tuy nhiên việc chọn gà đòi hỏi kỹ thuật chun mơn độ xác phụ thuộc nhiều vào tính chất lành nghề người lựa gà Do nhà di truyền giống gà tìm cách tạo đàn gà đặc biệt, cho phép người chăn nuôi dựa vào tính trạng ngoại hình đó, liên kết với giới tính để chọn lựa trống, mái

6.6.2 Phân biệt giới tính gà nở thông qua tốc độ mọc lông

Tốc độ mọc lơng gà tính trạng di truyền, qui định gen K k, liên kết giới tính, nằm nhiễm sắc thể X Gen XK

qui định mọc lông muộn gen Xk

qui định mọc lông sớm

Gà 8-10 ngày tuổi, thuộc kiểu gen XkXk (gà trống) XkY (gà mái) có lơng cánh mọc dài tận lông đuôi mọc 1,2 cm

Trong gà lứa tuổi thuộc kiểu gen XK

XK, XKXk, XKY vãn chưa có lơng lơng cánh cịn ngắn

Khi cho lai gà trống mọc lông sớm (Xk

Xk) với gà mái mọc lông muộn (XKY), trống hệ sau (XK

Xk) mọc lông muộn, mái (XkY) mọc lông sớm Người ta ứng dụng công thức để chọn trống, mái theo độ dài lơng cánh lúc gà ngày tuổi, xác dến 95% 6.6.3 Phân biệt trống mái thông qua màu sắc lông

Màu lông vằn gà Plymouth biểu dãy sắc tố đen chen lẫn với dãy không sắc tố (trắng) điều khiển gen trội liên kết với giới tính, nằm nhiễm sắc thể X, ký hiệu XB

trội so với lông màu nâu đỏ gà Rhode Island Red, kỳ hiệu Xb

Khi cho lai gà trống Plymouth với gà mái Rhode Island Red tất gà sinh có lơng màu vằn Tuy nhiên cơng thức lai ngược lại cho tất gà trống có lơng vằn (XB

Xb) gà mái có lơng nâu đỏ (XbY) Do người ta áp dụng cơng thức để tạo đàn gà

khác biệt màu lơng phân biệt trống, mái gà nở Gà trống nở có màu trắng sáng có đốm trắng đầu, gà mái có lơng màu vàng nhạt

Công thức lai tương tự quan sát gà Sussex gà Rhode Island Red, màu lông ánh bạc gà Sussex gen điều khiển liên kết giới tính nằm nhiễm sắc thể X, gen trội so với màu lông nâu đỏ gà Rhode Island Red

7 Bản đồ gen động vật

7.1 Nguyên tắc lập đồ gen

Morgan người cho rằng, tần số trao đổi chéo hai gen xác định khoảng cách hai gen nhiễm sắc thể Khoảng cách hai gen gần khả xẩy trao đổi (tần số trao đổi chéo thấp), ngược lại khoảng cách hai gen xa khả xẩy trao đổi nhiều (tần số trao đổi chéo cao) Trong thí nghiệm Morgan, số liệu thu tái tổ hợp sử dụng để xác định mối quan hệ vị trí gen xếp thành đường thẳng nhiễm sắc thể, gọi đồ liên kết đồ gen, đồ di truyền

Bản đồ liên kết (hay đồ di truyền) sử dụng số liệu tần số trao đổi chéo giao tử (hoặc cá thể), tức tần số tái tổ hợp qua lai để xác định khoảng cách gen

Morgan Sturtevant nêu lên khoảng cách gen nhiễm sắc thể đo đơn vị đồ di truyền, 1% tần số trao đổi (tái tổ hợp) tương ứng với đơn vị Morgan (centimorgan, CM)

7.2 Bản đồ gen vật nuôi

Những năm gần người ta tiến hành cơng trình nghiên cứu vật ni bò, lợn, cừu, gia cầm để xây dựng đồ gen

bản đồ gen ngày thừa nhận rộng rãi phương pháp chủ yếu dể nghiên cứu di truyền sinh vật, bao gồm loại vật nuôi 7.2.1 Bản đồ gen gà

Các nhà khoa học giải mã gen gà cho thấy chúng có 60% tương tự với gen người, đồng thời có tổ tiên chung sống cách 310 triệu năm

Với ước tính khoảng 20.000-23.000 gen, đồ trình tự gen gà rừng lông đỏ, tổ tiên gà ni ngày nay, có số lượng gen gần tương tự với người Đây loài chim hậu duệ khủng long giải mã gen

Các nhà khoa học hy vọng cách phân tích gen gà, họ tìm hiểu thêm bệnh phát triển người hở vòm miệng, teo cơ, thay đổi DNA tuổi già gen phát triển phôi thai Trình tự gen giúp nhà nghiên cứu tạo loài gà chống bệnh tốt cho sản lượng cao, đồng thời giúp ngăn chặn phát tán virus virus cúm gà châu Á

"Việc giải mã gen gà cho nhìn mẻ gen người", Richard Wilson Đại học Washington, Giám đốc Hiệp hội quốc tế giải mã gen, nhận định

7.2.2 Bản đồ gen người

Một nhóm nhà nghiên cứu quốc tế công bố đồ chức chi tiết 21.000 gen người Internet Dự án đặt móng giúp giới khoa học tìm mối liên hệ giữ chức gen, sản phẩm chúng tác động lâm sàng gen sức khoẻ người

Trưởng nhóm nghiên cứu Takashi Gojobori thuộc Viện Di truyền quốc gia Nhật Bản cho biết: ''Chúng tin tưởng nhà nghiên cứu sử dụng sở liệu hiểu rõ bệnh người so với trước đây'' Tổng cộng có 152 nhà khoa học từ 40 viện nhiều nước bao gồm Mỹ, Australia, Trung Quốc, Hàn Quốc Nam Phi tham gia vào dự án phân tích chi tiết gen người mang tên H-Invitational

không mã hoá vật liệu di truyền, địa điểm tế bào nơi gen hoạt động, chế chuyển hoá, dự doán cấu trúc ba chiều protein so sánh với gen chuột

Dữ liệu chi tiết 21.037 gen kết nỗ lực nghiên cứu vòng hai năm liệu lớn thuộc loại Mặc dù đồ phác thảo gen người, công bố cách ba năm, thành tựu vĩ đại khoa học đại song bước Giới khoa học cần diễn dịch nguồn thông tin thơ, khổng lồ

Phân tích khoảng 4% gen người khuyết thiếu lắp ráp sai Theo GS Brookes, thành viên nhóm nghiên cứu, điều ủng hộ giả thuyết nhiều DNA người khơng có chức Ơng nói: ''Bộ gen người khơng phải nhà lập trình máy tính thiết kế Nó liên tục tiến hố Có đoạn gen phân tử DNA khơng làm việc nhiều Có thể chúng hoạt động tích cực song khơng chúng tiến hố chức đó''

8 Công nghệ tế bào động vật

8.1 Tế bào lai kháng thể đơn dòng

Kỹ thuật tế bào lai mở đường miễn dịch học, để sản xuất hàng loạt vacxin Kỹ thuật tế bào lai tạo

phịng thí nghiệm cách cho lai hai loại tế bào sinh kháng thể với loại tế bào ung thư

Trước phương pháp cổ truyền để sản xuất vacxin dùng tiêm chủng, tức tiêm kháng nguyên vào thể động vật thu kháng thể tạo thành huyết thanh, làm thành kháng huyết Chất lượng kháng huyết phụ thuộc vào hàm lượng kháng thể tạp chất lại

Gần người ta tạo kháng thể nuôi cấy tế bào, theo hướng phải định kỳ làm lại sau lần thu hoạch, điều kiện ni cấy, tình trạng tế bào dễ tiếp giáp nên thường tế bào phân chia số lần sau không tiếp tục Hiện với công nghệ di truyền, người ta giải khó khăn nêu trên, phát sử dụng loại tế bào ni cấy có khả phân chia khơng ngừng

một dòng tế bào cháu sinh từ tế bào, gọi dòng hay từ số tế bào loại tổ chức

Để có dịng tế bào có khả phân chia liên tục, người ta dã sử dụng loại tế bào ung thư Cho lai tế bào ung thư với loại tế bào động vật có vú với chức sản sinh kháng thể, tạo tế bào lai ni cấy, sinh sản liên tục để tạo khối lượng lớn kháng thể So với loại kháng thể thu thông qua vật ni cừu, ngựa, thỏ , loại kháng thể tuyệt đối tinh khiết

Hiện nhiều phịng thí nghiệm sử dụng phương pháp cho lai tế bào lách chuột nhắt miễn dịch (tạo kháng thể) với tế bào u tủy xương Tế bào lai sinh có khả phân chia bình thường, liên tục, tạo loại kháng thể có khối lượng lớn, đặc trưng cho dịng tế bào, gọi kháng thể đơn dòng

Sử dụng kháng thể đơn dòng nhanh chóng thay phương pháp miễn dịch huyết học thơng thường Nhờ tính đặc hiệu xác cao, sử dụng dễ dàng, kháng thể đơn dòng tạo hướng phát triển mạnh mẽ công nghệ tế bào

8.2 Lai khác loài tế bào soma động vật

Năm 1960, người ta chứng minh, nuôi cấy chung tế bào thuộc hai dịng khác nhau, chúng kết hợp với tạo thành tế bào lai, chứa gen hai tế bào ban đầu Những tế bào lai thu thí nghiệm kết hợp nuôi cấy tế bào dịng khác thể chuột Sau đó, ngồi tế bào lai lồi, người ta cịn thu tế bào khác loài lai chuột nhắt với chuột cống, chuột nhắt với gà chuột nhắt với người

Trong thực nghiệm lai tế bào người với tế bào chuột, dịch nuôi cấy, người ta đưa thêm vào số chất xúc tác polyethylenglycol, loại keo hữu đưa thêm loại vivus khử hoạt tính Vius có tiểu phần đặc thù, nhờ vius dễ dàng kết hợp với thụ quan tế bào vật chủ, tiểu phần có kích thước nhỏ nên chúng làm cầu nối hai tế bào từ hình thành thể lưỡng hạch hai nhân Sau hai hạch hịa với nhau, tạo thành nhân hợp chứa nhiễm sắc thể hai tế bào gốc ban đầu Gần người ta sử dụng xung điện cao áp thúc đẩy dung hợp hai tế bào

8.3 Tạo dịng vơ tính vấn đề nhân động vật

Vấn đề tạo dịng vơ tính phát triển ngày công nghệ sinh học đại, công nghệ di truyền, công nghệ xuất phát từ khái niệm sinh học

Sinh sản hữu tính hình thức sinh sản phổ biến sinh giới, sinh sản vơ tính tồn thể có cấu trúc tương đối đơn giản, thấy nhiều thực vật, sinh sản sinh dưỡng, dâm cành

Ở động vật bậc cao, sinh sản vơ tính tồn giai đoạn phát triển sớm hình thức biến dạng sinh sản hữu tính, hình thức đơn tính sinh, trinh sinh

8.3.2 Tạo dịng vơ tính động vật

Nói cách đơn giản kỹ thuật nhân nhiều cá thể từ tế bào vơ tính Năm 1952, Robert Briggs Thomas King thành cơng thí nghiệm, nhân trứng (nỗn bào) ếch thay nhân lấy từ tế bào phôi ếch khác Trứng tiếp tục lớn lên, phát triển ếch trưởng thành, di truyền giống hệt ếch cho nhân Bằng kỹ thuật này, người ta sản xuất số lượng lớn ếch giống hệt mặt di truyền

Thành cơng thực nghiệm nói chứng minh cho giả thuyết tế bào phơi sớm, hình thành chứa đựng nhân tố cần cho phát triển đầy đủ cá thể Nhưng với động vật bậc cao (có vú) vấn đề cịn khó khăn, đơn giản lưỡng thê, không đơn giản cà rốt, phong lan mọc lên từ tế bào ni cấy Tạo dịng vơ tính (clon) bao hàm tồn kỹ thuật nêu trên, tạo tập hợp thể giống hệt mặt di truyền

8.3.2.1 Cơng trình tạo cừu Dolly

Đây thành công Wilmut Campbell Đối tượng tế bào phôi nang mà tế bào lấy từ tuyến vú cừu Finn Dorset, sáu năm tuổi, lông trắng Ở thời kỳ tháng cuối từ cừu mang thai, thời kỳ tế bào tuyến vú biệt hóa cao độ phát triển Đen nuôi cấy invitro tế bào tuyến vú, để ngày môi trường nuôi cấy nghèo huyết với mục đích làm cho chu kỳ tế bào giảm từ từ ngưỡng hoàn toàn, giai đoạn gọi G1 Sau

của tế bào tuyến vú cừu trắng, tức tế bào soma biệt hóa cao độ, tách từ thể trưởng thành- thành công kỹ thuật dung hợp tế bào Thành cơng vượt lên cơng trình trước Những cơng trình trước thất bại tế bào phôi sử dụng để chuyển nhân không định vị giai đoạn G1 phát triển tới giai đoạn G2

(pha tăng trưởng) S (pha tái bản, tổng hợp DNA), cản trở dung hợp tế bào

Hình 28 Cừu Dolly

trong thực nghiệm có động vật có vú lớn nhân từ tế bào soma mà không cần có tác động tế bào sinh dục , ngồi sinh chất nỗn bào

Về chất lượng nói chung, nhân từ tế bào soma tạo đực, ưu việt theo ý muốn Tuy nhiên vấn đề cần tiếp tục kiểm tra vai trị bào chất trứng (nỗn) dung hợp với tế bào soma (tuyến vú) Bản chất trứng nhận nhân chuyển vào khởi động cho phát triển phơi, phải làm rõ chuyển genom mẹ vào genom phôi diễn Vai trò tế bào chất noãn thực nghiệm dung hợp Hiện cần phải làm rõ, có chuyển đổi phân tử bào chất noãn với nhân chuyển đến

Với phát triển công nghệ sinh học đại, công nghệ di truyền, thuật ngữ clone cloning bao hàm khái niệm mở rộng, dòng gen, tạo dòng tách dòng gen; kỹ thuật phân lập gen quan trọng, cần thiết, qua vector đưa gen vào thể vật chủ, vi khuẩn, nấm men biến vật chủ thành nhà máy tổng hợp sản phẩm

các gen trên, enzym, hormon để sản xuất sản phẩm sinh học insulin, interferon, somatostatin

8.3.2.2 Chuột nhân

Các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Pháp tuyên bố nhân thành công chuột lẫn chuột đực Như vậy, loài gặm nhấm thức gia nhập danh sách động vật nhân từ tế bào trưởng thành

Chuột nhân muộn so với cừu, dê, bò, lợn, la ngựa giới khoa học gặp phải khó khăn độc vơ nhị việc kiểm soát phát triển trứng giải đoạn đầu trình nhân Chuột tiến hoá để sinh sản nhanh trứng chúng bắt đầu kích hoạt rời buồng trứng Điều có nghĩa trứng chín q nhanh nên chun gia khơng có đủ thời gian để rút nhân Họ buộc phải tìm kỹ thuật vượt qua trở ngại

Để nhân chuột, nhà nghiên cứu lấy trứng số cá thể chuột cho trứng tiếp xúc với loại protein Protein dừng q trình kích hoạt trứng để trứng khơng chín q nhanh Bằng cách đó, họ rút DNA (nhân) trứng thay DNA lấy từ tế bào trưởng thành Tế bào trưởng thành chích từ phơi chuột Kỹ thuật gọi chuyển nhân tế bào xoma sử dụng để nhân cừu Dolly Kết họ thu 129 phôi sống

Hình 29 Chuột nhân bản

Sau đó, phơi sống phân chia cấy vào tử cung chuột (65 phơi vào cá thể chuột 64 phơi cịn lại vào khác) Tuy nhiên, việc nhân động vật khác, tỷ lệ thất bại Việc nhân chuột không

phải nhằm mục đích hồn thiện kỹ thuật nhân người Theo nhóm nghiên cứu, thành cơng giúp giới khoa học dễ dàng tạo chuột bị mắc bệnh giống người, phục vụ trình nghiên cứu nhằm tìm phương pháp điều trị hiệu hơn, cụ thể thử nghiệm thuốc liệu pháp

là cao Hai bà mẹ sinh chuột Một chết sau chào đời Chuột sống sót giống hệt tế bào trưởng thành mặt di truyền Kỹ thuật lặp lại tạo chuột khoẻ mạnh Theo Fraichard, thành viên nhóm nghiên cứu, chuột nhân ''phát triển bình thường trưởng thành'' Hai hệ chuột khỏe mạnh chào đời sau nhóm nghiên cứu cho cặp chuột nhân giao phối với

Cơng nghệ nhân mở rộng chứng bệnh mà chuột mắc phải giống người Các chuyên gia coi thành công bước tiến quan trọng nghiên cứu y học Bước nhóm đưa gen người vào chuột nhân sử dụng chúng để nghiên cứu liệu pháp điều trị bệnh liên quan tới gen Gen liên quan tới chứng rối loạn chuyển hoá di truyền người Tuần trước, nhà khoa học Mỹ tuyên bố nhân người vào cuối năm

8.3.2.3 Hươu nhân

Con hươu đặt tên ''Dewey'' Nó chào đời vào tháng 5, năm 2004 Tuy nhiên, hôm (23/12), nhóm nghiên cứu tun bố thành cơng họ phải tiến hành phân tích DNA để khẳng định có gen giống hệt gen hươu cho tế bào

Mark Westhusin, trưởng nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Texas A and M, cho biết: ''Dewey phát triển bình thường dường khoẻ mạnh'' Nó hươu nhân thành cơng

Hình 30 Hươu nhân

Để tạo Dewey, nhà khoa học trích da hươu đực Nam Texas tiêm DNA vào trứng rút nhân Hươu đuôi trắng động vật

hươu khác Sau đó, họ cấy phơi vào tử cung hươu Theo Westhusin, ông đặc biệt quan tâm theo dõi phát triển Dewey

như gạc Ơng nói: ''Sự phát triển gạc hươu độc vơ nhị'' 8.3.2.4 Bị nhân

Các nhà khoa học Australia khẳng định họ người nhân bò theo phương pháp mới, nhằm cho phôi khoẻ mạnh Sản phẩm Brandy, bê tháng tuổi giống Holstein-Fresian chào đời hồi tháng 12 vừa qua

Hình 31 Bị nhân

Các nhà khoa học trộn chất dinh dưỡng lấy từ trứng thụ tinh vào phôi nhân bản, trước đặt phôi vào tử cung bà mẹ thay thế, nhờ thúc đẩy việc tái tổ chức DNA "Bằng việc bổ sung thêm chất dinh dưỡng vào phôi nhân bản, cải thiện chất lượng phôi"

Trong kỹ thuật nhân trước kia, nhà khoa học cấy tế bào đơn lẻ vào trứng (đã bỏ DNA), đưa phôi vào tử cung bà mẹ thay để mang thai Phương pháp dùng việc nhân nhiều động vật, cừu Dolly vào năm 1997, phơi cấy ghép sống sót qua thời kỳ thai nghén Nguyên nhân tượng trục trặc việc tái lập trình, ảnh hưởng đến phát triển bào thai

Nhóm nghiên cứu cho kỹ thuật thích hợp để nhân rộng gen tốt bầy, cải thiện chất lượng sữa bò

8.3.2.5 Ngựa nhân

Các nhà khoa học thuộc Phịng thí nghiệm cơng nghệ sinh sản Milan, Italia, thành công việc nhân ngựa giới Con ngựa tên gọi Prometea chào đời cách 10 tuần dường hoàn toàn khoẻ mạnh

Để tạo Prometea, nhà khoa học sử dụng kỹ thuật chuyển hạt nhân, phương pháp dẫn tới đời cừu Dolly - động vật có vú nhân giới Họ lấy tế bào da từ ngựa Ảrập chủng, trưởng thành, kết hợp ADN tế bào với trứng rút nhân ngựa khác Tiếp đến, phôi cấy trở lại tử cung ngựa Ảrập sau ni phịng thí nghiệm vài ngày

Trong số 841 phơi tạo ra, có phơi đực, 14 phôi phát triển tới giai đoạn ''túi phơi'' sơ khai sau ngày ni phịng thí nghiệm 17 phơi cấy vào tử cung ngựa song có ca mang thai Prometea, chào đời sau 336 ngày, ngựa cịn sống sót

Hình 32 Ngựa nhân bản Các động vật nhân trước đây, bao gồm cừu Dolly, nhận

ADN từ cá thể trưởng thành song lại nuôi động vật mang thai hộ, khơng có quan hệ với chúng (ADN lấy từ động vật cần nhân tiêm vào trứng rút nhân cá thể lồi Sau đó, phơi cấy vào tử cung động vật cho trứng - bà mẹ mang thai hộ) Điều có nghĩa gene động vật nhân hoàn toàn khác biệt với mẹ sinh chúng Tuy nhiên, Prometea lại nuôi tử cung ngựa cho ADN

Thành công thách thức quan điểm để phơi thai sống sót, phơi cần hệ miễn dịch bà mẹ thừa nhận khác biệt Sự kiện có ý nghĩa quan trọng giới khoa học nhân thêm loài động vật ngồi cừu, chuột, bị, dê, thỏ, mèo, lợn, lừa

Nhân ngựa khó khăn chuyên gia bỏ nhiều cơng sức nghiên cứu Con la nhân có tên Idaho Gem chào đời đầu năm Mỹ, nhiều năm sau giới khoa học nhân thành cơng bị, dê lợn Galli cho biết, kỹ thuật tạo Prometea, giới khoa học nhân ngựa thiến đoạt giải vô địch đua Ơng nói: ''Mọi người quan tâm tới việc nhân động vật chúng khơng thể sinh sản bị thiến cịn trẻ'' Tuy vậy, quy định cấm ngựa nhân tham gia đua Ngồi ra, khơng có đảm bảo hệ ngựa nhân đoạt chức vô địch

Sự kiện Prometea chào đời làm dấy lên lo ngại phụ nữ sinh giống hệt họ Nếu kỹ thuật thành cơng ngựa, hiệu người Tuy nhiên, không nên lo lắng nhân người hành vi bất hợp pháp nhiều quốc gia

8.3.2.6 Lợn nhân

Cơng trình nghiên cứu Trường Đại học Missouri Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ cho thấy lợn choai nhân (cloning) khơng có hệ miễn dịch tự nhiên để chống bệnh lợn không cloning

Các nhà khoa học cho lợn cloning (chúng nhân Trường Đại học Missouri) tiếp xúc với độc tố phát sinh tự nhiên (có tên lipopolysaccharide) lúc với 11 lợn nguồn gen không cloning

Hình 33 Lợn nhân bản Những lợn, bị cloning, có tỉ lệ chết lúc sơ sinh cao so với vật khơng cloning, nhiều chết nhiễm khuẩn

Lúc sinh, lợn cloning không cloning, tiếp nhận khả phịng bệnh thơng qua tiêu thụ sữa đầu, vật chất tự nhiên sữa mẹ truyền cho con Sữa đầu giúp cho non phòng vệ hệ miễn dịch thân bắt đầu hoạt động Các nhà khoa học khuyến cáo lợn cloning dùng nghiên cứu không dùng làm thực phẩm

Một cô mèo nhà tháng tuổi, ngộ nghĩnh, xinh xắn với biệt danh “Cc”, vừa chào đời Mỹ Đây thành cơng chương trình thí nghiệm

nhằm giúp người có vật yêu quý họ.“Cô bé chào đời

rất khỏe mạnh dường hồn tồn bình thường”, nhà nghiên cứu Mark Westhusin cộng ĐH Texas A&M cho biết Mèo ta làm dài thêm danh sách động vật nhân từ tế bào trưởng thành, bắt đầu với cừu Dolly, lợn, dê, bò, chuột sinh vật giống bò - ming

Các nhà khoa học tạo Cc cách cấy ADN từ mèo tam thể vào tế bào trứng bỏ nhân Sau đó, họ cấy phơi vào tử cung mèo mướp thay Cc đời với màu lơng sản phẩm nhân Nó trơng gần giống bà mẹ di truyền (bà mẹ thực), lại khác với mèo mướp sinh (mẹ thay thế) Các nhà khoa học cho

rằng, nguyên nhân tượng màu lơng khơng yếu tố gene quy định, mà ảnh hưởng điều kiện tử cung Trong số 87 phôi nhân cấy ghép, Cc sống sót 8.3.2.7 Chó nhân

Các nhà khoa học Hàn Quốc vừa tạo

ra chó nhân Một số chết sau sinh, chó săn Afghan khoẻ mạnh sau 16 ngày

Chú cún Snuppy gia nhập danh sách động vật nhân toàn giới, bao gồm cừu Dolly, mèo CC chuột Ralph Các nhà khoa học hy vọng việc nhân chó giúp họ tìm cách điều trị số bệnh nguy hiểm người

"Chó có nhiều tính cách giống người", nhà nghiên cứu đứng đầu Woo Suk Hwang Đại học Quốc gia Seoul, phát biểu "Một số bệnh

Hình 35 Chó nhân bản Hình 34 Mèo nhân bản

chúng tương tự Vì nhân chó thành cơng giúp ích nhiều việc tìm phương pháp chữa bệnh cho người Đây mục tiêu nghiên cứu chúng tôi"

Snuppy tạo từ tế bào tai chó săn đực tuổi Các nhà khoa học lấy chất liệu gene từ tế bào tai đặt vào tế bào trứng rỗng Trứng kích thích để phân chia phát triển thành phôi thai Khi đó, đưa vào thể mẹ, chó tha mồi lơng vàng Chú chó Afghan sinh sau 60 ngày nằm bụng mẹ

Nhiều loài động vật khác nhân thành công, việc nhân chó vơ khó khăn Nhóm Hàn Quốc giữ bào thai số 1.000 phôi thai chuyển sang 123 bà mẹ thay Trong số đó, bị sảy thai, chết sau sinh, Snuppy cịn sống sót Con chó lông xù, vật nhân khác, tạo nhiều mối lo ngại vấn đề đạo đức toàn cầu

Câu hỏi ôn tập chương

1 Thế nhiễm sắc thể? Hãy nêu cấu trúc nhiễm sắc thể? Thế thể lưỡng bội, đơn bội? Thế kiểu nhân, nhân đồ?

2 Thế chu kỳ tế bào?

3 Hãy trình bày trình phân chia nguyên nhiễm tế bào động vật? Ý nghĩa phân chia nguyên nhiễm?

4 Hãy trình bày trình phân chia giảm nhiễm? Ý nghĩa phân chia giảm nhiễm?

5 Hãy cho biết điểm giống khác phân chia nguyên nhiễm phân chia giảm nhiễm?

6 Hãy cho biết trình hình thành giao tử động vật? Tại có tượng liên kết gen?

8 Hãy trình bày thí nghiệm Morgan ruồi dấm liên kết hoàn tồn khơng hồn tồn?

9 Thế tượng tái tổ hợp? Nguyên nhân dẫn đến tái tổ hợp gen? 10 Người ta sử dụng tần số tái tổ hợp để làm gì? Tại sao?

11 Thế đột biến nhiễm sắc thể? Hãy nêu trường hợp đột biến cấu trúc số lượng nhiễm sắc thể?

12 Nguyên nhân dẫn đến đột biến số lượng nhiễm sắc thể?

13 Thế nhiễm sắc thể giới tính? Hãy nêu đặc điểm giới tính? Sự hình thành giới tính phân ly giới tính động vât?

14 Thế di truyền liên kết với giới tính? Trình bày tượng di truyền liên kết với giới tính màu mắt ruồi dấm? Di truyền liên kết với giới tính màu sắc lông gà, máu không đông người?

15 Ứng dụng di truyền liên kết với giới tính thực tiễn chăn nuôi? 16 Hãy nêu số phương pháp điều khiển hình thành giới tính động vật?

17 Hãy cho biết tính trạng bị ảnh hưởng giới tính bị hạn chế giới tính? Cho ví dụ?

Chương

DI TRUYỀN PHÂN TỬ

VÀ KỸ THUẬT DI TRUYỀN ỨNG DỤNG TRONG NHÂN GIỐNG ĐỘNG VẬT

Đến năm 1940, di truyền học cổ điển gọi “di truyền học hình thức” vào kết lai hay quan sát tế bào học mà suy đoán gen Gen có chất nào? Nó thực chức sinh hóa sao? Đó vấn đề bỏ ngõ

Năm 1941, G Beadle E Tatum nghiên cứu đột biến sinh hóa nấm mốc Neurospora crassa nêu lên giả thuyết gen - men - tính trạng, cho thấy, gen xác định tính trạng thơng qua việc điều khiển tổng hợp enzym, chất xúc tác phản ứng sinh hóa Tiếp theo, đối tượng vi sinh vật bắt đầu sử dụng rộng rãi tạo buớc phát triển nghiên cứu di truyền

Vào năm 40, J Lederberg, với cơng trình dã góp phần đưa vi khuẩn trở thành đối tượng sử dụng nhiều sinh học phân tử, vi khuẩn E coli

Nhiều nhà vật lý, hóa học chuyển sang nghiên cứu di truyền học ứng dụng phương pháp nghiên cứu sinh học

Việc xác định DNA vật chất di truyền mở cho nghiên cứu phân tử cấu tạo chức gen Năm 1944, Oswald Avery, Colin Mc Leod Maclyn McCarty nghiên cứu Streptococcus pneumonie, vi khuẩn gây viêm phổi, dựa vào quan sát trước Fred Griffiths phát tượng biến nạp chứng minh DNA nhân tố gây biến nạp, làm thay đổi kiểu di truyền phế cầu khuẩn D pneumonie Alfred Hershey Martha Chase (1952) củng cố thêm kết luận thực nghiệm thực khuẩn thể (bacteriophage), virus có khả xâm nhiễm vi khuẩn E coli

là sở cho chế tự chép phân tử DNA hệ tế bào chế tổng hợp RNA từ khuôn DNA

Học thuyết trung tâm sinh học phân tử đời

DNA mRNA protein Sao chép phiên mã dịch mã

Vào cuối năm 70, xuất loạt kỹ thuật tạo cách mạng sinh học phân tử Với enzym cắt hạn chế, người ta cắt phân tử DNA vị trí xác định thành đoạn có kích thước mong muốn, gắn chúng vào vector, chuyển vào tế bào vi khuẩn Việc nuôi cấy tế bào vi khuẩn cho phép thu hồi lại lượng lớn DNA cần Đó phương pháp tạo dịng Sau đó, người ta hồn thiện phương pháp xác định nhanh trình tự DNA Như nhà sinh học không ngồi đếm nhiễm sắc thể hay thiết lập đồ gen dựa vào đột biến lai, họ nắm đến nucleotit đoạn DNA Hơn nữa, họ cịn tùy ý tạo đột biến đoạn DNA chuyển chúng trở vào tế bào để nghiên cứu chức gen loại tế bào xác định, xác định trình tự tồn gen người, giải vấn đề bệnh ung thư, phát triển phôi, biệt hóa mơ

1 DNA vai trị di truyền

Vào năm 1868, Miescher, nhà sinh hóa học người Thụy Điển, phát nhân tế bào bạch cấu chất protein ông gọi nuclein (chất nhân) Về sau thấy chất có tính axit nên gọi nucleic axit Có hai loại desoxyribonucleic axit (viết tắt DNA) ribonucleic axit (viết tắt RNA) Chất mà Miesher tìm DNA Năm 1914, nhà bác học Đức R Fulgen tìm phương pháp nhuộm màu DNA Năm 1944, vai trị mang thơng tin di truyền DNA chứng minh đến năm 1952 công nhận

1.1 Chứng minh gián tiếp

Nhiều số liệu cho thấy có liên quan chặt chẽ DNA vật chất di truyền

Thứ hai, Tất tế bào sinh dưỡng loại sinh vật chứa lượng DNA ổn định, không phụ thuộc vào phân hóa chức hay trạng thái trao đổi chất

Thứ ba, số lượng DNA tăng theo bội số nhiễm sắc thể tế bào Ở tế bào sinh dục, đơn bội (n) có số lượng DNA tế bào sinh dưỡng, lưỡng bội (2n) có số lượng DNA tăng lên gấp đơi

Thứ tư, tia tử ngoại (uv) có hiệu gây đột biến cao bước sóng 260 nm, bước sóng mà DNA hấp thụ tia tử ngoại nhiều

1.2 Bằng chứng trực tiếp chứng minh axit nucleic vật liệu di truyền

1.2.1 Hiện tượng biến nạp

Thí nghiệm Griffiths, 1928 phế cầu khuẩn Diplococcus pneumonie gây bệnh viêm phổi cho động vật có vú

Hình 36 Thí nghiệm biến nạp chuột a/ Tiêm vi khuẩn S sống gây bệnh cho chuột chuột chết b/ Tiêm vi khuẩn R sống không gây bệnh chuột sống c/ Tiêm vi khuẩn S nung nóng cho chuột chuột sống

d/ Hỗn hợp vi khuẩn S bị đun chết trộn với vi khuẩn R sống đem tiêm cho chuột chuột chết Trong xác chuột có vi khuẩn S R

Nòi R: khơng có vỏ bọc, có phân tử DNA, ni cấy cho khuẩn lạc khơng trơn, bóng, khơng có khả gây bệnh

Tiêm nịi S cho chuột, chuột chết Tiêm nòi R cho chuột, chuột sống Nung nóng nịi S tiêm cho chuột, chuột sống Trộn lẫn nịi S nung nóng với nòi R, tiêm cho chuột, chuột chết Ở có yếu tố từ nịi S bị giết chết chuyển sang nịi R (khơng gây bệnh) làm thay đổi đặc điểm nòi R Khi chuyển sang nịi R, làm cho nịi R từ chổ khơng gây bệnh trở nên gây bệnh

Năm 1944, T Avery, Mc Leod McCarty tách chiết DNA nịi S đem cho vào tế bào ni cấy chủng R Kết số khuẩn lạc biến thành dạng trơn, bóng: chúng biến nạp Đặc biệt phân hủy DNA DNAse tượng biến nạp không xẩy Các tác giả chứng minh DNA nhân tố biến nạp làm thay đổi kiểu di truyền phế cầu khuẩn

Ngày thực biến nạp sinh vật Eucaryotae nấm men, tế bào thực vật, tế bào chuột tế bào người, chí thực biến nạp lồi khác Do đó, biến nạp coi phương tiện chung để chuyển gen sinh vật

1.2.2 Sự xâm nhập DNA virus vào vi khuẩn

Năm 1952, A Hershey M Chase tiến hành thí nghiệm với bacteriophage T2 (thực khuẩn thể) cho xâm nhập vi khuẩn Escherichia coli

(E coli)

Phage T2 có cấu tạo đơn giản gồm vỏ protein phân tử DNA bên

trong Khi cho phage T2 vào vi khuẩn, chúng gắn lên bề mặt bên ngoài,

một phần chất xâm nhập vào vi khuẩn sau 20 phút làm tan tế bào vi khuẩn, phong thích nhiều phage

Thí nghiệm A Hershey M Chase nhằm xác định, chất phage vào bên tế bào vi khuẩn: DNA, protein hay hai chất

Vì DNA chứa nhiều photpho (P) khơng có lưu huỳnh (S) cịn protein chứa nhiều lưu huỳnh khơng có photpho, nên phân biệt DNA protein nhờ đồng vị phóng xạ P S

Phage ni vi khuẩn nhiễm đồng vị phóng xạ P32

phần ngồi vi khuẩn có chứa nhiều S35, P32, chứng tỏ phần lớn

protein vỏ phage nằm tế bào vi khuẩn Phân tích phần bên tế bào vi khuẩn thấy chúng chứa nhiều P32 S35

Hình 37 Vật chất di truyền phage DNA

Điều chứng tỏ DNA phage đựơc bơm vào tế bào vi khuẩn, thơng tin di truyền chứa DNA dùng để tổng hợp virus

2 Thành phần hóa học cấu trúc phân tử DNA

2.1 Thành phần hóa học

Phân tử DNA chất trùng hợp (polymer), polynucleotit Nó tạo nên nối liền đơn phân (monomer)

Mỗi monomer gồm thành phần:

- Đường pentose (5 carbon) - desoxyribose

- Base nitơ gồm nhóm purine: Adenine (A) Guanine (G) pyrimidine : Thymine (T) Cytosine (C)

Đường pentose gắn với base nitơ vị trí C1 tạo nên nucleoside

Nucleoside gắn thêm nhóm phosphate vào C5 đường pentose

thành nucleotid

Hình 38 Cấu tạo base nitơ

2.2 Mơ hình xoắn kép DNA J Watson F Crick

sung Có nghĩa adenine mạch liên kết với thymine mạch kia, guanine mạch liên kết với cytosine mạch ngược lại Giữa adenine với thymine liên kết với cầu nối hydro, guanine với cytosine liên kết với cầu nối hydro

Hình 40 Sơ đồ cấu trúc mạch phân tử DNA theo Watson-Crick

luật A = T; G = C, tức 1; C T G A C G T

A , tỷ số

1 C G

T A

, loài sinh vật khác nhau, tỷ số đặc trưng cho lồi, dựa vào phân biệt loài với Sinh vật bậc cao, tỷ số

1  C G T A

, sinh vật bậc thấp, tỷ số 1 C G

T A

Từ năm 1953 trở lại nay, mơ hình phân tử DNA J Watson F Crick trung tâm nghiên cứu di truyền học sinh học phân tử, Watson Crick nhận giải thưởng Nobel vào năm 1962

Mỗi vòng xoắn phân tử DNA gồm có 10 cặp nucleotid, chiều dài 34 Ao; đường kính phân tử DNA 20Ao

Sự xếp mạch theo kiểu đối song song, đầu 5’P (nhóm P tự gắn với C5 đường) đối diện với 3’OH (nhóm OH gắn với C3

đường) ngược lại

5’P 3’OH 3’OH 5’P 3 Sao chép DNA

Watson Crick cho rằng, hai mạch phân tử DNA tách liên kết hydro cặp base bị đứt, mạch làm khuôn cho việc tổng hợp mạch mới, tương tự với mạch cặp trước

Kết phân tử DNA ban đầu (mẹ) qua trình chép cho hai phân tử DNA (con) giống hệt Mỗi phân tử mang mạch cũ mạch Kiểu chép gọi chép bán bảo tồn

Những nghiên cứu tìm chế phân tử trình chép DNA Đó q trình phức tạp, phải trải qua chế chung sau:

- Các liên kết hydro gắn hai mạch với phải bị phá vỡ hai mạch phải tách ra, từ mạch kép trở thành hai mạch đơn

- Có đủ loại nucleosid triphosphate (ATP, TTP, GTP, CTP) bắt cặp với mạch đơn khuôn

- Mạch tổng hợp theo hướng 5’P - 3’OH, nucleotid nối lại với liên kết phosphodieste

Mỗi bước điều khiển enzym đặc hiệu thực cách nhanh chóng, xác

3.1 Các enzym, protein tham gia vào trình tái DNA

- DNA polymerase I loại enzym phát đầu tiên, lúc đầu người ta cho loại enzym có vai trị chủ yếu tái DNA Về sau người ta phát enzym DNA polymerase II DNA polymerase III

- DNA polymerase II có chức xác định bắt đầu tổng hợp phân đoạn DNA kết thúc tổng hợp DNA

- DNA polymerase III enzym tham gia chủ yếu vào tái DNA kéo dài dần chuỗi tổng hợp Loại enzym có khoảng 10 phân tử tế bào, chúng có tốc độ tổng hợp DNA nhanh nhiều lần so với DNA polymerase I DNA polymerase II

-Trên phân tử DNA dạng vịng vi khuẩn E coli có khoảng 400.000 vòng xoắn, nên tháo xoắn phải xẩy theo chế tối ưu để tháo xoắn không làm rối loạn cấu trúc Sự tháo xoắn tạo đứt điểm định mạch đơn trình tái bản, chổ đứt nhanh chóng sửa chữa sau tháo xoắn Enzyn tham gia vào sửa chữa DNA gyrase (hay topoisomerase)

- Ngồi cịn có enzym khác như: Enzym “rep” mở xoắn chuỗi xoắn kép, RNA primerase tổng hợp đoạn mồi RNA ngắn để tạo nhóm 3’OH, enzym DNA ligase nối đoạn DNA ngắn (đoạn Okazaki) thành phân tử DNA dài Bên cạnh đó, trình tổng hợp DNA cịn thấy có vai trị protein DNA-B nhận đánh dấu điểm khởi đầu tái bản, protein SSB bám vào hai mạch đơn ổn định để thực trình tái DNA

3.2 Các giai đoạn chép

3.2.1 Khởi

enzym gyrase nới lỏng vòng xoắn DNA phía protein B tách xa vị trí ban đầu tạo phểu tái bản, phểu tái có chạc, gọi dạng chữ Y Hai phân tử enzym “rep” tháo xoắn chuỗi xoắn kép DNA để bẻ gãy dần liên kết hydro mạch kép DNA Vì hai mạch đơn tách Quá trình cần dùng lượng ATP Các protein làm căng mạch (SSB-Single Strand Binding), gắn với mạch đơn DNA làm chúng tách nhau, ngăn cho hai mạch không chập lại với để tạo thuận lợi cho chép

3.2.2 Nối dài phân tử DNA

Sự khởi đầu tái DNA địi hỏi có yếu tố mồi (primer) Yếu tố giữ chức khởi động Enzym DNA polymerase III có khả xúc tác việc hình thành mạch đơn DNA theo hướng 5’-3’, việc lắp ráp nucleotit vào sợi khn chiều 3’ sợi khuôn

Nghĩa kéo dài (elongation) thực gắn thêm nucleotit vào đầu có OH cacbon 3’ tự Để tạo nhóm 3’OH, enzym primase bám vào đầu 3’ mạch gốc tổng hợp nên đoạn mồi ngắn khoảng 8-10 ribonucleotit Như vậy, enzym primase làm nhiệm vụ khởi động để sau enzym DNA polymerase III xúc tác tạo thành liên kết photphodieste nhóm 3’OH tự đoạn mồi nguyên tử photpho phía nucleotit triphotphat gắn vào đoạn mồi Sự nhận biết nucleotit triphotphat gắn vào đoạn mồi phụ thuộc vào kiên kết đôi base bổ sung môi trường nội bào với nucleotit đối diện mạch khuôn DNA polymerase III xúc tác phản ứng trùng hợp hóa, liên kết nucleotit vào đầu đoạn mồi

Mạch khn có chiều 3’OH - 5’P DNA-polymerase gắn vào tổng hợp mạch bổ sung theo chiều 5’P - 3’OH Mạch gọi mạch trước (mạch sớm), trình chéo thực liên tục, từ vào trong, hướng vào chẻ ba chép

Trong mạch khn theo hướng 5’P-3’OH, việc tổng hợp có phức tạp thực từ chẻ ba chép ngoài, mạch hoàn thiện muộn gọi mạch sau hay mạch muộn

Việc tổng hợp mạch đơn DNA mạch gốc 5’-3’ theo chiều ngược tạo đoạn ngắn, gọi đoạn Okazaki Theo Okazaki đoạn có từ 1000 đến 2000 nucleotit Trước tổng hợp, phân đoạn Okazaki tổng hợp đoạn mồi RNA để tạo nhóm 3’OH để sau nhờ tác dụng enzym DNA polymerase III kéo dài tiếp chuỗi polydezoxyribonucleotid Các nucleotid gắn vào đầu 3’OH đoạn mồi để kéo dài theo chiều 5’-3’ tạo đoạn Okazaki Sau đoạn Okazaki hình thành enzym DNA polymerase I vào thay vị trí DNA polymerase III, phân hủy đoạn mồi RNA tổng hợp đoạn DNA bổ sung theo hướng 5’-3’ Giữa hai đoạn Okazaki lúc có khoảng trống, khoảng lấp đầy enzym DNA ligase hình thành thêm liên kết photphodieste, đoạn Okazaki nối lại với nhau, kéo dài dần sợi DNA tổng hợp

3.2 Sao chép tế bào eucaryotae

như: PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen-kháng nguyên nhân tế bào phân chia) có chức hoạt hóa polymerase , nhân tố chép A C (Replication Factor, RF-A, RF-C) cần cho hoạt động polymerase

Mơ hình chép eucaryotae đề xuất sau:

- Đầu tiên, DNA tháo xoắn nhờ loại enzym tham gia vào tháo xoắn phân tử DNA nhân tố chép A (RF-A)

- Trên mạch chậm, polymerase /primase tương tác với RF-A tổng hợp mồi RNA (dài độ 10 nucleotid) Mồi nối dài thêm độ 20 nucleotid nhờ polymerase kết hợp với nhân tố chép RF-C Lúc đó, phối hợp PCNA-ATP chận polymerase lại, giúp cho polymerase gắn vào tổng hợp đoạn Okazaki

- Polymerase giải phóng chuyển lên mạch đối diện, tổng hợp liên tục mạch

Nhiều nghiên cứu sử dụng phân tử đánh dấu đồng vị phóng xạ cho thấy phân tử DNA sau chép tổ chức lại thành nucleosome Các nucleosome hình thành chứa histon tổng hợp

Tuy nhiên điều chưa rõ nucleosome hình thành nằm hồn tồn mạch nucleosome cũ mạch hay có phân bố ngẫu nhiên hai mạch

4 RNA phiên mã (sinh tổng hợp RNA)

4.1 Thành phần hóa học phân tử RNA

Phân tử RNA (Ribonucleic acid) cấu tạo từ thành phần: - Đường pentose (đường 5C), đường ribose

- Base nitơ, gồm nhóm: purine (adenine (A) Guanine (G) pyrimidine cytosine (C) uracyl (U)

- Nhóm phosphate (P)

Các thành phần liên kết với (base nitơ liên kết với đường C1 nhóm phosphate liên kết với đường C5) tạo thành ribonucleic

Phân tử RNA chuỗi (1 mạch) polyribonucleotid

4.2 Sự phiên mã (sinh tổng hợp RNA)

Mặc dù chất hóa học hai loại q trình: sinh tổng hợp DNA RNA giống chúng lại mang ý nghĩa sinh học chuyên biệt Quá trình sinh tống hợp DNA (sự chép) có tính ổn định cao, đảm bảo truyền đạt nguyên vẹn gen; sinh tổng hợp RNA (sự phiên mã) lại liên quan đến tính đa dạng biến động biểu tính trạng di truyền Phần lớn biểu gen kiểm tra điều hòa mức độ phiên mã giai đoạn q trình phiên mã chịu biến đổi Các nguyên tắc trình thiết lập dựa vào nghiên cứu procaryotae (E coli) dường nguyên tắc có tính phổ biến cho eucaryotae Tuy nhiên, khác biệt cấu trúc (bộ gen eucaryotae bao bọc nhân, procaryotae gen nằm tự tế bào chất) khác biệt hệ enzyme nên phiên mã procaryotae eucaryotae có sai khác định

4.2.1 Các giai đoạn trình phiên mã

4.2.1.1 Vai trị RNA polymerase

Enzym RNA polymerase nghiên cứu chứa hai hợp phần chình yếu tố sigma ( ) lõi enzym chứa hai chuỗi anfa( ) bêta ( ) Yếu tố sigma có vai trị quan trọng giúp cho enzym lõi nhận biết bám vào vùng gen khởi động để bắt đầu phiên mã vị trí xác Sau chúng rời enzym lõi để tham gia vào trình phiên mã khác Enzym lõi đóng vai trị chủ chốt việc trùng hợp kéo dài sợi RNA

4.2.1.2 Vai trị tín hiệu khởi đầu kết thúc phiên mã

- Tín hiệu khởi đầu phiên mã vùng khởi động (promotor) có chứa hai vị trí đặc hiệu, tạo điều kiện cho RNA polymerase nhận biết bám vào để chuẩn bị khởi đầu trình phiên mã Đoạn nhận biết nằm cách điểm khởi đầu phiên mã khoảng 35 nucleotit phía trước, thường có trình tự 5’ TTGACA (3’) Đoạn thứ hai có trình tự 5’ TATATT (3’) gọi hộp TATA hộp pribnow nằm cách điểm bắt đầu phiên mã 10 cặp nucleotit

- Tín hiệu kết thúc bao gồm:

minh rằng, đoạn dài khoảng 70-80 nucleotid phân tử RNA tổng hợp quấn quanh Có lẽ có chức tách enzyme sợi RNA khỏi khuôn DNA

Hình 42 Tín hiệu khởi đầu kết thúc phiên mã

RNA- polymerase trở lại cấu trúc ban đầu, tách rời khỏi enzyme sợi RNA tổng hợp

Hình 43 Phiên mã Eucaryote

4.2.2 Giai đoạn khởi động

Enzyme RNA polymerase nhận biết trình tự khởi động sợi DNA (promotor), nhờ tiểu đơn vị Nhân tố nhận biết promotor nhờ cấu trúc đặc trưng RNA-polymerase gắn vào promotor theo hai bước: Trước hết enzyme nhận biết gắn cách lỏng lẻo vào trình tự -35 (cách vị trí bắt đầu sinh tổng hợp 35 cặp base) Sau đó, phức hợp chuyển thành phức hợp “mở”, giai đoạn vùng DNA trình tự -10 tháo xoắn sợi DNA lộ dạng tự do, làm khuôn cho sinh tổng hợp RNA

4.2.3 Giai đoạn kéo dài

được thay nhân tố kéo dài (elongation factors) RNA- polymerase tháo xoắn liên tục phân tử DNA chiều dài khoảng 17 nucleotid theo tiến triển trình sinh tổng hợp Sợi RNA tách khỏi mạch khuôn DNA, trừ đoạn khoảng 12 nucleotid điểm tăng trưởng liên kết với DNA Phần DNA tháo xoắn xoắn trở lại sau

4.3.3 Giai đoạn kết thúc

Trên DNA vi khuẩn tồn dấu hiệu “kết thúc” Khi RNA polymerase gặp dấu hiệu ngừng q trình sinh tổng hợp, nhả sợi DNA khn bắt đầu hoạt động nơi khác

4.4 Quá trình phiên mã eucaryotae

4.4.1 Một số điểm khác so với procaryotae

- Tất gen procaryotae phiên mã polymerase nhất, eucaryotae có loại polymerase chịu trách nhiệm phiên mã loại gen khác nhau: loại I cho RNA ribosome, loại II phiên mã RNA thông tin loại III cho RNA kích thước nhỏ, RNA vận chuyển

- Các RNA thông tin vừa phiên mã từ DNA không dịch mã thành protein procaryotae Đầu tiên tiền-RNA thơng tin hình thành nhân phải chịu số biến đổi hóa học trước xuất tế bào chất dạng hoạt động

- Do cấu trúc có nhân eucaryotae, q trình phiên mã tạo RNA thông tin xẩy nhân, cịn q trình dịch mã tổng hợp protein xẩy tế bào chất nên hai q trình khơng đồng thời procaryotae

- Sự khởi động phiên mã thể đa bào eucaryotae không đáp ứng tức thời với điều kiện ngoại cảnh procaryotae

Một đặc điểm mRNA eucaryotae mRNA mã hóa cho chuỗi polypeptid procaryotae mRNA thông tin mã hóa cho nhiều chuỗi polypeptid

Chịu kiểm tra trình tự đặc biệt - hộp TATA- nằm trước vị trí bắt đầu phiên mã khoảng 25-35 nucleotide Ở số gen, trình tự TATA thay trình tự giàu GC

RNA-polymerase II bắt đầu hoạt động phiên mã nhờ nhiều nhân tố phiên mã (TF- Transcription Factor) có chất protein Trước tiên, nhân tố TFIID nhận biết gắn vào trình tự TATA Tiếp theo việc gắn thêm nhân tố TFIIA Lúc RNA- polymerase liên kết với TFIIB gắn vào phức hợp TFIID-TFIIA Một phân tử ATP phân giải, lượng dùng để tách hai mạch DNA, phức hợp “mở” Cuối cùng, nhân tố TFIIE cho phép khởi động phiên mã

- Giai đoạn kéo dài: Phân tử RNA tổng hợp từ mạch khn DNA Q trình tiến hành nhờ nhân tố TFIIS

- Giai đoạn kết thúc: Sự phiên mã kết thúc trước điểm gắn đuôi polyA xa Sự kết thúc phiên mã có liên quan đến cấu trúc dạng “kẹp tóc” tiếp sau trình tự giàu GC

4.4.2.2 Quá trình trưởng thành tiền mRNA

Trước phiên mã kết thúc, tiền mRNA bắt đầu trải qua trình biến đổi nhân để trở thành mRNA trưởng thành, trình gồm bước sau:

- Gắn chóp: ngày sau bắt đầu phiên mã, guanine có gắn nhóm methyl N7 (7-methyl guanine), gắn vào đầu 5’P mRNA

nhờ liên kết 5’-5’ triphosphate

- Thêm đuôi: Ngay sau phiên mã, mRNA bị cắt bỏ khoảng 20 nucleotide nằm trước trình tự AAUAAA, trình tự nhận biết cho phản ứng cắt Sau enzyme có nhân-polyA-polymerase gắn số lượng adenine định (khoảng 250 động vật có vú, 100 eucaryotae bậc thấp) vào đầu 3’ mRNA Một protein, PABP (PolyA Binding Protein-Protein liên kết với polyA) gắn vào đuôi polyA Protein cần thiết cho sống sinh trưởng tế bào Đuôi polyA kết hợp với PABP có vai trị ổn định mRNA việc khởi dịch mã

- Quá trình ghép nối (splicing): Đây trình loại bỏ intron nối exon lại với hình thành nên mRNA trưởng thành (hoạt động) mRNA trưởng thành tế bào chất qua lỗ màng nhân để tham gia vào trình dịch mã (sinh tổng hợp protein)

Hình 44 Phiên mã gián đoạn Eucaryote

5 Mã di truyền dịch mã

RNA thông tin giai đoạn trung gian DNA protein Ở eucaryotae, RNA thơng tin giúp chuyển thơng tin mã hóa DNA nằm nhân đến máy dịch mã tạo protein ngồi tế bào chất Q trình sinh tổng hợp protein trình sinh tổng hợp DNA, RNA tuân theo số nguyên tắc chung Tuy nhiên, trình dịch mã phức tạp nhiều so với chép phiên mã Điều chế chép hay phiên mã chủ yếu dựa vào lực base thành phần cấu tạo phân tử với base khuôn, biểu qua liên kết hydro chúng Cịn q trình dịch mã amino acid nối kết với theo khuôn RNA chúng hồn tồn khơng có lực với phân tử RNA Do q trình sinh tổng hợp protein, ngồi khn mRNA đơn vị thành phần cấu tạo nên phân tử (các amino acid), cần diện nhân tố tiếp hợp (adaptor) Các nhân tố tiếp hợp làm vật trung gian giúp cho amino acid tiếp xúc với khn RNA Dó RNA vận chuyển (tRNA) Quá trình dịch mã tiến hành theo chế chung cho tất tế bào

5.1 Các loại RNA vai trị chúng q trình sinh tổng hợp protein

5.1.1 RNA thông tin mã di truyền

RNA thông tin (ký hiệu mRNA) gọi RNA trung gian, tổng hợp khuôn mẫu gen cấu trúc, mạch gốc có chiều 3’OH - 5’P phân tử DNA mRNA làm nhiệm vụ truyền thông tin di truyền từ gen cấu trúc (DNA) sang sản phẩm protein nhờ nguyên tắc mã ba đối mã di truyền Trong tế bào hàm lượng mRN chiếm tỷ lệ nhỏ (khoảng vài phần trăm) tổng số loại RNA Thời gian tồn mRNA tùy thuộc vào lồi, procaryotae khoảng phút cịn eucaryotae từ 30 phút đến 24

Trên sở mối quan hệ thông tin DNA - mRNA - protein mà người ta nêu lên lý thuyết mã di truyền Trình tự phân bố nucleotide phân tử DNA qui định trình tự phân bố ribonucleotide phân tử mRNA trình tự xếp ribonucleotide mRNA qui định trình tự sẵp xếp axit amin phân tử protein tổng hợp Về mặt số lượng phân tử mRNA có loại nucleotide phân tử protein có 20 loại axit amin Vậy, nucleotide qui định axit amin có 41

loại axit amin tổng hợp, nucleotide qui định axit amin có 42

Như thiếu, có số axit amin khơng tổng hợp Cịn nucleotid qui định axit amin có 43

= 64 loại axit amin tổng hợp, đủ loại axit amin mà cịn thừa Do đó, giả thuyết tạm thời công nhận

Vấn đề xác định xác ba (codon) mã hóa cho axit amin M W Niremberg H Matthaei dùng enzyme theo phương pháp Ọchoa tổng hợp mRNA nhân tạo Sau đưa men vào mơi trường có loại uracyl nhận RNA tồn uracyl (polyU), có adenine nhận polyA

Năm 1961, tác giả dùng polyU thay cho mRNA để tổng hợp protein hệ thống vơ bào (có axit amin, enzyme tổng hợp protein, khơng có DNA), sản phẩm nhận mạch polypeptide polyphenylalanine, chứa loại axit amin phenylalanine tỷ lệ uracyl / phenylalanine 3/1 Điều chứng tỏ, codon UUU mã hóa cho phenylalanine Sau đó, người ta xác định AAA mã hóa cho lysine, GGG cho glycine, CCC cho proline

Vào năm 1964, H.G Khorana tìm phương pháp tạo mRNA tổng hợp nhân tạo với trình tự lặp lại (như AAG AAG AAG ) nhờ giải vấn đề chưa rõ

Các đặc điểm mã di truyền

- Mã di truyền mã ba, nghĩa nucleotide mã hóa cho axit amin

- Mã di truyền không gối lên Thông tin phân tử mRNA đọc theo chiều 5’P - 3’OH kể từ codon khởi đầu

- Mã di truyền có tính chất đặc hiệu, nghĩa ba mã hóa cho axit amin định

- Mã di truyền có tính chất “thối hóa”, nghĩa phần lớn nhiều ba mã hóa cho axit amin

- Mã di truyền có codon khởi đầu AUG mã hóa cho methyonine codon kết thúc khơng mã hóa (UAG, UAA, UGA), tín hiệu kết thúc chuổi protein tổng hợp

Bảng Bảng mã di truyền

Nucleotid Nucleotid

U C A G

Nucleotid

U Phe Ser Tyr Cys Phe Ser Tyr Cys Lue Ser vô nghĩa vô nghĩa Lue Ser vô nghĩa Trip

U C A G C Leu Pro His Arg

Leu Pro His Arg Leu Pro Glutamin Arg Leu Pro Glutamin Arg

U C A G A Ileu Thr Asp Ser

Ileu Thr Asp Ser Ileu Thr Lys Arg Met Thr Lys Arg

U C A G G Val Ala Asp Gly

Val Ala Asp Gly Val Ala Glu Gly Val Ala Glu Gly

U C A G 5.1.2 RNA vận chuyển (t.RNA s.RNA)

RNA vận chuyển nhân tố tiếp hợp (adaptor) q trình dịch mã Ngồi chức làm nhiệm vụ trung gian axit amin khuôn mRNA, t.RNA cịn giúp giải trở ngại khơng gian trình dịch mã (vận chuyển)

Chức trung gian t.RNA đươc thực nhờ enzyme đặc hiệu t.RNA synthetase Có 20 aminoacyl-t.RNA synthetase tương ứng với 20 loại axit amin Các enzyme có khả nhận biết axit amin đặc hiệu t.RNA tương ứng Quá trình gắn axit amin vào t.RNA với tham gia enzyme trình tiêu tốn lượng

Hình 46 Cấu trúc tRNA

t.RNA chiếm khoảng 10-20% tổng số loại RNA Cấu tạo giống thùy:

- Thùy tác dụng với ribosome - Thùy mang ba đối mã

- Thùy có chức nhận biết enzyme, gắn amino acid tương ứng vào t.RNA

Trên phân tử t.RNA có chổ xoắn lại , điểm ribonucleotide liên kết với theo nguyên tắc bổ sung

Ribosome cấu tạo từ r.RNA 50 loại protein Chúng phân thành hai tiểu đơn vị- tiểu đơn vị lớn tiểu đơn vị nhỏ Ở tế bào procaryotae, tiểu đơn vị lớn gồm phân tử r.RNA khoảng 35 protein, tiểu đơn vị nhỏ gồm phân tử r RNA khoảng 20 protein Trừ vài sai khác kích thước thành phần, ribosome r.RNA procaryotae eucaryotae có cấu trúc giống

5.2 Các giai đoạn trình dịch mã

5.2.1 Hoạt hóa axit amin

Mỗi axit amin có mặt bào tương đính vào t.RNA thích hợp nhờ hoạt động xúc tác enzyme aminoacyl-t.RNA synthetase đặc thù

Đầu tiên enzym xúc tác cho phản ứng ATP hoạt hóa axit amin thành phức hợp aminoacyl-AMP liên kết với enzyme

Enzyme + axit amin + ATP Enzyme-aminoacyl-AMP +P-P Sau phức hợp kết hợp với t.RNA tương ứng liên kết đồng hóa trị tạo nên aminoacyl-t.RNA

Enzyme-aminoacyl-AMP + t.RNA tRNA-aminoacyl + AMP + enzyme

5.2.2 Khởi đầu

Là giai đoạn phức tạp với tham gia hàng loạt nhân tố protein: nhân tố khởi động (IF -initiation Factor)

Dấu hiệu bắt đầu khởi động codon AUG Bước quan trọng hình thành tiểu đơn vị nhỏ ribosome-Met-t.RNA-mRNA với tham gia nhân tố khởi động Met-t.RNA với phân tử GTP (có chức cung cấp lượng) tiểu đơn vị nhỏ ribosome gắn vào vị trí chuyên biệt mRNA, vị trí nằm gần codon AUG khởi động Một nhân tố khởi động có vai trị đặc biệt quan trọng việc phát codon khởi động để phức hợp gắn vào Ngay sau codon khởi động phát tiểu đơn vị lớn ribosome đến kết hợp với phức hợp dịch mã bắt đầu

5 2.3 Kéo dài chuỗi polypeptide

trên ribosome nhờ nhân tố kéo dài (EF-elongation Factor) Có vị trí chuyên biệt ribosome:

Hình 47 Dịng thơng tin q trình dịch mã

Vị trí A tiếp nhận aminoacyl - t.RNA vị trí P giữ phức hợp peptidyl-t.RNA, tức chuỗi polypeptide hình thành

Sự tiếp xúc peptidyl-t.RNA aminoacyl-t.RNA dẫn đến hình thành liên kết peptide gắn amino acid vào chuỗi polypeptide hình thành Quá trình lặp lại xuất dấu hiệu kết thúc dịch mã

5.2.4 Kết thúc sinh tổng hợp protein

t.RNA tự chuỗi polypeptide hồn chỉnh Lúc đó, ribosome tách khỏi mRNA, hai tiểu phần lớn nhỏ tách dạng tự

Có thể lúc phân tử mRNA có nhiều ribosome (polysome) trượt qua để tổng hợp protein Nghĩa phân tử m.RNA tổng hợp nhiều phân tử protein Điều phụ thuộc vào nhu cầu sinh lý tế bào

Hình 48 Mơ hình dịch mã ribosome

5.3 Điều hòa biểu gen

Trong tế bào nào, tất gen không hoạt động đồng thời với cường độ nhau, khơng phải lúc sinh tổng hợp protein xẩy loại protein tổng hợp với số lượng Như vậy, tế bào phải có chế điều hịa để tổng hợp protein tiết kiệm hợp lý

số protein cần tổng hợp với số lượng lớn, số khác cần phân tử Do vậy, hoạt tính gen điều hịa nhiều chế khác để có hiệu tốt việc sử dụng nguồn lượng tế bào

Năm 1962, F Jacob J Monod quan niệm operon để giải thích điều hòa vi khuẩn E coli

Cơ chế điều hòa hoạt động gen biết nhiều đối tượng vi khuẩn phage Trong hệ thống này, hoạt động điều hịa đóng-mở xuất tổng hợp m.RNA để tạo sản phẩm cần thiết Ở sinh vật nhân chuẩn đóng hồn tồn gen phổ biến Ở vi khuẩn, enzyme tác động theo trình tự chu kỳ chuyển hóa đơn enzyme sản sinh không Hiện tượng gọi điều hòa đồng hàng, kiểm soát tổng hợp phân tử m.RNA đa cistron mã hóa tất sản phẩm gen Kiểu điều hịa khơng xẩy sinh vật nhân chuẩn, m.RNA đơn cistron

Gồm có chế điều hịa: âm tính dương tính

Điều hịa âm tính : Một chất ức chế có mặt tế bào cản trở phiên mã Một chất độc lập với chất ức chế, gọi chất cảm ứng (trao đổi) lại cho phép mở đầu phiên mã

Điều hòa dương tính: Một phân tử chất tác động, protein hoạt hóa điểm mở đầu

5.3.1 Cơ chế điều hòa biểu gen tế bào procaryotae 5.3.1.1 Operon thành phần

Phần lớn gen hệ gen procaryotae tổ chức thành đơn vị hoạt động chức gọi operon Năm 1961, Jacob Monod đề xuất mơ hình operon lactose Mơ hình tổ hợp gồm gen sau: - Gen điều hòa (Regulator-R) sản sinh loại protein điều hòa gọi chát ức chế (repressor) Chất ức chế có tác dụng điều chỉnh hoạt động nhóm gen cấu trúc thông qua tương tác với gen huy - Gen huy (Operator-O) nằm kề trước nhóm gen cấu trúc vị trí tương tác với chất ức chế

- Nhóm gen cấu trúc (cistron) số gen liên quan mặt chức năng, xếp cạnh (đa cistron)

Hình 49 Các vùng điều hịa operon lacto

5.3.1.2 Điều hịa âm tính

Khi môi trường nuôi cấy E.coli khơng có lactose (chất cảm ứng) operon không hoạt động, nghĩa enzyme tham gia chuyển hóa đường lactose khơng sinh ra, chất ức chế bám vào gen huy, làm ức chế phiên mã gen cấu trúc

Khi bổ sung lactose vào mơi trường thời gian sau vi khuẩn bắt đầu hấp thụ phân giải nó, nghĩa enzyme liên quan sinh Lúc chất cảm ứng (lactose) tương tác với chất ức chế làm biến đổi cấu hình chát này, khơng thể nhận biết bám vào gen huy, gen cho phép gen cấu trúc phiên mã để tổng hợp enzyme tương ứng, phân giải lactose

5.3.1.3 Điều hịa dương tính

Ngoài CAP hoạt động mơi trường tế bào có hàm lượng cAMP cao; cAMP kết hợp với protein CAP tạo phức hợp CAP-cAMP hoạt động, có khả nhận biết bám vào đoạn trình tự đối xứng vị trí CAP vùng gen khởi động, nhờ RNA-polymerase kích hoạt để bám vào vị trí tương ứng nó, bắt đầu q trình phiên mã

Khác với chế điều hịa âm tính, tương tác chất ức chế gen huy, cịn điều hịa dương tính tương tác protein điều hòa thuộc phức hợp cAMP-CAP với vùng khởi động dẫn đến tăng cường phiên mã mà chủ yếu điều chỉnh tốc độ khởi đầu phiên mã 5.3.1.4 Hoạt động operon triptophan

Operon triptophan E coli có gene cấu trúc ký hiệu A, B, C, D, E tham gia vào trình sinh tổng hợp amino acid triptophan

Khi tế bào E coli dư thừa triptophan operon ngừng hoạt động, enzyme tương ứng khơng sinh Điều giải thích sau: Chất ức chế bình thường trạng thái bất hoạt, có tryptophan dư thừa, bám vào tạo thành phức hợp có hoạt tính (triptophan cịn gọi chất đồng ức chế) có khả bám vào gen huy để ức chế trình phiên mã

Ngược lại, tế bào khơng có triptophan, chất ức chế trạng thái bất hoạt nên khơng bám vào gen huy được, gen cấu trúc lại hoạt động phiên mã Kết enzyme tham gia tổng hợp triptophan sinh

Hình 52 Mơ hình ức chế điều hịa âm tính operon –trip E.coli

5.3.2 Điều hòa phiên mã eucaryotae

Sự điều hịa eucaryotae có khác biệt lớn so với procaryotae tín hiệu chế điều hịa

Tín hiệu điều hòa thể đa bào phân tử tế bào chuyên biệt sản sinh, theo thể dịch lưu chuyển khắp thể Các phân tử tác động lên nhóm tế bào “đích” điều chỉnh biểu gen tế bào theo chương trình định sẵn cho phù hợp với phát triển tồn thể Có hai nhóm phân tử điều hịa chính: hormone nhân tố tăng cường (Growth Factor- GF)

Bộ gen eucaryotae có điểm đặc thù: - Kích thước gene lớn

- Phân tử DNA nén chặt nhân

Do mà hệ thống điều hòa đơn giản procaryotae dựa vào nhận biết trình tự DNA ngắn protein giai đoạn phiên mã khơng cịn phù hợp Sự điều hòa biểu gen eucaryotae thể giai đoạn, từ trước lúc chép đến sau dịch mã Cơ chế điều hòa thay đổi theo giai đoạn

5.3.2.1 Điều hòa cách biến đổi cấu trúc nhiễm sắc chất (chromatin) hay cấu trúc phân tử DNA

Nhiễm sắc thể cấu trúc liên kết DNA protein histon thời kỳ hai lần phân bào Khi phân chia nhân bắt đầu (kỳ trước phân bào), nhiễm sắc thể xoắn chặt lại, có dạng hình que đặc trưng Nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy có tồn vùng “nhạy cảm” nhiễm sắc thể Các vùng tương ứng với gen hoạt động tế bào Chúng có cấu trúc đặc trưng khiến chúng trở nên dễ tiếp cận nhiều nhân tố enzyme thủy phân hay enzyme chép phiên mã Như mức độ điều hòa xếp gen cần biểu vào cấu trúc nhiễm sắc thể, thuận lợi cho trình chép phiên mã

5.3.2.2 Điều hòa mức độ phiên mã

- Trình tự CIS Cũng giống procaryotae, vùng 5’ không phiên mã gen gọi promotor chịu trách nhiệm điều khiển phiên mã gen Tuy nhiên, trình tự điều hịa phiên mã lại nằm trước xa Chính trình tự định biểu đặc trưng gen, nghĩa gen biểu loại tế bào nào, vào thời điểm nào, tác động nhân tố điều hòa Một đặc điểm chung trình tự chúng thường có cấu trúc gồm hai phần đối xứng nhau, ví dụ, trình tự đáp ứng với hormone tuyến giáp đây:

AGGTCATGACCT TCCAGTACTGGA

Các trình tự gọi chung trình tự CIS

Bên cạnh đó, cịn nhóm trình tự khác tham gia vào điều hịa hoạt động gen, nhóm trình tự khuyếch đại (enhancer) Các enhancer có tác dụng làm tăng biểu gen tương ứng Khác với trình tự CIS, hoạt động khuyếch đại phụ thuộc vào:

- Vị trí, chúng khơng thiết phải nằm đầu 5’ gen mà diện đầu 5’, 3’ hay intron gen

- Hướng, đảo ngược hướng chúng (từ 5’-3’ sang 3’-5’) khơng làm hoạt tính khuyếch đại

Với đặc tính đó, có tác dụng ngược lại nhóm trình tự dập tắt (silencer) Cơ chế hoạt động hai nhóm cịn chưa biết rõ

- Các protein nhân tố có tác động TRANS

Một vài protein nhận biết hộp CCAAT, xác định tế bào động vật có vú Các nhân tố phân biệt đơn vị phần tử CCAAT Các hộp GC nhận biết nhân tố phụ

Đặc điểm chung nhân tố chúng bao gồm hai vùng cấu trúc-chức chính:

+ Vùng chịu trách nhiệm gắn nhân tố TRANS vào DNA + Vùng tác đông lên phiên mã

các hormone, ion Như vậy, gen eucaryotae hoạt hóa hai trình tự DNA có tác dụng CIS promotor enhancer, chúng nhận biết nhân tố protein có tác dụng Trans Các nhân tố Trans cho phép DNA-polymerase khởi phiên mã đạt tốc độ phiên mã tối đa

5.3.2.3 Hormone

Ví dụ rõ chất điều hòa nội hoạt tính gen hormone Đó chất tạo loại tế bào mà có hiệu đến tế bào khác Các hormone thường vận chuyển đến phần thể có tác động đến tế bào có thụ thể (receptor) tương ứng Sự tương tác hormone với thụ thể gây nên tín hiệu tác động đến vùng đặc hiệu DNA, làm hoạt hóa gen nhóm gen tương ứng

5.3.2.4 Điều hịa mức độ sau phiên mã - Hiện tượng “ghép nối” khác biệt

Hệ thống loại bỏ intron ghép nối exon mRNA sơ cấp để hình thành mRNA trưởng thành, khác tùy loại tế bào, mô Việc ghép nối khác biệt exon dẫn đến hình thành mRNA khác Thơng thường mRNA mã hóa cho protein có chức tương tự đơi chúng lại có chức hồn tồn khác Một ví dụ kiểu điều hòa gen calcitonine Hai loại protein dịch mã từ gen calcitonine CGRP chất trung gian thần kinh tìm thấy não Hai protein sản phẩm hai mRNA hình thành ghép nối tạo hai tổ hợp exon khác

- Điều hòa biểu gen cách tăng giảm thời gian sống mRNA

Kiểu điều hịa mang tính số lượng, mRNA tồn lâu tế bào dịch mã thành nhiều protein Hiện tượng thấy rõ tế bào ung thư Quá trình tổng hợp protein từ số mRNA bền vững tạo số lượng lớn protein tương ứng

- Nguồn dự trữ mRNA tế bào

Rất nhiều gen phiên mã không dịch mã Khi có tín hiệu xuất (hormone chẳng hạn), máy dịch mã hoạt động, tổng hợp protein từ mRNA trữ sẵn

Sự điều hòa biểu gen giai đoạn chưa biết rõ Tuy nhiên kiểu điều hịa có liên quan đến mRNA dự trữ tế bào

5.3.2.6 Điều hòa giai đoạn sau dịch mã

Các protein sau dịch mã trải qua nhiều biến đổi hóa học glycosyl hóa, phosphoryl hóa, acetyl hóa Sự điều hòa giai đoạn vấn đề lớn phức tạp

6 Đột biến gen

6.1 Khái niệm đột biến gen

Trong lịch sử nghiên cứu đột biến, phương pháp nghiên cứu ngày hoàn thiện, người ta có quan niệm khác đột biến gen

Muller, 1941; Rieger, Michaelis, 1958 quan niệm đột biến gen biến đổi xẩy giới hạn gen, làm xuất allel mới, không liên quan tới sai hình nhiễm sắc thể Theo tác giả khái niệm đột biến gen đồng nghĩa với khái niệm đột biến gen

Charlote, Aurebach, 1976 lại quan niệm, đột biến gen biến đổi khơng xẩy gen, mà xẩy biến đổi đụng chạm tới nhiều gen, gọi đột biến cụm gen

Guliaev, Malchenco, 1975 cho đột biến di truyền theo Mendel bình thường đột biến gen sai hình nhiễm sắc thể, phát phương diện tế bào, không làm giảm khả sống loại giao tử Theo tác giả thuật ngữ đột biến gen thường dùng để đột biến phát theo kiểu hình Sự phân biệt đột biến gen đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể hồn tồn có tính qui ước, phụ thuộc vào tính khách quan phân tích tế bào học

Trên sở phân tích đột biến gen, định nghĩa khái quát đột biến gen biến đổi đột ngột xẩy cấu trúc phân tử gen, làm thay đổi số lượng, thành phần, trình tự phân bố nucleotide tạo nên alen mới, thay đổi khả biểu tính trạng

- Đa số đột biến nhỏ nên khó phát quan sát tế bào học, cịn sai hình nhiễm sắc thể phát phương pháp phân tích tế bào nhiều đột biến phát qua kiểu hình

6.2 Phân loại chế đột biến gen

Đột biến gen hình thức biến đổi vật chất di truyền cấp độ phân tử thường gây dạng: đảo vị trí nucleotide, thêm nucleotide, cặp nucleotide Xét mặt nguồn gốc chia đột biến gen thành loại: đột biến tự phát đột biến nhân tạo hay gọi đột biến cảm ứng

Loại thứ xẩy tế bào sai sót q trình tái bản, tượng hỗ biến dẫn tới kết cặp sai gen đột biến vùng dẽ bị đột biến phân tử DNA, người ta gọi vùng dễ bị đột biến “điểm nóng”, điểm thường chứa nhiều AT, bị tổn thương ảnh hưởng điều kiện môi trường

Nếu dựa vào biến đổi cấu trúc gen nucleotide riêng rẽ chia đột biến thay đột biến dịch khung

6.2.1 Các đột biến thay cặp base nitơ Có kiểu thay thế, đồng hoán dị hoán

- Đồng hoán: dạng đột biến, base purine thay base purine khác (AT thay GC; GC thay AT) base pyrimidine thay base pyrimidine khác (TA thay CG; CG thay TA)

- Dị hốn: dạng đột biến base purine thay base pyrimidine ngược lại (AT thay CG; AT thay TA)

A = T T = A Dị hoán Đồng hoán

C = G G = C

cặp nhầm base, lần tái sinh tạo thể đột biến đồng hoán tương ứng

6.2.2 Các dạng đột biến dịch khung

Là dạng thêm cặp base nitơ phân tử DNA kết thúc tái DNA Điều dẫn đến dịch khung dọc, dẫn tới hậu sản phẩm protein tạo thay đổi kích thước, cấu trúc nên không thực chức sinh học

6.3 Một số ví dụ đột biến gen

6.3.1 Đột biến nhầm nghĩa

Đây dạng đột biến thay base nitơ gen dẫn tới hình thành codon mới, thay đổi thành phần, trình tự phân bố nucleotide codon, dẫn tới codon mã hóa axit amin khác Hậu đột biến phụ thuộc vào vị trí tính chất axit amin bị biến đổi mạch polypeptide Ví dụ, đột biến thay nhầm nghĩa thường gặp chuỗi hemoglobin người Đột biến thay đổi codon RNA tổng hợp hemoglobin từ GAA biến thành GUA dẫn tới axit amin vị trí thứ glutamic thay valine (HbA trở thành HbS) Đột biến HbC cấu trúc codon GAA đổi thành AAA glutamic thay lysine Tương tự đột biến HbE codon GAA mã hóa glutamic vị trí 26 đổi thành AAA mã hóa cho lysine

6.3.2 Đột biến vô nghĩa

Do thay base nitơ base nitơ khác gen cấu trúc, hình thành codon kết thúc thay cho codon có nghĩa trước đây, dẫn tới mạch polypeptide tổng hợp bị ngắn lại, làm hoạt tính sinh học

Trường hợp đột biến làm thay đổi codon kết thúc thành codon có nghĩa dẫn tới chuỗi polypeptide tổng hợp dài

6.3.3 Đột biến dịch khung

Là dạng đột biến thêm base nitơ cấu trúc gen dẫn tới khung dọc mã di truyền thay đổi Hậu dẫn tới biến đổi thành phần, trình tự axit amin phân tử protein tổng hợp

6.4 Các kiểu hình đột biến gen

Kiểu hình đột biến gen đa dạng, mối gen đột biến nhiều mức độ khác tạo nhiều kiểu hình khác Nếu đột biến xẩy giảm phân, thường xẩy tế bào sinh dục, qua thụ tinh tồn hợp tử Các đột biến trội xuất kiểu hình cá thể mang đột biến Các đột biến lặn vào hợp tử, tồn trạng thái dị hợp, qua giao phối lan truyền chậm chạp quần thể, trải qua số hệ nhân lên có điều kiện gặp gỡ giao phối, lúc kiểu hình đột biến lặn xuất Đột biến xuất với tần số thấp, tính gen riêng rẽ vào khoảng 10-6

- 10-4 Ở loài dễ đột biến, tần số đột biến lên tới 10-2

Đại phận gen đột biến thường có hại, làm phá vỡ tình hài hịa kiểu gen, nhiên xét cho tính lợi hại đột biến gen tương đối, điều kiện có hại chuyển sang điều kiện khác lại kiểu hình có lợi Nếu đột biến xẩy lần nguyên phân hợp tử giai đoạn 2-8 phôi bào tạo nên đột biến tiền phơi, có khả vào giao tử, di truyền biểu kiểu hình đột biến hệ sau qua sinh sản hữu tính Nếu xẩy nguyên phân tồn tế bào sinh dưỡng (soma) tạo nên đột biến soma, nhân lên mô Nếu đột biến trội biểu phần thể tạo nên thể khảm Đột biến soma nhân lên sinh sản sinh dưỡng, không di truyền qua sinh sản hữu tính

6.4.2 Một số kiểu hình đột biến gen - Đột biến hình thái

Đó đột biến có thay đổi hình dạng, màu sắc, kích thước thể Ví dụ, đột biến thân thấp, hạt thóc râu dài, bẹ tím số giống lúa xử lý tia gama, hóa chất hạt nẩy mầm

Đột biến bạch tạng người động vật đột biến lặn gen qui định tạo thành sắc tố da (melanine), người bạch tạng có da, tóc trắng

- Đột biến gây chết

- Đột biến dinh dưỡng

Là loại đột biến mà thể phát triển mơi trường có chất dinh dưỡng bổ sung mà kiểu hình hoang dại (khơng đột biến) khơng cần chất Các đột biến dinh dưỡng chủ yếu phát vi sinh vật E coli, sacharomyces cerevisae, nấm neurosphora Các thể hoang dại mọc môi trường tối thiểu gọi thể nguyên dưỡng Các thể có khả sử dụng chất đơn giản môi trường tối thiểu để chuyển hóa thành chất cần thiết cho tế bào amino acid, nucleic Các thể mang đột biến dinh dưỡng hay gọi đột biến khuyết dưỡng không mọc môi trường tối thiểu, mọc mơi trường có đủ chất cần thiết

- Đột biến có điều kiện

Dạng đột biến tác động lên thể mang điều kiện định Loại đột biến thường đột biến cảm ứng với nhiệt độ Kiểu hoang dại sinh trưởng tốt điều kiện nhiệt độ cao thấp Các thể đột biến hoàn tồn khơng mọc điều kiện nhiệt độ khác

7 Di truyền học Hemoglobin với công tác giống gia súc

7.1 Cấu trúc, chức di truyền Hemoglobin

Hemoglobin người động vật có chức chủ yếu vận chuyển oxy Chức hemoglobin phát triển qua tiến hóa, chủ yếu qua bước phát triển cao sắc tố hơ hấp để hình thành hemoglobin, sau bước định khu hemoglobin tế bào biệt hóa, hồng cầu

Hemoglobin có trọng lượng phân tử khoảng 66.700 (người), bao gồm nhóm hem, chứa sắt, gắn với chuỗi globin phần protein phân tử hemoglobin Bốn chuỗi globin gồm nhị hợp, tức protein dạng cặp chuỗi cặp chuỗi (ở người trưởng thành)

Chuỗi polypeptit gồm 141 axit amin, chuỗi gồm 146 axit amin có trọng lượng phân tử khoảng 1700 Mỗi chuỗi polypeptit liên kết với nhóm hem tạo thành monomer (đơn phân), đại phân tử gồm monomer, tạo thành tetramer

Vì vậy, nghiên cứu di truyền học hemoglobin, người ta đề cập tới tượng liên quan đến phần protein đại phân tử hemoglobin, tức globin

Bằng phương pháp sắc ký kết hợp phân tích khác, người ta phát chất di truyền rối loạn chức hoạt động bình thường hemoglobin người

Một loại bệnh di truyền đột biến gen phát hemoglobin dị dạng, bệnh hồng cầu hình lưỡi liềm (HbS) Loại hồng cầu khơng hồn chỉnh, dễ bị phân hủy dẫn đến bệnh thiếu máu Trong thực tế, người đồng hợp gen đột biến thường bị chết sinh từ tháng đến tuổi

7.2 Đa hình di truyền hemoglobin ứng dụng công tác giống gia súc

Cấu trúc phân tử dạng hemoglobin khác nhau, với thành phần chuỗi polypeptit đa dạng, khác sở khách quan tượng đa hình di truyền hemoglobin Hiện tượng đa hình di truyền hemoglobin phát sinh trước hết đột biến, chọn lọc tự nhiên quần thể, chọn lọc nhân tạo có vai trị dịch gen, tức phân bố đột biến quần thể ảnh hưởng trình di truyền tự động, hình thành động thái tần số gen khác

Trên đối tượng bò, phân tích đa hình di truyền hemoglobin cho phép xác định sai khác giống bò Người ta xác định rằng, kiểu hemoglobin tần số gen hemoglobin đặc trưng cho giống gia súc, sử dụng để tìm hiểu nguồn gốc gia súc, mối quan hệ di truyền giống, mối quan hệ với tính trạng suất

Các số liệu thực nghiệm nhiều nước giới Việt Nam thừa nhận, kiểu hemoglobin gia súc (bị, lợn ) tính trạng di truyền ổn định Tính trạng có chất di truyền, không phụ thuộc vào thức ăn, điều kiện chăm sóc, ni dưỡng, khí hậu di truyền theo qui luật Mendel, từ qua genotype, qua biểu tính trạng này, mà đánh giá, xác định phẩm giống vật nuôi

8 Di truyền miễn kháng

Miễn dịch học (Immunology), khoa học nghiên cứu phản ứng miễn nhiễm Các kỹ thuật miễn dịch học ứng dụng có hiệu nhiều lĩnh vực sinh học y dược học

Phản ứng miễn dịch động vật bậc cao đựơc thực hệ thống phức tạp có tương tác tế bào phân tử đặc hiệu (specific) không đặc hiệu (non-specific) bảo vệ thể, chống lại tác nhân gây nhiễm

Sự miễn dịch thể thu giai đoạn phát triển phôi thai đường truyền kháng nguyên (miễn dịch chủ động) từ thể mẹ qua thai vào thể Ngoài động vật sơ sinh cịn nhận kháng thể từ sữa đầu mẹ, miễn dịch không di truyền

Nếu mầm bệnh bắt đầu nhiễm từ mẹ sang con, sau thu miễn dịch chủ động, miễn dịch thay cho miễn dịch chủ động tạm thời gia súc non giữ lại thời gian dài

Khác miễn dịch tập nhiễm sức đề kháng bẩm sinh miễn dịch tập nhiễm bị sức đề kháng bẩm sinh di truyền từ hệ sang hệ khác

8.2 Kháng nguyên (antigen)

Hiện tượng miễn dịch liên quan đến phản ứng kháng nguyên kháng thể

Kháng nguyên vật chất mang thông tin di truyền lạ với thể động vật có khả gây phản ứng miễn dịch Kháng nguyên chất polymer như: protein, polynucleotide Kháng nguyên có hai tính chất quan trọng tính lạ tính đặc trưng

- Tính lạ thể khác cấu trúc phân tử tính chất hóa học kháng ngun protein thể

- Tính đặc trưng thể việc kháng nguyên không làm xuất kháng thể mà cịn có khả liên hệ với kháng thể tạo thành phức hệ kháng nguyên – kháng thể, ví dụ: kháng nguyên albumin xâm nhập vào thể làm xuất kháng thể anti-albumin

nguyên Qui định thể kháng nguyên nhóm hóa học nằm kháng nguyên

Qua nghiên cứu người ta nhận thấy bào thai bắt đầu có q trình tạo máu bắt đầu có kháng ngun Kháng ngun khơng biến đổi khơng theo thời gian, tuổi tác, giới tính, mơi trường trạng thái sinh lý thể Tính di truyền kháng nguyên đảm bảo cách chắn rằng, kháng ngun có thể thiết có thể bố mẹ Ví dụ:

Bố IAIA x mẹ ii

Con IAi (nhóm máu O)

8.3 Kháng thể (antibody)

Kháng thể globulin miễn dịch xuất máu động vật có xâm nhập kháng ngun, kích thích thể sinh có phản ứng đặc trưng với kháng nguyên

Tính miễn dịch đặc trưng tính chất đặc trưng kháng thể, có nghĩa kháng thể có phản ứng miễn dịch với kháng nguyên tương ứng Ví dụ: kháng thể anti-tetanos có phản ứng miễn dịch với vi trùng Tetanos Sự hình kháng thể chịu kiểm tra kiểu di truyền

thể

Các chế miễn dịch không đặc hiệu hình thành hàng rào bảo vệ chống lại vi sinh vật gây bệnh Nhờ miễn nhiễm đặc hiệu có đủ thời gian để hình thành Các sản phẩm hệ thống miễn nhiễm đặc hiệu động vật có vú tác động chủ yếu kích thích tế bào hành động khơng đặc hiệu Các tương tác phức tạp tổng kết sau:

Macrophage tác động với tư cách tế bào trình diện kháng nguyên (antigen-presenting cell) lymphocyte T hổ trợ đặc hiệu Các macrophage tạo IL-1 (interkeuline-1) kích thích hoạt hóa tế bào TH Các tế bào T kích thích kháng nguyên sản sinh

IFN (interferon ), mà IFN lại làm tăng hoạt tính macrophage tế bào sát thủ tự nhiên NK (natural killer cell)

Thêm vào đó, tế bào TH sản sinh IL-2 làm tăng hoạt tính

các tế bào mỡ mô Tế bào helper T sản sinh IL-4 IL-5 để tăng số lượng hoạt tính tế bào mỡ eosinophil tương ứng Các hoạt tính nêu có vai trị quan trọng miễn nhiễm chống lại dạng ký sinh đa bào Các immunoglobin IgC IgM hoạt hóa bổ sung kích thích thực bào (phagocytosis)

Hình 53 Sơ đồ cấu trúc phân tử IgG

H- Mạch nặng; L- Mạch nhẹ; C- Cố định (constant); Fab- Vùng kháng thể đặc hiệu; V- Biến đổi (variable)

Các kháng thể (antibody), hay immunoglobulin (Ig), glucoprotein dược tìm thấy huyết thanh, chất tiết nước bọt, nước mắt dịch tiêu hóa Phần lớn phân tử kháng thể tìm thấy phần globulin huyết (serum) Các nhóm immunoglobulin gồm: IgM, IgG, IgA, IgE, IgD, chúng khác cấu trúc, phân bố đặc tính sinh học IgA quan trọng kháng thể tiết bảo vệ bề mặt bên ngồi thể IgG IgM có nhiều máu, thực chức bảo vệ thể dịch chống vi khuẩn

phân tử kháng thể có phần: phần giống phần khác với phân tử kháng thể tạo tế bào khác

Tất loại kháng thể có cấu trúc theo mơ hình mạch IgG có nhiều điểm khác mạch nặng, mạch nhẹ mức độ glycosil hóa

8.4 Cơ sở di truyền sinh tổng hợp kháng thể

- Thuyết khuôn: tác giả Sauder, Pauling Bernet cho rằng, kháng nguyên tham gia trực tiếp vào hình thành polypeptid kháng thể Có nghĩa việc tổng hợp mạch polypeptid phải dựa khuôn kháng nguyên dựa vào cấu trúc bậc I, bậc II kháng nguyên Tác giả cho rằng, cấu trúc bậc I kháng thể dựa vào khn kháng ngun nên khn thay đổi xếp axit amin kháng thể thay đổi Như kháng nguyên khuôn cho kháng thể tương ứng Các tác giả cịn giải thích rằng, kháng ngun liên kết mRNA ribosome để tạo thành phức hệ Kháng nguyên-mRNA-Ribosome, tạo thành qui định thể kháng nguyên Bằng chứng cho giả thuyết kháng nguyên tồn suốt thời gian tổng hợp kháng thể người ta tìm thấy phức hệ

- Thuyết tiền định di truyền: tác giả Erphlis cho rằng, thông tin di truyền trung tâm hoạt tính kháng thể có sẵn trước kháng nguyên xâm nhập vào có hai khả xẩy ra:

+ Khả thứ tồn nhóm tế bào có khả tổng hợp kháng thể, cịn thơng tin kháng ngun thu nhận từ dòng tế bào khác

+ Khả thứ hai tế bào thể đa tiềm di truyền, tức có đủ tất thơng tin di truyền để tổng hợp loại kháng thể, cịn kháng ngun có tác dụng tác nhân kích thích cảm ứng gen tổng hợp kháng thể hoạt động

8.2 Di truyền sức kháng bệnh vật nuôi

8.2.1 Định nghĩa

Sức đề kháng bệnh khả không cảm nhiễm bệnh khả không mắc bệnh thể Sức đề kháng bệnh bẩm sinh tập nhiễm

Sức đề kháng phụ thuộc vào lồi động vật Một số lồi động vật khơng bị cảm nhiễm số bệnh, số lồi khác lại dễ mắc bệnh Động vật máu lạnh không bị lây nhiễm bệnh truyền nhiễm động vật máu nóng Trâu, bị khơng cảm nhiễm bệnh chảy nước mũi, thiếu máu truyền nhiễm ngựa, tất động vật thuộc móng guốc, ngón chẵn cảm nhiễm bệnh lở mồm, long móng

Tính cảm nhiễm động vật phụ thuộc vào thể động vật Trong đàn gia súc xẩy dịch bệnh có khơng bị bệnh

Sức đề kháng liên quan đến khả thích nghi với điều kiện sống động vật Ví dụ, gia súc vùng nhiệt đới khơng có sức đề kháng cao bệnh nguyên sinh động vật bệnh truyền nhiễm địa phương so với gia súc vùng ôn đới Gia súc vùng ôn đới khả đề kháng bệnh da, vi sinh vật đường máu, cầu trùng…kém so với gia súc vùng nhiệt đới

Di truyền sức kháng bệnh vật nuôi vấn đề phức tạp mà chưa sáng tỏ Có nhiều trường hợp khả kháng bệnh cụ thể xác định đơn gen, song nhiều trường hợp lại nhiều gen kiểm soát

Sức đề kháng với bệnh hiểu theo nghĩa rộng tính khơng cảm nhiễm với bệnh gia súc khả chống chịu với yếu tố bất lợi môi trường Khi theo dõi đàn gà bị bệnh New castle, bị bệnh bạch cầu hay bệnh khác thấy lúc bệnh có tác động gây chết khác bệnh lại hồn tồn vơ hại (vẫn sinh trưởng, phát triển bình thường) Con bị bị bệnh viêm vú khác bình thường Nhiều biến dị di truyền sức kháng bệnh vật ký sinh vật ni, kết luận biến dị di truyền có hầu hết vật nuôi

Người ta phát trường hợp có sức đề kháng cao bệnh viêm vú dòng gia súc cho sữa Các nghiên cứu Legate, Grinells (1952) xác nhận rằng, bị có sức đề kháng cho bê mẫn cảm với bệnh viêm vú 33% so với bị khơng có sức đề kháng Những sai khác xuất kết chọn lọc hàng loạt, tiến hành hệ theo mẹ mà khơng tính đến ảnh hưởng di truyền bố bê tính mẫn cảm bệnh

Những kết dẫn đến lần chọn giống theo sức đề kháng với viêm vú Mặt khác chứng minh rằng, chọn lọc làm giảm tính mẫn cảm với bệnh viêm vú tổ hợp biện pháp thú y, phòng bệnh

Sức đề kháng bệnh viêm vú có liên quan đến việc chọn lọc đực giống Reid (1954) phát số bê Jersey gái số đực giống đàn bò Trường Đại học Tổng hợp Penxinvania, bệnh viêm vú phát 14% trường hợp số gái đực giống 55% trường hợp Tác giả nhấn mạnh rằng, bên cạnh đặc điểm mang tính chất di truyền biện pháp phịng bệnh để nâng cao phẩm chất sữa cần thiết Các yếu tố như: chuồng bẩn, thiếu đệm lót, thời tiết ẩm điều kiện không thuận lợi khác làm tăng tính mẫn cảm bệnh viêm vú gia súc cho sữa

Bảng Mối quan hệ sức đề kháng bệnh viêm vú mẹ

Tác giả địa điểm nghiên cứu

Số đàn nghiên cứu

Mẹ mẫn cảm với bệnh viêm vú Số gái lượng mẫn cảm

Mẹ có sức đề kháng với bệnh viêm vú S ố Con gái lượng mẫn cảm

Mức giảm tỷ lệ mẫn cảm hệ bị có sức đề kháng (%)

Ward (Kentecbe)

20 86 54,4 109 56,0 38

Ward (Manavat)

15 128 81,3 171 54,4 33

Legate & Grinell

(Bắc crolina)

11 114 53,0 82 35,0 34

Tính mẫn cảm lợn bệnh có khác chất Khi xẩy dịch lợn, ta thấy có nhiều khơng mắc bệnh, chúng có tiếp xúc với bệnh mức độ mắc bệnh có khác Có thể quan sát thấy tượng tương tự bệnh không truyền nhiễm (chứng cảm lạnh, bệnh đường tiêu hóa, bệnh ký sinh trùng…) Người ta bỏ nhiều công sức để nghiên cứu chọn lọc dòng đề kháng bệnh thu số kết

Kết nghiên cứu tác giả Mỹ Canada cho thấy, lợn bị viêm mũi thường giảm tăng trọng so với khỏe Trong trình chọn lọc theo hướng nâng cao sức đề kháng bệnh viêm mũi người ta tạo giống lợn Lakomb

Người ta có thơng báo việc tạo dịng lợn có sức đề kháng bệnh viêm phế quản (Bronchoppneumonia), tạo dòng lợn có khả kháng bệnh viêm vú, bệnh bạch cầu tăng…

Người ta biết rằng, nguyên nhân chủ yếu bệnh ỉa chảy lợn chủng E coli có kháng nguyên bề mặt tế bào gọi K.88 Nhưng tất lợn dễ nhiễm E coli K.88 Đặc biệt có thụ quan (receptor) K.88 thành ruột mẫn, khơng có thụ quan kháng Người ta xác định rằng, có mặt hay vắng mặt thụ quan K.88 xác định alen thuộc locus nhiễm sắc thể thường Alen xác định có mặt thụ quan trội hoàn toàn so với alen xác định vắng mặt thụ quan (Gibbons et al 1977)

8 2.3 Sức đề kháng di truyền bệnh gia cầm

Gà mái bị bệnh ỉa phân trắng Salmonella pullorum thường truyền vi khuẩn cho gà qua lòng đỏ trứng Những gà bị bệnh đường chết sống sót tùy thuộc vào việc chúng có gen mẫn hay kháng phụ thuộc vào điều kiện môi trường Mặt khác gà bị bệnh truyền qua phân gà khác

Robert Card (1935) chứng rằng, nâng cao sức đề kháng tự nhiên gà Leghorn trắng bệnh ỉa phân trắng vi khuẩn cách chọn giống thích hợp Tác giả truyền qua miệng tất gà thí nghiệm tác nhân gây bệnh ỉa phân trắng Bằng cách phần lớn gà bị nhiễm tự nhiên bệnh Trong hai đàn gà Leghorn trắng chọn giống thưeo sức đề kháng bệnh ỉa phân trắng năm liền, thu tỷ lệ gà sống sót sau tiêm truyền 61-70% Trong đó, nhóm gà đối chứng khơng tiến hành chọn giống tỷ lệ gà sống sót sau nhiễm bệnh (cũng liều trên) 28% Một dòng thứ ba chọn giống thời gian suốt năm liền, thu tỷ lệ gà sống sót sau tiêm trưyền liều 74% Kết khác dịng có sức đề kháng cao khơng có sức đề kháng chứng minh sức đề kháng cao dịng thứ khơng phải kết tượng miễn dịch thụ động (truyền từ mẹ sang gà thông qua trứng) Sức đề kháng cao bệnh ỉa phân trắng truyền lại cho đời sau gà mái gà trống thuộc dịng có sức đề kháng Từ tin rằng, sức đề kháng cao với bệnh ỉa phân trắng vi khuẩn gà gen qui định

Kết nghiên cứu tác giả cho thấy, ảnh hưởng môi trường di truyền sức kháng bệnh Gà nở yêu cầu nhiệt độ chuồng ni 35oC Một số gà có sức đề kháng với

Salmonella pullorum chết, nuôi nhiệt độ 30oC Mặt khác, nhiều gà mẫn cảm với bệnh ỉa phân trắng vi khuẩn nhiệt độ 35oC lại trở nên có sức

đề kháng, tăng nhiệt độ chuồng nuôi lên 40o

C 8.2.3 Sức đề kháng nội ký sinh

Steward cộng thuộc Trường Đại học Caliphonia tiến hành nghiên cứu sức đề kháng nhiễm giun Ostertagia circumcinta cừu non thuộc giống Romni-Mac cừu non thuộc giống khác, bao gồm nhóim Tất nuôi đàn Người ta xác định mức độ nhiễm giun số cừu non Qua theo dõi, tác giả nhận thấy, cừu Romni-Mac tiêu thấp so với cừu thuộc giống khác Điều chứng tỏ, giống Romni-Mac có sức đề kháng cao với giun

Bảng Kết thí nghiệm sức đề kháng giun ký sinh dê

Thí nghiệm Đối chứng Dê đực có sức đề kháng x Dê khơng chọn lọc 71 33 Dê đực có khả đề kháng x Những gái chưa

được kiểm tra mẹ có sức đề kháng 83 31 Tác giả Rozenbe tạo dịng gà có sức đề kháng cao cầu trùng Coccidium cách chọn giống qua nhiều hệ Kết lai dòng có sức đề kháng cao với dịng chưa chọn lọc cho thấy, sức đề kháng gà Coccidium, sức đề kháng bệnh

khác có di truyền trung gian

8.2.4 Sức đề kháng ngoại ký sinh trùng

Giữa động vật tồn sai khác di truyền sức kháng bệnh không ký sinh trùng bên mà ngoại ký sinh trùng Sức đề kháng ký sinh trùng hút máu có ý nghĩa quan trọng nhiều nước giới, mà sâu bọ, ve bét vật môi giới truyền loại sinh vật gây bệnh Trong bệnh bị lây nhiễm qua vật chủ trung gian, đặc thù bệnh sốt vàng da fevrisflava, bệnh sốt rét

người Các nghiên cứu nước thuộc vùng khác giới, người ta xác định rằng, bị Zebu có sức đề kháng cao bọ bét có sức đề kháng cao bệnh bọ bét truyền cao giống gia súc có sừng thuộc nguồn gốc Châu Âu Bonsma nghiên cứu bệnh tràn dịch tim, gây nên Richeketsia truyền qua bọ bét Ambliomma hebracium Kết cho thấy, có sai khác bị

Zebu bò Châu Âu sức đề kháng với bệnh tràn dịch tim đồng thời có sai khác thời gian sống bò bị bệnh Các nghiên cứu cho thấy, bò lai F1 giao phối bò Châu Âu với giống bò Zebu

khác thể tính trội thuộc bố, mẹ có sức đề kháng cao

Người ta thừa nhận rằng, ưu lai giống bò Zebu khả bẩm sinh Bonsma tính số lượng ve bét ba vùng khác thể giống bò Châu Âu cao bò Zebu 2,2; 2,9 7,5 lần

Cùng với biến dị giống, cịn có biến dị di truyền sức kháng ve hai giống Bos indicus Bos taurus lai chúng, hệ số di truyền cao (80%) Điều rằng, chọn lọc quần thể có hiệu

Bảng Tỷ lệ mắc bệnh tràn dịch tim bê trước 30 tháng tuổi thí nghiệm Bonsma (1944) trại Transvaal

Giống Số bê

sinh

Tỷ lệ loại thải (%)

Tuổi trung bình của bê bị bệnh

Bò Zebu chủng 246 5,3 11

Bò ¾ máu Zebu ¼ máu Châu Âu

86 7,0

Bị ½ máu Zebu ½ máu Châu Âu

397 10,2

Bò chủng Châu Âu 28 60,7

9 Kỹ thuật di truyền

Kỹ thuật tái tổ hợp DNA thường gọi kỹ thuật di truyền, bao gồm tập hợp gồm nhiều kỹ thuật, vai trị hàng đầu thuộc tư phương pháp di truyền vi sinh vật, sinh học phân tử, hóa học axit nucleic

Về hình thức, kỹ thuật di truyền đời vào năm 1972-1973, nhóm nghiên cứu Berg, Boyer Cohen Mỹ tạo nên phân tử DNA tái tổ hợp invitro từ ba nguồn nguyên liệu khác nhau: nguyên gen virus SV40 gây ung thư khỉ, phần gen phage trung hòa gen operon lactose vi khuẩn E coli

Vào năm 1973-1974 nhóm Cohen, Helinski, Boyer lần nhận sản phẩm có hoạt tính từ DNA tái tổ hợp Nhóm giải vấn đề lắp ghép tạo dịng DNA Sau nhiều nhà khoa học lao vào thí nghiệm lắp ghép gen nhanh chóng thu kết có ứng dụng thực tiễn Kỹ thuật di truyền thực qua nhiều cơng đoạn phức tạp tinh vi, nói cơng nghệ Từ thuật ngữ công nghệ sinh học (biotechnology) đời

9.1 Các enzyme hạn chế

chế” khả sinh sản phage tế bào vi khuẩn cách phân hủy chúng cách đặc hiệu, gọi enzyme hạn chế

Các enzyme phân cắt DNA gọi nuclease, gồm loại: exonuclease endonuclease Exonuclease cắt DNA từ hai đầu mút endonuclease cắt DNA phân tử Các enzyme hạn chế cắt phân tử DNA cách đặc hiệu nên gọi endonuclease hạn chế (restriction)

Vào năm 1970, H Smith cộng tách restriction endonuclease từ vi khuẩn Haemophilus influenzae gọi HinII Ngay sau khơng lâu xác định rằng, phần lớn loài vi khuẩn có hệ thống chuyên biệt hạn chế biến đổi (restriction-modification system) để bảo vệ tế bào khỏi xâm nhập DNA lạ

Các restriction chia làm nhóm: enzyme nhóm II thường sử dụng kỹ thuật di truyền Các enzyme nhóm II nhận biết DNA mạch kép trình tự nhận biết cắt DNA trình tự Các trình tự nhận biết thường có 4-6 cặp nucleotide đối xứng đảo ngược nhau, gọi palindrom Mỗi restriction endonuclease có trình tự nhận biết đặc trưng

- Restriction endonuclease E.co RI (từ E.coli)có trình tự nhận biết:

E.Coli cắt

G A A T T C .G A A T T C C T T A A G .C T T A A G - Enzyme BamHI (ở vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens)

BamHI

G G A T C C G G A T C C C C T A G G C C T A G G - Enzyme HaeIII (từ vi khuẩn Haemophilus aegyptius) có trình tự:

Hac III

Các enzyme Eco RI BamHI cắt DNA mạch kép tạo đầu lệch “cố kết” hay “dính” base bổ sung dễ bắt cặp để gắn lại với lúc chưa bị cắt rời Nếu có đoạn DNA lạ khác bị cắt loại enzyme hạn chế, ví dụ enzyme Eco RI nhờ đầu “cố kết” đoạn DNA lạ, xen vào sau:

Đoạn ADN I Đoạn ADN lạ II

G A A T T C G A A T T C G A A T T C

C T T A A G C T T A A G C T T A A G

Eco RI

G A A T T C A A T T C G

C T T A A G G C T T A A

“Đầu cố kết” “Đầu cố kết”

.G A A T T C G A A T T C C T T A A G C- T T A A G Đoạn ADN “lạ” xen

Tính chất quan trọng dùng để cắt -ghép gen

Ngày có 1200 loại restriction endonuclease phát hiện, chúng có khả cắt DNA tổng cộng với 120 trình tự nhận bíết khác

9.2 Thu nhận gen

Vào năm 1969, Becwitt, Shapiro thông báo cơng trình tách gen từ operon lactose E coli dựa sở kết hợp phương pháp di truyền vi sinh cổ điển với phương pháp vật lý để tách lai phân tử DNA

Có thể thu nhận gen để thực kỹ thuật tái tổ hợp DNA ba phương pháp khác

9.2.1 Tách đoạn DNA từ gen

được cắt đoạn nhỏ dài khoảng 15.000 đến 20.000 cặp base lắc học hay enzyme endonuclease gắn vào vector mang gen, tạo plasmid tái tổ hợp Phương pháp mang tinh chất mị mẫm, ngun gen tồn phân tử DNA sinh vật khác chứa nhiều gen Tuy nhiên, phương pháp sử dụng có hiệu việc lập ngân hàng hay thư viện gen sinh vật, gọi ngân hàng DNA gen (genomic DNA libraries)

9.2.2 Tổng hợp gen phương pháp hóa học

Năm 1969, Khorana thực việc tổng hợp nhân tạo gen Đó gen mã hóa việc tổng hợp t.RNA, vận chuyển aminoacid alanine nấm men, khơng có hoạt tính Về sau nhóm tổng hợp gen có hoạt tính, gen mã hóa cho chất ức chế t.RNA vận chuyển thyrosine E coli, có chiều dài khoảng 200 cặp nucleotid

Muốn tổng hợp gen phương pháp hóa học phải biết trình tự nucleotid gen Kỹ thuật di truyền nhanh chóng đưa gen tổng hợp hóa học vào sản xuất Lần vào năm 1977, K Itakura Boyer thành công việc tổng hợp nhân tạo gen, mã hóa cho việc tổng hợp hormone somatostatin động vật có vú biểu tế bào E coli Sau nịi E coli mang gen tổng hợp hóa học tạo ra, chúng sản sinh hormone tăng trưởng người hormone peptid như: bradikinie, anginotensine, neuropeptid leuencephalin Các tế bào E coli mang plasmid tái tổ hợp tạo khoảng triệu phân tử hormone tế bào Polypeptid thử nghiệm kiểm định chuột bị lấy tuyến yên, hoàn toàn tương tự hormone tăng trưởng người

Phương pháp tổng hợp hóa học gen đựoc sử dụng để tạo nòi vi khuẩn sản sinh insulin, hormone quan trọng để chữa bệnh tiểu đường Gen insulin tổng hợp dạng gồm từ 40 đoạn oligonucleotid, đoạn có nucleotid Các đoạn ligase nối lại thành cấu trúc thống Các mạch kép polynucleotid có chiều dài 271-286 cặp base gắn vào plasmid Plasmid gắn thêm đoạn gen điều hòa Tế bào chứa plasmid mang gen insulin tổng hợp proinsulin, sau xử lý hóa học để biến thành insulin có hoạt tính Phân tử insulin cấu tạo gồm mạch A (21 amino acid) mạch B (30 amino acid) Hai mạch nối lại với nhờ cầu nối disulfit

9.2.3 Sự tổng hợp gen từ m.RNA gen tương ứng

lớn, động vật có vú lên đến hàng triệu đoạn phải cần có hàng triệu dòng vi khuẩn mang đoạn DNA này, số có dịng chứa đoạn DNA tương tự nhau, trùng lặp Thứ hai, phần lớn DNA eucaryotae bậc cao dư thừa, tức khơng mã hóa cho việc tổng hợp protein, đoạn làm tốn công vơ ích tạo dịng

Trong thực tiễn kỹ thuật di truyền, người ta sử dụng rộng rãi phương pháp thứ ba, tạo gen từ mRNA thông tin chúng Phương pháp dựa vào trình phiên mã ngược nhờ sử dụng enzyme phiên mã ngược (reverse transcriptase, có tên DNA-polymerase phụ thuộc RNA Enzyme lần phát nghiên cứu chép RNA restovirus gây ung thư Nó có khả tổng hợp nên DNA mạch, gọi c-DNA từ khuôn mRNA từ đoạn polyribonucleotid tổng hợp hóa học Nhờ enzyme reverse transcriptase tổng hợp tất gen, miễm có mặt mRNA gen Các c-DNA mạch đơn biến thành mạch kép nhờ DNA-polymerase gọi c-DNA kép Đoạn c-DNA kép gắn vào plasmid biến nạp vào vi khuẩn để tạo dòng c-DNA

Các dòng DNA gen đoạn ngẫu nhiên trình tự nucleotid dọc theo DNA sinh vật không phụ thuộc vào loại tế bào dùng để lấy DNA Ngược lại dòng c-DNA chứa đoạn gen phiên mã m.RNA, tế bào mơ biệt hóa có loại mRNA khác nên ngân hàng c-DNA nhận đựoc phụ thuộc vào kiểu tế bào sử dụng

Sử dụng ngân hàng c-DNA có nhiều ưu thế:

- Thứ nhất, dòng c-DNA chứa trình tự mã hóa liên tục gen - Thứ hai, nhiều protein tổng hợp với số lượng lớn tế bào chuyên hóa tế bào mRNA protein giàu có tỷ lệ cao ngân hàng c-DNA tạo từ tế bào có nhiều c-DNA mã hóa cho protein tương ứng Sự dồi c-DNA vài loại làm giảm nhẹ đáng kể việc xác định dòng mong muốn từ ngân hàng gen

Hiện số lượng ngân hàng gen DNA nhiễm sắc thể c-DNA không ngừng tăng, chúng nguồn cho nhà nghiên cứu, đồng thời số đáng kể trở thành hàng hóa Năm 1972 nhà khoa học Mĩ tạo dòng c-DNA 2375 gen não người

9.3 Các vector chuyển gen

9.3.1 Thế vector chuyển gen

Để thu nhận gen dạng tinh với hàm lượng lớn, người ta phải tạo dòng (clon) gen Tạo dịng nhằm gắn trình tự DNA cần thu nhận vào vector Vector phân tử DNA thường có dạng vịng, mang nhiều đặc tính, có khả tự tái sinh, tồn độc lập, mượn máy tế bào vi khuẩn để tạo nhiều khác giống hệt vector ban đầu mang gen cần chuyển Các vector chuyển gen cần thỏa mãn điều kiện sau:

- Có trình tự khởi chép để tự chép, tồn độc lập - Có trình tự nhận biết, nơi mà enzyme hạn chế nhận biết để cắt hở làm chổ ráp gen lạ vào Các trình tự thường nằm xa điểm xuất phát chép để tránh bị cắt nhầm

- Các trình tự điều hịa tạo điều kiện thuận lợi cho phiên mã gen lạ - Đảm bảo cho di truyền bền vững DNA tái tổ hợp dạng độc lập hay gắn vào nhiễm sắc thể tế bào chủ

- Có gen đánh dấu để dễ dàng phát chúng gen lạ gắn vào

- Vector phải có kích thước nhỏ tốt để thu nhận lượng DNA tối đa Hơn kích thước DNA nhỏ dễ xâm nhập vào tế bào vi khuẩn chép nhanh hiệu

Ngoài chúng cịn phải có đặc tính bổ sung khác việc tạo dòng thuận lợi

- Chứa gen làm vơ hiệu hóa đoạn DNA không mong muốn bị gắn vào

- Có nhiều để tách khỏi tế bào với số lượng lớn đảm bảo khuyếch đại gen gắn vào

Không có vector tồn cho chuyển gen, mà cần có chọn lựa tùy đối tượng, tùy kích thước đoạn gen tạo dịng Các vector chuyển gen có ứng dụng:

- Tạo dòng khuyếch đại trình tự DNA (nhiều giống nhau)

- Nghiên cứu biểu đoạn trình tự DNA

- Đưa gen vào tế bào vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men) hay động vật, thực vật

- Sản xuất RNA

- Sản xuất protein từ gen tạo dịng

Do có tầm quan trọng nên vector chuyển gen hồn thiện khơng ngừng, từ vector plasmid tự nhiên vi khuẩn vào đầu năm 70, tiến tới nhiều loại vector phức tạp, đến nhiễm sắc thể nhân tạo

9.3.2 Các vector chuyển gen plasmid

Plasmid đoạn DNA ngắn (2-5), dạng vịng, nằm ngồi

nhiễm sắc thể, tìm thấy lần vi khuẩn Sự chép plasmid không phụ thuộc vào chép nhiễm sắc thể vi khuẩn Mỗi vi khuẩn chứa hàng trăm plasmid Ở sinh vật procaryotae, vector chuyển gen thường sử dụng plasmid vi khuẩn bacteriophage Chúng cải tiến để ngày thuận tiện cho kỹ thuật tái tổ hợp DNA, qua hệ

- Thế hệ thứ plasmid tự nhiên, đến không sử dụng

- Thế hệ thứ hai

Là plasmid cấu tạo phức tạp Một plasmid sử dụng rộng rãi BR 322 Plasmid có khả chép độc lập với tế bào E coli tồn với số lượng trung bình 20-30 cho tế bào Trong điều kiện nuôi cấy định khuyếch đại có chọn lọc làm tăng số plasmid đến 1000 cho tế bào

- Thế hệ thứ ba

9.3.3 Các vector chuyển gen phage

Phage (thực khuẩn thể) virus xâm nhiễm làm phân giải vi khuẩn Các phage, virus vi khuẩn dùng làm vector chuyển gen nhiều phage có khả thực tải nạp mang gen từ tế bào vi khuẩn cho sang tế bào vi khuẩn nhận Vector phage sử dụng rộng rãi để lập ngân hàng gen, mang đoạn DNA lớn hơn, dễ bảo quản, dễ tách để phân tích Ưu điểm bật phage chúng có hệ thống tự động xâm nhập sinh sản tế bào vi khuẩn với hiệu cao nhiều so với việc đưa plasmid vào tế bào vi khuẩn biến nạp Tuy nhiên thao tác ban đầu có phức tạp

9.4 Tạo plasmid tái tổ hợp (tạo dòng)

Bước kỹ thuật di truyền gắn đoạn DNA hay c-DNA vào vector chuyển gen để tạo nên plasmid có mang DNA lạ gọi plasmid tái tổ hợp hay khảm

9.4.1 Các bước tạo dòng

- Chọn xử lý vector: Việc chọn xử lý vector phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích thước đoạn DNA muốn tạo dịng, mục đích tạo dịng Trước hết, vector cắt vị trí xác định enzyme giới hạn Sau đầu chổ nối cắt xử lý để chúng nối trở lại; vecto trở lại dạng vịng ban đầu hai đầu chổ mối cắt nối với trình tự DNA lạ

- Xử DNA cần tạo dòng (insert): Trước hết cần chọn lọc sơ khởi DNA có kích thước gần tương ứng với loại vector chọn Sau dó hai đầu đoạn DNA cần xử lý cho phù hợp với hai đầu chổ mối cắt vector (bằng cách cắt enzyme giới hạn để tạo đầu so le tương hợp)

- Tạo vecto tái tổ hợp: Vecto DNA cần tạo dòng xử lý trộn chung theo tỷ lệ định với tham gia ligase Ligase xúc tác phản ứng nối vector với insert tạo thành vector tái tổ hợp (recombinant) Vector tái tổ hợp sau tinh qua tách chiết tủa

- Phát dịng cần tìm thư viện gen: Sự phát dịng cần tìm, người ta sử dụng mẫu dị, mẫu dị kháng thể đặc trưng cho protein mã hóa gen cần tìm trình tự DNA bổ sung cho gen cần tìm

Do chất DNA cần tạo dòng (được gọi insert) người ta phân biệt hai loại thư viện gen: thư viện gen (genomic library) thư viện c-DNA (cDNA library)

9.4.2 Thư viện gen (genomic library)

Thư viện gen sinh vật tập hợp tất trình tự DNA cấu thành gen gắn vào vector Về nguyên tắc, thư viện gen thiết lập từ loại tế bào sinh vật nghiên cứu Để thiết lập thư viện gen, trước hết người ta tách chiết DNA gen sinh vật đó, cắt DNA thành đoạn có kích thước xác định enzyme giới hạn; gắn đoạn vào vector tạo vector tái tổ hợp Các vector tái tổ hợp sau đưa vào tế bào chủ Các tế bào chủ nuôi cấy môi trường đặc hình thành nên dịng (clone)

Ứng dụng thư viện gen cần:

- Giải mã thông tin di truyền chứa gen, đặc biệt cấu trúc intron-exon gen xác định

- Tạo dịng trình tự DNA khơng mã hóa nằm cạnh gen địng vai trò định điều hòa biểu gen

9.4.3 Thư viên cDNA

Thư viện cDNA tập hợp cDNA từ tất mRNA tế bào Như vậy, không giống với thư viện gen, thư viện cDN thiết lập từ loại tế bào xác định gen nghiên cứu phải biểu thành mRNA Thư viện cDNA mang tính đặc trưng tế bào cao loại tế bào thể biệt hóa có số gen phiên mã thành mRNA Việc thiết lập thư viện cDNA có số điểm đặc trưng: Trước hết mRN tế bào tách chiết chuyển thành cDNA nhờ enzyme phiên mã ngược (Reverse transcriptase)

Thư viện cDNA hình thành theo bước sau:

- Việc chọn vector tương đối dễ dàng kích thước cDNA lớn kb Ngày người ta thường sử dụng plasmid hệ thứ ba Plasmid cắt enzyme giới hạn hai đầu mối cắt loại phosphate để tránh tượng tự nối trở lại

- Bên cạnh đó, mRNA tách chiết từ tế bào chuyển thành cDNA nhờ enzyme phiên mã ngược Vector tái tổ hợp hình thành kết hợp plasmid cDNA

- Sau đó, vector tái tổ hợp đưa vào tế bào vi khuẩn phương pháp biến nạp (transformation) Sau tế bào vi khuẩn nhận vector tái tổ hợp, người ta lại nuôi chúng môi trường lỏng thời gian ngắn trước đem trải chúng môi trường đặc Các dịng vi khuẩn hình thành nên khuẩn lạc mặt thạch

9.5 Biến nạp DNA tái tổ hợp vào tế bào

Sau DNA tái tổ hợp, việc biến nạp, đưa vào lại tế bào Có thể đưa vào nhiều cách

9.5.1 Hóa biến nạp

DNA tái tổ hợp (plasmid mang đoạn gen lạ) ủ với số lượng lớn tế bào vi khuẩn chưa có plasmid Đối với vi khuẩn xử lý CaCL2

lạnh, kèm sốc nhiệt độ (42oC phút) DNA tái tổ hợp xâm nhập

vào tế bào nhiều

Đối với tế bào động vật có vú, để thực biến nạp dùng phương pháp hấp thụ DNA qua trung gian phosphate calcium Phương pháp cho hiệu thấp

9.5.2 Điện biến nạp

Sử dụng dòng điện cao cục theo xung làm tế bào hấp thụ DNA nên gọi điện biến nạp Lúc đầu phương pháp sử dụng động vật có vú, sau cho tế bào thực vật Hiệu biến nạp cao, gấp 10-20 lần so với xử lý hóa chất, đoạn DNA biến nạp có kích thước lớn Tuy nhiên tỷ lệ tế bào chết đáng kể (50-70%) Khó khăn khác phải chế dụng cụ chun biệt tạo dịng điện có điện cao cho khối lượng xử lý nhỏ

Đối với tế bào động vật có vú (thường hợp tử) tiêm thẳng DNA tái tổ hợp vào tế bào Đây phương pháp thơng dụng có hiệu chuyển gen tế bào động vật có vú, tạo động vật nhiễm gen

9.5.4 Bắn DNA vào tế bào

Đối với tế bào thực vật, muốn thực biến nạp phải tạo tế bào trần (mất vách tế bào) DNA ngấm vào Việc tạo tế bào trần không đơn giản, tốn công sức thường sức sống tế bào giảm, khó phân chia để tự tái sinh Để khỏi phải làm công việc trên, phương pháp bắn DNA tái tổ hợp trực tiếp vào tế bào thực vật sử dụng Các hạt kim loại (đường kính khoảng micromet) mang DNA RNA bắn với tốc độ nhanh xuyên thủng vách tế bào đưa vào Phương pháp có nhiều ưu dùng nhiều thực vật nhiễm gen Ngồi cịn nhiều phương pháp khác đưa DNA tái tổ hợp vào tế bào:

- Sử dụng màng lipid bao DNA để đưa vào tế bào

- Dùng tinh trùng mang DNA tái tổ hợp xâm nhập vào tế bào trứng - Các vector virus tự động thực tải nạp đưa DNA tái tổ hợp vào tế bào với hiệu suất cao nhiều nên sử dụng rộng rãi tế bào người, động vật thực vật

9.6 Phương pháp PCR

Vào năm 1985, K Mullis phát phương pháp đơn giản khuyếch đại nhanh nhiều đoạn DNA mà không cần sử dụng tế bào Kỹ thuật gọi polymerase chain reaction (PCR), hiểu phản ứng polymer dây chuyền Sự khuyếch đại PCR thực invitro ống nghiệm plastic nhỏ, khác hẵn với tạo dòng đoạn DNA invitro gắn vào plasmid tế bào vi khuẩn hay nấm men Kỹ thuật ứng dụng nhanh có ý nghĩa cách mạng phát triển sinh học phân tử kỹ thuật di truyền Thực chất phương pháp tạo dòng invitro khơng cần có diện tế bào

9.6.1 Nguyên tắc thực

lần) gồm: đun nóng (95oC) vịng 30 giây đến phút Đây giai

đoạn biến tính; Làm nguội (37 - 65oC), vòng 30 giây đến phút,

cho phép mồi bắt cặp với khuôn, giai đoạn lai; Ủ lâu 72o

C giúp cho DNA polymerase hoạt động tổng hợp Thời gian tùy thuộc vào độ dài trình tự DNA cần khuyếch đại, thường kéo dài 30 giây đến nhiều phút, giai đoạn tổng hợp hay kéo dài (elongation) Trong dung dịch có primer (đoạn mồi) P1 P2, loại bắt cặp bổ sung với đầu

mạch đơn tương ứng Như vậy, mạch kép DNA, sau phản ứng DNA polymerase thực thành mạch DNA kép thực chu trình khuyếch đại thành 4, thành theo cấp số nhân

3’ 5’ A 5’ 3’

Lặp 3’ 5’ lại

n lần 5’ 3’ B 3’ 5’

C

5’ 3’

Hình 54 Sơ đồ nguyên tắc phương pháp PCR

Một chu kỳ gồm bước: A Biến tính (denaturation): tách rời hai mạch của phân tử DNA B Lai (hybridization): cặp mồi chuyên biệt cho trình tự DNA xác định cho bắt cặp với khuôn C Kéo dài (elongation): DNA-polymerase tổng hợp mạch kể từ mồi bắt cặp Chu kỳ lặp lại n lần

Phản ứng thực ống plastic nhỏ, có mẫu DNA, primer DNA polymerase, gắn vào hệ thống nung nóng điều chỉnh thành chu kỳ nung nóng, làm nguội theo chương trình định sẵn, gọi thermocycler (máy PCR)

Trước để sản xuất mẫu dò, công cụ thiếu phương pháp lai, người ta phải tiến hành qua nhiều giai đoạn-tạo dịng, ni cấy để tạo nhiều sao, đánh dấu mẫu dị Với phương pháp PCR, người ta sản xuất nhanh lượng mẫu dò đánh dấu thực phản ứng với cặp mồi chuyên biệt nucleotid đánh dấu

- Khuyếch đại số lượng RNA

Do Taq polymerase không hoạt động RNA nên người ta sử dụng kỹ thuật phối hợp RT-PCR (Reverse transcriptase-PCR) Trước hết RNA chuyển thành c-DNA nhờ enzyme phiên mã ngược Sau cDNA khuyếch đại nhờ Taq polymerase Người ta sử dụng Taq polymerase cho hai giai đoạn

- Định lượng phương pháp PCR

Thường sử dụng để nghiên cứu trình tự (DNA hay RNA) có số lượng thấp, định lượng phương pháp lai phân tử cổ điển Về nguyên tắc người ta xác định số lượng mẫu ban đầu qua tính tốn dựa vào sản phẩm cuối cùng, số chu Nhưng thực tế, người ta định lượng tương đối trình tự đích, tức so sánh hàm lượng nhiều nguồn khác

9.6.3 Các hạn chế phương pháp PCR

- Kích thước trình tự cần khuyếch đại

Trừ vài trường hợp cá biệt, phương pháp PCR không hoạt động với đoạn DNA lớn 3kb Việc sử dụng PCR độ dài 1,5 kb cho kết tốt

- Sự ngoại nhiễm

Vấn đề đặc biệt cấp thiết ứng dụng chẩn đốn, dự phịng hậu nghiêm trọng Nguồn ngoại nhiễm lớn sản phẩm khuyếch đại lần trước Người ta chứng minh việc mở nắp ống nghiệm sau lần khuyếch đại khoảng khơng gian kín phịng thí nghiệm sẽ.khiến cho phân tử khuyếch đại thoát khỏi ống nghiêm bay lơ lửng khơng khí, bám vào tường, cửa, thiết bị dụng cụ nhiễm vào phản ứng tiến hành sau

Sự chép Taq polymerase cho tỷ lệ sai cao (10-4

), có nghĩa 1000 nucleotid enzyme gắn sai nucleotid Đặc tính khơng nghiêm trọng ta cần xem xét kích thước hay có mặt sản phẩm khuyếch đại, có ý nghĩa lớn cần xác định xác trình tự nucleotid DNA

10 Kỹ thuật gene chăn nuôi

Các phương pháp chọn giống lai tạo cổ điển góp phần hình thành nên giống vật ni, trồng đa dạng có hiệu kinh tế cao Kỹ thuật gen phát triển tảng hiểu biết sinh học vật nuôi trồng, bao gồm hai hướng chính:

- Phân tích di truyền vật nuôi trồng nhờ DNA marker (các trình tự đánh dấu gen liên kết với tính trạng cần quan tâm)

- Tạo sinh vật chuyển gen

Các DNA marker sử dụng vào việc hình thành đồ gen với vị trí gen mã hóa cho tính trạng mong muốn vật ni trồng nhằm phục vụ cho chiến lược lai tạo chọn giống lai tạo theo phương pháp cổ điển Việc tạo sinh vật chuyển gen cho phép đưa vào vật ni, trồng tính trạng q mà khơng phải qua trình chọn lọc lâu dài; phương pháp khơng giúp cải thiện đặc tính sẵn có mà cịn bổ sung dặc tính hồn tồn sinh vật Việc hình thành thư viện gen biện pháp bảo tồn có hiệu nguồn gen tự nhiện giới

10.1 Sử dụng DNA marker phân tích di truyền

sống (năng suất trứng, sữa ), Các DNA marker sử dụng vào nhiều mục đích:

- Dùng để đánh giá mức độ biến động di truyền quần thể vât ni Nếu mức biến động di truyền cịn cao cần phải tiếp tục chọn lọc để ổn định dòng

- Cho phép đánh giá khác biệt di truyền hai cá thể bố mẹ, Sự khác biệt lớn tính dị hợp tử hệ cao

- Theo dõi hiệu chương trình chọn giống định hướng alen đặc biệt

- Xác định marker locus có liên kết chặt chẽ với tính trạng mong muốn, dùng chọn giống số lượng, đặc biệt tính trạng khó chọn lọc

Các DNA marker sử dụng lai tạo chọn giống nhiều gia súc gia cầm thường có liên quan đến tính trạng suất, chất lượng thịt, sức sống cao, thích nghi Ví dụ, người ta xác định locus RN qui định chất lượng thịt lợn nằm nhiễm sắc thể 15, cách marker S0088 18cM (Milan cộng sự, 1985); cịn tính trạng kháng bệnh marek gà có liên quan đến marker nhóm máu thuộc MHC (Major Histocompatibility Complex- phức hợp tương hợp mới) Gần người ta phát sử dụng marker VNTR để phân biệt hai loài hàu có giá trị kinh tế Ostrea edulis Dicentrarchus labax đồng thời để xác định gen kháng kí sinh trùng O edulis

10.2 Tạo động vật chuyển gen

Hình 55 Hai phương pháp tạo động vật chuyển gen

Bên trái: Phương pháp vi tiêm

Bên phải: Dùng tái tổ hợp tương đồng

Vấn đề lớn phương pháp chuyển gen không kiểm sốt vị trí gắn xen gen đưa vào

Động vật chuyển gen sử dụng vào nhiều mục đích

loạn di truyền kiểu với rối loạn di truyền người Việc nghiên cứu mơ hình chuột chuyển gen cho phép hiểu rõ chế sinh hóa rối loạn di truyền tương ứng Hơn việc thử nghiệm liệu pháp người thiết phải thơng qua bước thử nghiệm mơ hình động vật

- Dùng để sản xuất protein với số lượng lớn Người ta ghép gen mong muốn với promotor gen mã hóa cho protein sữa (casein) chuyển vào cừu Sản phẩm gen protein sản xuất với số lượng lớn tiết từ sữa cừu Đây mơ hình thử nghiệm

- Tạo chủng mang đặc tính quí Ví dụ, để tăng sản xuất len cừu, người ta chuyển gen tổng hợp cysteine vi khuẩn vào cừu, cysteine cần cho hình thành keratin len

- Việc chuyển gen góp phần đáng kể vào việc chọn giống động vật vì:

+ Giúp đưa nhiều tính trạng vào động vật mà trước chưa có

+ Đưa tính trạng có sẵn vào động vật nhanh phương pháp chọn giống thông thường (lai chọn lọc)

Một đóng góp quan trọng chuyển gen động vật tạo động vật mang gen bệnh người làm mơ hình nghiên cứu

10.2.1 Các phương pháp chuyển gen

- Vi tiêm phương pháp thông dụng DNA bơm thẳng vào hợp tử giai đoạn sớm

- Sử dụng vector virus như: SV40, BPV (bovine paoillomavirus, retrovirus)

- Phương pháp dùng tế bào cuống phôi (stem embryonic cells hay stem cell insertion) Trong phơi có tế bào có khả phân chia mạnh, người ta lấy tế bào ra, thực biến nạp rối cấy trở lại vào phôi

- Phương pháp dùng tinh trùng vector mang gen Nếu bơm DNA vào tinh trùng đưa DNA vào tế bào trứng dễ dàng thụ tinh

- Các tính trạng suất

Người ta chuyển gen để tăng cường tính trạng suất như: khả chuyển đổi thức ăn cao, tăng chất lượng thịt, sữa, lông giảm mỡ

Nhưng tính trạng kinh tế có di truyền đa gen, nên việc chuyển gen khó Người ta hy vọng tương lai xác định trình tự nucleotide gen động vật, cải thiện tính trạng

- Gen hormone tăng trưởng

Nhiều gen mã hóa cho hormone tăng trưởng chuyển vào vật nuôi với hy vọng giúp tăng trọng nhanh Hiệu thấy rõ chuột: chuột mang gen hormone tăng trưởng người lớn gấp đơi chuột bình thường Ở lợn, người ta tạo dòng mang gen mã hóa hormone tăng trưởng bị Lợn có tốc độ tăng trưởng nhanh hơn, mỡ hơn, lại mang nhiều bệnh

- Kích thích tăng trưởng

Ở gà có gen cSKI kích thích tạo tăng mạnh bình thường, giảm mỡ Người ta đưa gen vào lợn tạo nên giống có nhiều thịt mỡ Những lợn có chân yếu trơn yếu nên cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện

- Tăng suất tạo lông (ở cừu)

Trong thành phần lơng có nhiều axit amin, chủ yếu cystein chứa lưu huỳnh (S) tạo nhiều cầu disulfite nên protein lơng có độ cao Nếu cho vào thức ăn nhiều cystein suất lơng cừu khơng cao, thức ăn vào thể qua đường ruột bị vi sinh vật tiêu thụ nên lông không hấp thụ Khi tiêm cystein vào da sản lượng lơng tăng lên nhiều (vì không bị vi sinh vật tiêu thụ)

- Sản xuất protein trị liệu quan để ghép

Từ năm 1990, nhiều nơi giới thành công việc chuyển gen người vào cừu, dê, bò Đã thu chế phẩm như: t-pA (tissue plasmonogen activator), -1- antitrypsin Hiệu việc chuyển gen thấp, thường khoảng 1/1000 hợp tử bơm DNA

Một thành tựu đáng kể chuyển gen động vật sử dụng tái tổ hợp tương đồng để thay gen mục tiêu tế bào Kỹ thuật cho phép thay gen alen vị trí mong muốn nhiễm sắc thể tế bào thực phôi chuột vào giai đoạn túi phôi (blastocyst)

10.2.4 Tạo giống từ phôi

Phương pháp tạo giống đại gia súc chuyển gen như: bị, dê, cừu từ phơi cho nhiều kết sử dụng rộng rãi

Có hai cách đưa gen lạ vào hợp tử: vi tiêm dùng tái tổ hợp tương đồng - Vi tiêm

Tế bào trứng bò thụ tinh in vitro Ở giai đoạn nhân non

(pronucleus), thực vi tiêm đưa DNA gen lạ vào Phôi tạo cấy vào ống dẫn trứng bò mẹ mang thai

- Phương pháp dùng tái tổ hợp tương đồng

Các tế bào nuôi đưa DNA mang gen dùng thay đổi mục tiêu vào dịch nuôi tế bào Sau đó, tiến hành chọn lọc tế bào thay cho dung hợp với tế bào trứng bị loại nhân Tế bào dung hợp cấy vào bị mẹ

10.2.5 Siêu nỗn cấy truyền phơi

Siêu nỗn cấy truyền phôi hai công nghệ gắn liền vào trình nhằm gây rụng trứng đồng loạt vật cho phôi (donor), tạo thành nhiều hợp tử thu nhiều phơi chất lượng cao, sau đưa phôi tạo vào cá thể khác, vật nhận phôi (recipient), mà phôi sống, phát triển bình thường sở trạng thái sinh lỹ, sinh dục vật nhận phôi phù hợp với trạng thái tương ứng vật cho phôi (đồng pha)

Q trình kỹ thuật siêu nỗn cấy truyền phôi bao gồm công đoạn chủ yếu sau đây:

- Chọn vật cho phôi

Các vật cho phôi chọn từ đàn hạt nhân, có nhiều đặc điểm tốt, biết rõ nguồn gốc

- Chọn vật nhận phôi

Thường không cần vào phẩm giống, suất vật khơng có vai trị kiểu gen đời sau nên chúng vật “ mang thai hộ” Tuy nhiên chúng có ảnh hưởng lớn đến vệc tiếp nhận phôi nuôi con, chọn vật nhận phôi phải đảm bảo tiêu chuẩn: không mang bệnh tật, sinh trưởng, phát triển bình thường, sinh lý sinh sản bình thường

- Tạo chu kỳ động dục cho vật cho vật nhận phôi

Vật cho nhận phôi trước đưa vào sử dụng gây siêu noãn gây động dục đồng pha phải biết ngày biểu động dục trước để ấn định ngày gây siêu noãn vật cho gây động dục đồng pha vật nhận phôi

- Thu hoạch phôi

Vật cho phơi siêu nỗn, phối giống sau thời gian định giội rửa ống dẫn trứng để lấy phôi khỏi thể gọi thu hoạch phơi Có thể dùng phương pháp phẩu thuật không qua phẩu thuật

Phơi coi tốt kích thước đảm bảo, có dạng cầu đều, nguyên vẹn, tế bào xếp đều, liên kết chặt chẽ, có độ sáng phần

Phôi sau đánh giá, phân loại đem cấy truyền cho vật nhận phôi đồng pha (cấy phôi tươi) hay đem đông lạnh để sau sử dụng (cấy phôi đông lạnh)

Khi có phơi vật nhận phơi tiến hành cấy truyền phôi, tức đem phôi bên vào thể vật nhận

Nguyên tắc phơi lấy vị trí cấy trả vào vị trí nhờ súng cấy phôi

Vật nhận phôi sau cấy thời gian, tùy thuộc loài khám để đánh giá kết Đối với bò, thời gian tháng

+ Cho phép phổ biến nhân nhanh giống có suất cao, có đặc tính q sản xuất sở khai thác triệt để tiềm di truyền cao sản thông qua siêu nỗn, lấy phơi, bảo quản phơi cấy truyền

+ Cho phép nâng cao cường độ chọn lọc, đẩy mạnh hiệu công tác giống sở tăng nhanh tiến di truyền

+ Nâng cao khả sinh sản sản phẩm thịt, sữa Siêu nỗn cấy truyền phơi làm tăng số sinh từ cao sản, làm thay đổi nhanh chóng chất lượng đàn giống, khắc phục số trường hợp sinh sản khơng bình thường gia súc cao sản

+ Hạn chế đến mức tối thiểu số lượng gia súc làm giống, từ giảm chi phí khác kèm như: chuồng trại, vật tư, nhân lực

+ Giúp dễ dàng, thuận lợi việc xuất nhập khẩu, vận chuyển, trao đổi giống nước, vùng

+ Đây phương pháp giữ gìn, bảo tồn vật liệu di truyền (phương pháp ex situ)

+ Siêu nỗn cấy truyền phơi hạn chế số dịch bệnh nâng cao khả chống chịu bệnh, khả thích nghi vật mơi trường phần lớn bệnh gia súc không lây qua phôi

Câu hỏi ôn tập chương

1 Hãy nêu sở chứng minh gián tiếp chúng minh trực tiếp vai trò DNA di truyền?

2 Hãy trình bày thành phần hoá học cấu trúc phân tử DNA? Sao chép DNA?

3 Hãy trình bày thành phần hoá học cấu trúc phân tử RNA? Các loại RNA chức chúng?

4 Hãy trình bày trình phiên mã (tổng hợp RNA)?

5 Thế mật mã di truyền? Đặc trưng mật mã di truyền? Hãy trình bày trình sinh tổng hợp protein?

7 Tại phải có chế điều hoà biểu gen? Thành phần operon theo Jacob Monod?

8 Hãy trình bày hoạt động điều hồ operon latoza?

9 Thế đột biến gen? Nguyên nhân đột biến gen? Phân loại đột biến gen?

10 Các hình thức biểu đột biến gen dạng kiểu hình đột biến gen?

11 Thế kháng nguyên? Tính chất kháng nguyên? Thế kháng thể?

12 Cơ sở di truyền sinh tổng hợp kháng thể?

13 Hãy cho biết số trường hợp sức đề kháng bệnh vật nuôi? 14 Thế kỹ thuật di truyền? Enzym hạn chế? Các phương pháp thu nhận gen?

15 Thế vectơ chuyển gen? Các loại vectơ chuyển gen? 16 Các bước tạo dòng? Phương pháp tạo dòng chuyển gen? 17 Các phương pháp biến nạp DNA tái tổ hợp vào tế bào?

18 Phương pháp PCR? Ứng dụng PCR hạn chế phương pháp?

Chương

DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ

Các chương trước nghiên cứu qui luật di truyền cá thể, thực tế sinh vật tồn phát triển thành đàn, bầy quần thể Trong quần thể, tác động yếu tố: đột biến, chọn lọc (tự nhiên, nhân tạo), thay đổi số lượng cá thể, hình thức giao phối, sinh sản khác cá thể quần thể dẫn đến thay đổi di truyền quần thể Chương nghiên cứu cấu trúc di truyền quần thể, biến động di truyền ảnh hưởng nhân tố tác động vào quần thể Những thay đổi di truyền quần thể qua hệ ứng dụng chọn lọc nhân giống động vật

1 Khái niệm quần thể

1.1 Định nghĩa quần thể

Quần thể tập hợp gồm nhiều cá thể loài, sống khu vực địa lý định, có chế thích ứng chung điều kiện sống cụ thể tạo thành hệ thống di truyền hoàn chỉnh, có khả trì ổn định cấu trúc có khả tham gia vào biến đổi q trình tiến hóa

Các quần thể hình thành ảnh hưởng điều kiện sinh tồn sở mối quan hệ tương tác ba nhân tố tiến hóa

Các giống động vật thực vật nông nghiệp quần thể tạo nên chọn lọc nhân tạo

Quần thể sinh học (biological population) nhóm chất sống tồn tập đoàn hữu xác định mặt không gian thời gian, R Pearl, 1937 Quần thể sinh học lớn hệ sinh thái Quần thể sinh học khác với quần thể đặc tính chất sống, có giới hạn khơng gian thời gian

Quần thể di truyền (genetical population) quần thể sinh học loài Như vậy, quần thể di truyền có giới hạn:

- Khơng gian - Thời gian

Quần thể Mendel (Mendelial population) quần thể di truyền có sức sống Như quần thể Mendel bao hàm tính đồng di truyền, ví dụ dòng

Dòng tập hợp gồm nhiều cá thể lồi có mức độ giống cao kiểu di truyền kiểu hình

Quần thể địa phương nhóm cá thể lồi sinh sống khu vực giống

1.2 Vốn gen

Là tồn thơng tin di truyền, tức hệ đầy đủ tất alen tất gen hình thành q trình tiến hóa quần thể, có thời điểm định

1.3 Tần số gen tần số kiểu gen

Để phân tích di truyền quần thể, cần xác định tần số alen (gen) có để phát biến đổi theo thời gian, tức q trình tiến hóa sinh vật Nếu xét quần thể có gen alen A a quần thể có dạng kiểu gen AA, Aa aa

- Tần số tuyệt đối kiểu gen: Là số cá thể có kiểu gen khác quần thể

Kiểu gen đồng hợp trội: Số cá thể có kiểu gen đồng hợp trội, ký hiệu D Kiểu gen dị hợp: Số cá thể có kiểu gen dị hợp, ký hiệu H

Kiểu gen đồng hợp lặn: Số cá thể có kiểu gen đồng hợp lặn, ký hiệu R Ta có D + H + R = N (số cá thể quần thể)

- Tần số tương đối kiểu gen: Là tỷ lệ cá thể có kiểu gen khác tổng số cá thể quần thể

Kiểu gen đồng hợp trội, ký hiệu N D d Kiểu gen dị hợp, ký hiệu

N H h

Kiểu gen đồng hợp lặn, ký hiệu N

- Tần số tuyệt đối gen: Là số alen trội, alen lặn quần thể Gen trội, ký hiệu P = 2D + H

Gen lặn, ký hiệu Q = 2R + H Ta có P + Q = 2N

- Tần số tương đối gen: Là tỷ lệ alen trội, alen lặn so với tổng số alen quần thể

Gen trội, ký hiệu d h

N H D N P p 2 2

Gen lặn, ký hiệu r h

N H R N Q q 2 2

Ta có p + q = 100%

1.4 Cấu trúc di truyền quần thể

Là tần số tương đối alen (gen) kiểu gen có quần thể

2 Di truyền quần thể

2.1 Di truyền quần thể tự phối

Quần thể tự phối quần thể cá thể có kiểu di truyền giống nhau, giao phối với Đối với thực vật quần thể tự thụ phấn động vật cá thể giao phối nội dịng thuần, họ hàng, gia đình

Năm 1903, Johanson người sử dụng phương pháp di truyền thống kê để nghiên cứu cấu trúc di truyền quần thể Ông chọn đối tượng nghiên cứu đậu tự thụ phấn (Phaseous vulgaris).

bình qn nhóm hạt khơng cịn Bằng phương pháp chọn lọc liên tục nhiều hệ nội phối, quần thể đa dạng di truyền ban đầu trở thành dòng Sự khác biệt trọng lượng hạt bên dịng khơng di truyền, hay chọn lọc dịng khơng có hiệu

Ta lấy ví dụ đơn giản, quan sát thể dị hợp, có kiểu gen Aa Thể dị hợp cho loại giao tử A a, thụ tinh tạo thành hợp tử, chúng tạo thành cá thể có kiểu gen: AA, Aa aa với tỷ lệ tương ứng: 1/4 : 1/2 : 1/4 Tỷ lệ gọi tần số kiểu gen AA, Aa aa, ta có bảng giao phối sau:

Bảng Sơ đồ giao phối bố mẹ có kiểu gen Aa x Aa Giao tử o

o

1/2 A 1/2 a

1/2 A 1/4 AA 1/4 Aa 1/2 a 1/4 Aa 1/4 aa

Giả sử cá thể bố mẹ có ta tìm cấu trúc kiểu gen hệ mới:

Bảng 10 Cấu trúc di truyền hệ Bố, mẹ Đời

AA AA

Aa AA Aa aa

Aa AA Aa aa

aa aa

Như vậy, hệ ta thấy số kiểu gen đồng hợp tăng lên, số kiểu gen dị hợp giảm so với hệ trước Bằng cách tương tự ta tính số kiểu gen đồng hợp hay di hợp cho hệ Nếu ký hiệu số hệ n, tỷ lệ tần số kiểu gen hệ thứ n biểu thị công thức:

(2n - 1) AA + Aa + (2n - 1) aa

hợp lặn AA, aa) tăng lên, số lượng dị hợp thể Aa bị giảm, tăng giảm qua hệ ½ (50%)

2.2 Di truyền quần thể ngẫu phối (Panmaxic population)

Là quần thể di truyền mà cá thể giao phối tự cách ngẫu nhiên với Trong quần thể ngẫu phối cá thể có hội giao phối để tạo hệ kế tục Việc ghép đôi nhân tạo chọn lọc hồn tồn khơng đặt Quần thể ngẫu phối quần thể lý tưởng hay quần thể chuẩn để tiến hành nghiên cứu di truyền học

Trong quần thể ngẫu phối, cấu trúc di truyền hệ sau tạo nên nhờ tổ hợp giao tử bố mẹ thụ tinh Số lượng cá thể kiểu gen hay kiểu gen khác xác định tần số loại giao tử khác bố mẹ sinh

Giả sử quần thể xét có alen A a, với tần số alen A = 0,5 tần số alen a = 0,5 Các loại kiểu gen có quần thể tần số tương ứng AA = 0,25; Aa = 0,5 aa = 0,25

Ở hệ sau, điều kiện tạo thành loại giao tử khác với xác suất Như vậy, tần số mang alen A 0,5 (0,25 từ cá thể đồng hợp trội AA + 0,25 từ cá thể dị hợp Aa) Tần số giao tử mang gen lặn a 0,5 (0,15 từ cá thể dị hợp Aa + 0,25 từ cá thể đòng hợp lặn aa) Như vậy, hệ tần số tương đối giao tử mang alen trội alen lặn trì mức 0,5 A 0,5 a

2.2.1 Định luật Hardy-Weinberg

Năm 1908, Hardy, nhà toán học người Anh, Weinberg, nhà di truyền học người Đức, độc lập với đưa công thức phản ánh phân bố kiểu gen quần thể ngẫu phối, công thức gọi công thức Hardy-Weinberg (hay gọi định luật cân di truyền Hardy-Weinberg)

Nội dung định luật sau: Trong quần thể sinh sản tự (ngẫu phối) với số lượng lớn cá thể, khơng có tác động yếu tố làm biến đổi tần số alen (đột biến, chọn lọc, di nhập cư ) quần thể trạng thái cân di truyền, tức tỷ lệ xác định cá thể mang tính trạng trội, tính trạng lặn tần số tương đối alen có khuynh hướng trì ổn định qua hệ

p2 AA + pq Aa + q2 aa =

Chứng minh định luật Hardy-Weinberg

+ Chứng minh định luật tần số kiểu gen

Ví dụ: Trong quần thể ngẫu phối gồm 25 cá thể chia làm nhóm có kiểu hình khác nhau, nhóm màu đen gồm cá thể có kiểu gen AA, nhóm màu xám gồm 12 cá thể có kiểu gen Aa nhóm màu trắng gồm cá thể có kiểu gen aa

-Tần số tương đối nhóm màu đen là: d = 4/25 = 0,16 -Tần số tương đối nhóm màu xám là: h = 12/25 = 0,48 -Tần số tương đối nhóm màu trắng là: r = 9/25 = 0,36 -Tần số tuyệt đối gen trội A: p = 0,16 + 0,24 = 0,4 -Tần số tuyệt đối gen lặn a: q = 0,36 + 0,24 = 0,6 Trong quần thể có xác suất thụ tinh, ta có:

Bảng 11 Tần số gen tần số kiểu gen hệ phép giao phối

Thế hệ cha, Xác suất Thế hệ

mẹ AA Aa Aa

AA x AA d2 = 0,162 0,0256

AA x Aa dh = 0,16 x 0,48 0,0384 0,0384

AA x aa dr = 0,16 x 0,36 0,0576

Aa x AA hd = 0,48 x 0,16 0,0384 0,0384

Aa x Aa h2 = 0,482 0,0576 0,1152 0,0576

Aa x aa hr = 0,48 x 0,36 0,0864 0,0864

aa x AA rd = 0,36 x 0,16 0,0576

aa x Aa rh = 0,36 x 0,48 0,0864 0,0864

aa x aa r2 = 0,362 0,1296

Kết cho thấy, tần số tương đối kiểu gen hệ tần số tương đối kiểu gen hệ bố, mẹ

+ Chứng minh định luật tần số alen

Ví dụ: Quan sát quần thể ngơ Trong quần thể có alen A, với tần số p kiểm tra tạo thành màu vàng hạt alen a, với số q kiểm tra tạo thành màu nâu hạt Xác suất phấn mang alen A xác suất noãn mang alen A tương tự alen a Như ta có: Bảng 12 Chứng minh định luật Hardy-Weinberg tần số alen

o O pA qa

pA p2 AA pq Aa

qa pq Aa q2 aa

Tức p2

AA : 2pq Aa : q2 aa hệ Ta tính tần số tương đối alen A a hệ

Nếu tần số alen A hệ p1 alen a q1, thì:

p1 = p2 + pq = p (p+q) = p

q1 = q2 + pq = q (q+p) = q

Như vậy, tần số alen A a hệ tần số chúng hệ bố, mẹ

2.2.2 Các ứng dụng định luật Hardy-Weinberg - Xem xét trạng thái cân quần thể

Theo dõi ghi chép tất kiểu gen locus, ta kiểm định tần số chúng có tuân theo định luật Hardy-Weinberg hay không Nếu quần thể tuân theo định luật Hardy-Weinberg thì tần số gen hệ phải tần số gen hệ bố, mẹ Để kiểm định mức độ cân di truyền, người ta sử dụng hàm phân bố (hoặc tiêu chuẩn phù hợp)

Ví dụ: Tần số nhóm máu M-N người quan sát sau: - Nhóm máu MM: 233 người

- Nhóm máu NN: 129 người Cộng: 747 người

Tần số gen M bằng: 233/747 + 1/2 (385/747) = 0,5696 Tần số gen N bằng: 129/747 + 1/2 (385/747) = 0,4304 Số cá thể dự kiến có kiểu gen MM là: (0,5696)2

x 747 = 242,36 Số cá thể dự kiến có kiểu gen MN là: (2 x 0,5695 x 0,4304) x 747 = 366,26

Số cá thể dự kiến có kiểu gen NN là: (0,4304)2

x 747 = 138,38

Bảng 13 So sánh tần số quan sát dự kiến xuất kiểu gen

MM MN NN Tổng số

Số lượng quan sát 233 385 129 747

Số lượng dự kiến 242,36 366,26 138,38 747

Phép kiểm định ) (đọ tự 1) cho thấy khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê, chứng tỏ tần số kiểu gen nhóm máu M-N quần thể người tuân theo định luật Hardy-Weinberg

- Ước lượng tần số gen dị hợp tử

Đối với tính trạng kiểm soát alen, di truyền theo phương thức trội lặn, kiểu hình cá thể đồng hợp trội dị hợp giống Do việc xác định số lượng cá thể dị hợp phân biệt kiểu hình khơng thực Trong trường hợp quần thể đạt trạng thái cân bằng, người ta ứng dụng định luật Hardy-Wanberg để ước lượng số lượng cá thể tần số gen lặn Điều quan trọng thực tiễn người ta muốn loại bỏ hay hạn chế xuất kiểu lặn không thỏa mãn yêu cầu sản xuất

Thí dụ: bệnh bạch tạng trâu bệnh di truyền gen lặn điều khiển Giao phối trâu bạch tạng khơng bạch tạng khơng có chọn lọc (ngẫu nhiên) Trong đàn trâu có 5000 con, người ta điều tra tính tỷ lệ trâu bạch tạng 12,3% Chúng ta giả sử điều kiện thỏa mãn yêu cầu quần thể ngẫu phối tính tốn tiến hành theo định luật Hardy-Weinberg sau:

Tỷ lệ trâu bạch tạng tần số kiểu hình lặn, ta có: q2aa = 0,123, tần số gen lặn qa = (0,123)1/2 = 0,35

Tần số gen trội A là: p A = 1-0,35 = 0,65 Tần số kiểu sau:

p2AA = (0,65)2 = 0,4225 = 42,25%

2pq Aa = x 0,65 x 0,35 = 0,455 = 45,5% q2 aa = (0,35)2 = 0,1225 = 12,25%

- Xác định tần số gen dãy alen

Trong trường hợp locus có nhiều alen kiểm sốt kiểu hình tính trạng định luật Hardy-Weinberg mở rộng

Trường hợp alen A1, A2 A3, ta có tần số gen alen p(A1),

q(A2) r (A3), kiểu hình tính tốn sau:

p2 A1A1 + q2 A2A2 + r2 A3A3 + pq A1A2 + 2pr A1A3 + 2qr A2A3 =

Khi quần thể đạt trạng thái cân bằng, người ta ứng dụng định luật Hardy-Weinberg để ước lượng tần số gen kiểu gen quần thể

Thí dụ: Khảo sát nhóm máu ABO 18.491 người, dùng phản ứng huyết người ta thu kết sau: 8337 người mang nhóm máu O, 7588 người mang nhóm máu A, 1817 người mang nhóm máu B 749 người mang nhóm máu AB Về mặt di truyền người ta biết nhóm máu ABO người dãy alen qui định, gen IA

qui định nhóm máu A, gen IB qui định nhóm máu B, alen đồng trội IAIB qui định nhóm máu AB alen lặn ii qui định nhóm máu O Giả sử số mẫu khảo sát đạt trạng thái cân bằng, gọi p, q r số gen IA

, IB i, tần số kiểu gen là:

p2 IAIA + q2 IBIB + r2 ii + 2pq IAIB + pr IAi + 2qr IBi = Tần số gen i r (i) = (8337/18491)1/2

= 0,6714 Liên hệ P (IA

) r (i) ta có: (p + r)2 = p2 + 2pr + r2, mà p2 + 2pr tần số kiểu hình nhóm máu A, ta có:

Tần số gen pIA

: p (IA) = 0,9280 - 0,6714 = 0,2566 Từ biểu thức p (IA

) + q (IB) + r (i) = 1, ta suy tần số gen IB sau:

q(IB) = - (p + r) = - 0,9280 = 0,0720 - Tần số gen liên kết với giới tính

Các gen liên kết với giới tính gen nằm nhiễm săc thể giới tính di truyền đồng thời với phân ly giới tính Theo Hutt, 1978 nhiễm sắc thể Y nhiều lồi sinh sản hữu tính nhiễm sắc thể W lớp chim thường không mang gen, gen liên kết giới tính nằm nhiễm sắc thể X động vật có vú Z gia cầm

Xét trường hợp lồi sinh sản hữu tính, cá thể dị hợp đực (XY) cá thể đồng hợp XX Nếu có đơi gen alen A a liên kết với giới tính, ký hiệu XA

Xa, đực có kiểu gen XAY XaY, cịn có kiểu gen XAXA, XAXa, XaXa Như mang số lượng gen gấp đôi đực truyền cho hệ sau số lượng gen gấp hai lần so với đực

Nếu gọi tần số gen XA

đàn p tần số gen đực pm pf thì:

p = 1/3 pm + 2/3 pf

Tương tự, gọi tần số gen Xa của đàn q tần số gen

con đực qm qf, thì:

q = 1/3 qm + 2/3 qf

Nếu gọi d, h r tần số kiểu gen AA, Aa aa s, t tần số kiểu gen XA

Y XaY đực ta có trường hợp sau:

Tần số gen A a sau: pf = d + 1/2h

qf = 1/2 h + r

Tần số gen A a đực sau: pm = s

Như trường hợp đực (hay cá thể dị giao tử) tần số kiểu gen tần số gen trùng Do đó, người ta dùng tần số kiểu gen để ước lượng tần số gen, từ tính tần số gen quần thể tần số kiểu gen

Hình 56 Mối quan hệ tần số kiểu gen tần số biểu thị bằng định luật Hardy-Wanberg

3 Các nhân tố ảnh hưởng đến cân di truyền quần thể

3.1 Đột biến (mutation)

Như biết tính ổn định tương đối tần số gen quần thể trì gen không bị đột biến Nhưng thực tế đột biến xẩy quần thể Mặc dù gen chịu đột biến ngẫu nhiên (tự nhiên) thấp, số gen quần thể nhiều nên tổng số đột biến khác đáng kể

Hình 57 Tốc độ thay đổi alen đột biến độc lập so với tốc độ đột biến trung bình 1.0 x 10-5

Ví dụ, quần thể tất cá thể đồng hợp theo gen A (tần số gen A p = 1) Giả sử gen bị đột biến thành a với xác suất 3.10-5, tức tính trung bình có giao tử bị đột biến 100.000

giao tử Nếu hệ sau, alen a gặp quần thể với tần số q = 3.10-5

sau tần số gen đột biến tăng lên qua hệ giá trị tương tự Sau thời gian dài, khơng có chọn lọc, đến lúc tất alen quần thể biến thành a Tức giá trị pA

trong quần thể giảm đến qa lại tăng đến

Giả sử gen A đột biến thành a (đột biến thuận) với cường độ u, kết làm cho tần số gen lặn a ngày tăng lên quần thể, ngược lại tần số gen trội A ngày giảm Hoặc gen a đột biến thành gen A (đột biến ngược) với cường độ v, kết làm cho tần số gen trội A ngày tăng tần số gen lặn a ngày giảm quần thể

Giả sử gen A1 đột biến thành A2 với tần số u hệ,

tần số ban đầu gen A1 po tần số sau hệ p1 thì:

p1 = po - upo = po (1-u)

Nếu trình đột biến lại xẩy hệ với tần số u, tần số gene A1 hệ thứ hai là:

p2 = p1(1-u) = po (1-u) (1-u) = po (1-u)2

3 Ảnh hưởng chọn lọc (selection)

Chọn lọc trình sống sót cá thể mà kiểu gen chúng có khả thích ứng tốt với điều kiện môi trường định

Xác suất để cá thể tồn sinh sản phụ thuộc vào mức độ thích ứng với mơi trường Các cá thể có mức độ thích ứng rộng có khả trì phát triển quần thể nhiêu ngược lại Do vậy, tần số gen quần thể chọn lọc xác định Nếu kiểu gen khác có độ sống sót khả sinh sản hệ số chọn lọc 0, ngược lại kiểu gen gây chết bất dục hồn tồn hệ số chọn lọc

Khi cá thể mang kiểu gen bị đào thải chọn lọc tần số gen tương ứng quần thể giảm Như vậy, chọn lọc hạn chế di truyền gen bất lợi quần thể

Các gen trội gen lặn bị loại khỏi quần thể với tốc độ khác Các cá thể mang gen trội gây chết hay gen bất dục trội bị loại bỏ trạng thái dị hợp Các gen lặn tồn quần thể trạng thái dị hợp tích lũy lại tạo nên nguồn dự trữ đột biến Đột biến lặn bị đào thải sinh sơi nẩy nở quần thể đủ nhiều để chuyển sang trạng thái đồng hợp

Hình 58 Thay đổi tần số alen ảnh hưởng chọn lọc (s=1,0)

Giả sử xét trường hợp chọn lọc loại thải chống lại gen a với cường độ s (coefficient of selection), tần số gen a cịn lại sau chọn lọc f (độ thích nghi) (fitness) f = 1-s

Cấu trúc di truyền quần thể sau chọn lọc là: p2AA + 2pqAa + q2 (1-s) aa = 1-sq2

Sau hệ chọn lọc loại thải, tần số gen a q1 là:

2 2 2 2 1 ) ( 1 ) ( sq sq q sq sq q pq sq s q pq q

Tần số gen a bị sau hệ chọn lọc loại thải là:

Hình 59 Thay đổi tần số alen với hệ số chọn lọc khác tần số gen khác

Nếu chọn lọc loại thải 100% cá thể đồng hợp lặn khỏi quần thể tần số gen a sau hệ

q q q

q q q

1

) (

2

1 sau n hệ

chọn lọc loại thải liên tục tần số gen a

nq q qn

Số hệ cần chọn lọc loại thải 100% cá thể đồng hợp lặn

q q n

n

1

3.3 Di nhập cư (migration)

Trong thực tế quần thể có quan hệ trao đổi với nhau, số cá thể quần thể đến quần thể khác (di cư) ngược lại, số cá thể nhập vào quần thể từ quần thể khác (nhập cư) Quá trình di nhập cư dẫn đến tượng di nhập gen làm thay đổi cấu trúc di truyền quần thể

Khi số cá thể di cư khỏi quần thể cư trú, mang liều lượng gen làm giảm tần số gen quần thể, ngược lại số cá thể từ quần thể khác đến nhập vào quần thể mang theo liều lượng gen làm cho tần số gen tăng lên

Ví dụ, số cá thể di cư khỏi quần thể cư trú, tần số gen qo

đó thay đổi thành q1 với: q1 = qo - mqo = qo (1-m)

Trong m tỷ lệ cá thể khỏi quần thể

Trường hợp có tỷ lệ m cá thể mang tần số gen định q’

đến nhập cư vào quần thể tần số gene qo thay đổi thành q1 với:

q1 = mq’ + (1- m)qo

3.4 Kích thước quần thể (size of population)

Tần số gen xác định kích thước quần thể (số lượng cá thể quần thể) Kích thước quần thể nhỏ khả giao phối với cá thể dị hợp tăng lên, việc xuất cá thể lặn hệ sau nhiều Ngược lại, số lượng cá thể quần thể nhiều khả xuất cá thể lặn Trong quần thể nhỏ, chọn lọc đào thải gen có hại tích lũy gen có lợi nhanh

4 Một số tham số di truyền ứng dụng công tác giống gia súc

4.1 Hệ số di truyền (heritability)

4.1.1 Khái niệm

Hệ số di truyền tỷ lệ phần gen qui định việc hình thành giá trị kiểu hình hồi qui giá trị di truyền lên giá trị kiểu hình vật

Trong đó: P giá trị kiểu hình; G giá trị kiểu di truyền E tác động môi trường

P G P E G G COV h h VarP P G COV b 2 2

2 ( , )

) , (

Hệ số di truyền tính theo cơng thức gọi hệ số di truyền theo nghĩa rộng

Trong thành phần phương sai di truyền bao gồm nhiều thành phần tạo nên, 2G 2A 2D 2I ta khơng thể xác định xác Trong phần phương sai di truyền thành phần 2A có khả di truyền lại cho hệ sau (đó thành phần phương sai giá trị giống) Do đó, thực tiễn chọn giống động vật, người ta thường quan tâm đến hệ số di truyền tình theo cơng thức:

P A

h 2

2

2 , hệ số di truyền theo nghĩa hẹp, định mức độ giống thân thuộc

Giá trị hệ số di truyền: h2 1;0% h2 100% 4.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số di truyền

- Bản chất di truyền tính trạng

Kiểu di truyền hay kiểu gen định khả di truyền vật Bản chất di truyền tính trạng kiểu di truyền tính trạng

Kiểu di truyền kết q trình tiến hóa lâu dài, kết chọn lọc tự nhiên hoạt động gen riêng rẽ liên quan đến hình thành tính trạng nhân tố tổng hợp tác động tương hổ gen tạo thành tính trạng q trình phát triển cá thể Nó thể thể thống nhất, tồn vẹn, điều hịa tồn đời sống vật

Các tính trạng số lượng thuộc loại tính trạng đa gen, chịu ảnh hưởng lớn tác động tương hổ gen chịu ảnh hưởng mạnh ngoại cảnh Khả di truyền tính trạng định hiệu ứng gen, bao gồm ba loại ứng với ba loại tính trạng sau:

của tính trạng lớn chịu ảnh hưởng mơi trường, tính trạng có hệ số di truyền cao

+ Các tính trạng bị ảnh hưởng gen có hiệu ứng hỗn hợp hiệu ứng cộng gộp, trội át chế gen Đó tính trạng biểu thị số lượng sản phẩm tốc độ tăng trọng, sản lượng sữa, tiêu tốn thức ăn Đối với tính trạng này, ngồi phương sai di truyền cộng gộp cịn có phương sai trội phương sai di truyền át chế gen, hệ số di truyền mức trung bình

+ Các tính trạng bị ảnh hưởng hiệu ứng trội át chế gen chủ yếu Đó tính trạng có liên quan đến khả sinh sản như: tỷ lệ thụ tinh, tỷ lệ ấp nở gà, số đẻ 1lứa lợn Phương sai di truyền trội phương sai di truyền át chế gen chủ yếu, đồng thời phương sai mơi trường đóng vai trị quan trọng nên hệ số di truyền tính trạng thường thấp

- Bản chất di truyền quần thể

Hệ số di truyền tính trạng thay đổi tùy theo cấu trúc di truyền quần thể mức độ chọn lọc quần thể

Quần thể trì lâu dài tiến hành chọn lọc với cường độ cao làm cho quần thể đồng mặt di truyền đưa đến giảm giá trị phương sai cộng gộp, từ giảm hệ số di truyền tính trạng Ngược lại, quần thể hình thành, cường độ chọn lọc thấp làm cho quần thể đồng di truyền dẫn đến làm tăng giá trị phương sai cộng gộp từ làm tăng giá trị hệ số di truyền tính trạng Một quần thể nhỏ, mức độ đồng huyết cao làm tăng gen đồng hợp, phương sai cộng gộp nhỏ dẫn đến tính trạng có hệ số di truyền thấp

- Hệ số di truyền mức độ đồng môi trường

Trong phương sai kiểu hình có thành phần phương sai môi trường Yếu tố môi trường thay đổi làm thay đổi giá trị kiểu hình tính trạng, dẫn đến hệ số di truyền thay đổi Khi vật sống môi trường đồng phương sai mơi trường giảm, hệ số di truyền tăng lên ngược lại

4.1.3 Ứng dụng hệ số di truyền

truyền cao cần phải cải tiến môi trường cần phải chọn lọc kỹ để nâng cao suất quần thể

- Hệ số di truyền với chọn lọc chủng hay lai tạo Đối với tính trạng có hệ số di truyền thấp nên trọng tạp giao để nâng cao suất sau chọn lọc chủng, cịn tính trạng có hệ số di truyền cao cần chọn lọc để làm nguyên liệu gốc ổn định cho việc nâng cao suất lai tạo

- Hệ số di truyền với phương pháp chọn lọc Đối với tính trạng có hệ số di truyền thấp nên chọn lọc theo gia đình, chọn lọc qua đời sau, cịn tính trạng có hệ số di truyền cao nên áp dụng phương pháp chọn lọc tổ tiên, anh chị em chọn lọc thân cá thể

- Hệ số di truyền dùng để dự đoán hiệu ưu lai mức độ suy hóa cận huyết Đối với tính trạng có hệ số di truyền thấp, lai tạo cho ưu lai cao, giao phối cận huyết ảnh hưởng suy hóa rõ mạnh Các tính trạng có hệ số di truyền cao, lai tạo cho ưu lai thấp ảnh hưởng suy hóa giao phối cận huyết lại thấp chậm

- Hệ số di truyền dùng để dự đoán suất đời

P đời = P bố, mẹ + h2S Trong đó, P giá trị kiểu hình, h2 hệ số di truyền S ly sai chọn lọc

- Hệ số di truyền dùng để xác định giá trị giống vật làm giống

EBV h2(Pi P), EBV giá trị giống dự đoán (Extimated breeding value), Pi giá trị kiểu hình cá thể, P giá trị kiểu hình trung

bình quần thể

4.2 Hệ số tương quan di truyền (genetical relation)

4.2.1 Khái niệm

Tương quan môi trường hiệu ứng yếu tố môi trường hai nhiều tính trạng Chẳng hạn, thức ăn tốt góp phần đồng thời làm tăng tốc độ sinh trưởng nâng cao thể trọng Tương quan di truyền tương quan mơi trường khác mức độ cao thấp hướng thuận nghịch

Mối quan hệ hai tính trạng trực tiếp quan sát tương quan kiểu hình Tương quan kiểu hình xác định từ việc đo lường hai tính trạng cá thể quần thể

Hệ số tương quan tỷ số hiệp phương sai trung bình nhân phương sai tính trạng quan sát

EY EX EY EX E AY AX AY AX A PY PX PXPY

P r r

r , ,

Do hiệp phương sai kiểu hình tổng hiệp phương sai di truyền hiệp phương sai môi trường, vậy:

EY EX AY AX PY PX

nên, rP PX PY rA AX AY rE EXEY

mà,

2 2 2 , h P E e P A h Do vậy, E Y X A Y X P PY Y PX X E PY Y PX X A PY PX P r e e r h h r e e r h h r r

Biểu thức cho thấy, hệ số di truyền hai tính trạng thấp, tương quan kiểu hình chủ yếu tương quan ngoại cảnh định Ngược lại, hệ số di truyền hai tính trạng cao, tương quan di truyền định tương quan kiểu hình Hệ số tương quan di truyền hệ số tương quan kiểu hình không thiết tương đương độ lớn dấu

tính trạng Trong thực tế tương quan di truyền chặt chẽ, tương quan kiểu hình lại khơng chặt chẽ

Ví dụ: Tương quan di truyền trọng lượng sơ sinh trọng lượng cai sữa 0,7, chặt chẽ, tương quan kiểu hình hai tính trạng 0,35 lại khơng chặt chẽ

Tương quan môi trường phản ánh sức mạnh mối quan hệ ảnh hưởng môi trường lên tính trạng ảnh hưởng mơi trường lên tính trạng

Nếu hệ số di truyền hai tính trạng thấp, tương quan kiểu hình chủ yếu tương quan ngoại cảnh định Ngược lại, hệ số di truyền hai tính trạng cao, tương quan di truyền định tương quan kiểu hình Giữa hai tính trạng có hệ số tương quan kiểu hình cao, tương quan di truyền lại thấp, tương quan môi trường cao ngược lại Sự khác dấu chứng tỏ tác động ngược chiều yếu tố di truyền ngoại cảnh lên tính trạng

Giá trị hệ số tương quan: r

Nếu r > 0, tương quan dương (thuận), hai tính trạng chọn lọc có biến thiên chiều (X tăng giảm Y tăng giảm) Nếu r < 0, tương quan âm (nghịch), hai tính trạng chọn lọc có biến thiên ngược chiều (X tăng giảm Y giảm tăng)

33 ,

0 r , tương quan yếu, không chặt chẽ 66

, 33

,

0 r , tương quan trung bình, tương đối chặt chẽ 99

, 66

,

0 r , tương qua chặt chẽ, tương quan cao 00

, 99

,

0 r , tương quan chặt chẽ, tương quan hàm tính

4.2.2 Ý nghĩa hệ số tương quan

- Dựa vào hệ số tương quan (mức độ chặt chẽ, chiều hướng) ta biết mức độ thay đổi tính trạng có liên quan

- Dựa vào hệ số tương quan ta hạn chế số lượng tiêu chọn lọc, nâng cao hiệu chọn lọc chọn nhiều cá thể mong muốn

4.3 Hệ số lặp lại (repeatability)

4.3.1 Khái niệm

Hệ số lặp lại đại lượng biểu thị mức độ trùng lặp tính trạng đo lường Có hai loại lặp lại:

- Theo thời gian: Các tính trạng lặp lại theo thời gian tính trạng đo lường lứa tuổi khác vật Ví dụ, sản lượng sữa theo chu kỳ bò, số đẻ lứa lợn

Thành phần phương sai cá thể có nguồn gốc hồn tồn mơi trường, gây khác tạm thời môi trường suất cá thể Cịn thành phần phương sai cá thể có nguồn gốc phần di truyền phần môi trường, gây ảnh hưởng thường xuyên môi trường tới cá thể

- Theo khơng gian Là tính trạng có phần đặc biệt độ dày lớp mỡ da lợn, sản lượng sữa bò hai vú trước, hai vú sau Thành phần phương sai tính trạng theo không gian gần giống loại

Hệ số lặp lại tính trạng tỷ lệ tổng phương sai giá trị kiểu gen (di truyền) phương sai sai lệch môi trường cố định so với phương sai giá trị kiểu hình

t P P P E E G E G P E G

R 2 2 2

2 2

2

Trong đó, R hệ số lặp lại, 2EP phương sai sai lệch môi trường cố định 2Et phương sai sai lệch môi trường tạm thời

Giá trị hệ số lặp lại R 4.3.2 Ý nghĩa hệ số lặp lại

- Khi hệ số lặp lại tính trạng cao cần đo lường lần định gữa lại vật làm giống hay khơng Nếu hệ số lặp lại thấp phải đo lường nhiều lần định

- Hệ số lặp lại giúp người chăn ni dự đốn suất tương lai vật từ suất có Ví dụ, hệ số lặp lại khối lượng bê cai sữa 0,47 Nếu bò đẻ bê lứa đầu mà khối lượng trung bình khối lượng bê cai sữa tồn đàn kg dự đoán khối lượng bê cai sữa lứa thứ hai trung bình khối lượng bê cai sữa toàn đàn 0,47 x = 0,94 kg

- Hệ số lặp lại dùng để hiệu chỉnh hệ số di truyền tính trạng có lặp lại đo lường nhiều lần

Công thức hiệu chỉnh hệ số di truyền

R n

h n hn

) (

2

, n số chu kỳ lặp lại số lần ghi chép số liệu, h2

Câu hỏi ôn tập chương

1 Thế quần thể? Tần số kiểu gen? Tần số gen quần thể

2 Thế quần thể nội phối? Hãy cho biết thay đổi di truyền quần thể nội phối?

3 Thế quần thể ngẫu phối? Định luật Hardy-Weinberg? Điều kiện đảm bảo cho định luật Ứng dụng định luật Hardy-Weinberg

4 Hãy cho biết thay đổi tần số gen đột biến? Chọn lọc? Di nhập cư

5 Thế hệ số di truyền? Các nhân tố ảnh hưởng đến hệ số di truyền? Ứng dụng hệ số di truyền công tác giống vật nuôi

Chương

GIAO PHỐI CẬN HUYẾT VÀ ƯU THẾ LAI Trong thực tế công tác giống chăn nuôi, người ta thường áp dụng biện pháp kỹ thuật chọn lọc, nhân giống lai tạo giống vật nuôi Khi tiến hành nhân giống để tăng số lượng cá thể, tăng độ chủng (giống nhau) để ổn định đặc điểm di truyền dòng, giống, đơi nhận thấy có biểu giảm sút (sức sống, suất ) Khi tiến hành lai tạo giống, dòng, người ta nhận thấy tốt so với bố mẹ Trong chương này, tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến tượng trên, phương pháp xác định mức độ biểu để ứng dụng công tác giống gia súc

1 Giao phối cận huyết (inbeeding)

1.1 Khái niệm

Là giao phối cá thể có quan hệ huyết thống gần gũi tương tự kiểu di truyền

Ví dụ, giao phối bố mẹ với cái, anh chị em với cá thể họ hàng

1.2 Nguyên nhân

1.2.1 Tự nhiên

- Do kích thước quần thể nhỏ

- Do ảnh hưởng chọn lọc sinh dục - Quần thể cách ly

1.2.2 Nhân tạo

- Do số lượng cá thể đực giữ lại làm giống thường cá thể

- Do yêu cầu công tác giống cần phải tiến hành giao phối cận thân, ví dụ nhân giống theo dòng, tạo giống

- Do quản lý giống không chặt chẽ (đặc biệt thụ tinh nhân tạo)

1.3 Hậu giao phối cận huyết

kiểu gen đồng hợp tăng lên tương ứng tỷ lệ cá thể có kiểu gen dị hợp ngày giảm Sự tăng tần số cá thể có kiểu gen đồng hợp lặn, gen lặn gen gây chết, dẫn đến tượng suy giảm sức sống, tăng kỳ hình dị tật, giảm suất đời so với bố mẹ

Giả sử, quần thể bố mẹ ban đầu có gen A a 100% dị hợp (Aa) Sau hệ giao phối cận thân, số cá thể dị hợp giảm 50% tương ứng số cá thể đồng hợp tăng lên 50% Nếu tiếp tục cho phối cận thân, dị hợp lại giảm tiếp 50% đồng hợp lại tăng lên 50%.(xem phần nội phối chương Di truyền quần thể)

Khi xét hậu giao phối cận thân, nhận thấy, bên cạnh xuất đặc điểm có lợi, đơi xuất đặc điểm bất lợi Trong công tác giống gia súc, người ta thường áp dụng biện pháp kỹ thuật để phát huy đặc điểm có lợi, đồng thời hạn chế tác hại giao phối cận thân

1.3.1 Lợi ích giao phối cận hưyết

- Cận huyết loại bỏ gen lặn không mong muốn khỏi đàn giống

- Do gen mong muốn thường trội, nên vật tốt thường ưu việt di truyền cận huyết có tác dụng ổn định di truyền đặc điểm tốt

- Nhờ cận huyết, dịng gia đình riêng biệt phát triển từ đàn hạt nhân Chọn lọc gia đình tính trạng kinh tế gia súc thực sau gia đình phát triển

- Cận huyết kết hợp với chọn lọc tạo nhiều giống gia súc q giá

- Nhờ cận huyết xác định giá trị di truyền thực tế cá thể, loại gen tính trạng khác vật ni Ví dụ, hiệu cận huyết lớn tính trạng chứng tỏ ảnh hưởng khơng cộng gộp gen lớn ngược lại

- Người ta gây dòng cận huyết cao gia súc gia cầm để lai tạo lai có ưu lai cao

1.3.2 Bất lợi giao phối cận huyết

Phần lớn nhà chọn giống nhà sản xuất gia súc thương phẩm tránh cận huyết cao độ lý sau:

- Cùng với việc gia tăng tần số cường độ cận huyết làm xuất tính trạng khơng mong muốn, đặc biệt tính trạng kiểm sốt gen gây chết nửa gây chết

- Tốc độ sinh trưởng gia súc thường bị giảm sút cận huyết Sự giảm sút lớn dòng cận huyết mức độ vừa phải đàn thương phẩm

- Cận huyết hai loại động vật thí nghiệm động vật nông nghiệp làm giảm hiệu suất sinh sản Do cận huyết, số đực phát triển tinh hồn bị chậm lại số trứng rụng giảm Ở hai giới, cận huyết làm chậm tuổi thành thục, tỷ lệ chết phôi tăng

- Các vật cận huyết có khả sống thấp vật khơng cận huyết Nhìn chung vật cận huyết dễ bị ảnh hưởng stress thay đổi điều kiện môi trường vật không cận huyết

- Nếu cận huyết cao độ dẫn đến suy hóa Đó tượng sinh giao phối cá thể bố mẹ có quan hệ huyết thống gần gũi, đời sinh giảm sức sống, giảm suất, xuất kỳ hình, bệnh tật, chí gây chết gọi tượng suy hóa

Các yếu tố ảnh hưởng đến suy hóa:

- Mức độ cận thân cá thể giao phối có quan hệ huyết thống gần mức độ suy hóa cao, ngược lại cá thể giao phối có quan hệ huyết thống xa mức độ suy hóa thấp

- Tính trạng xem xét có hệ số di truyền thấp mức độ suy hóa cao, ngược lại tính trạng có hệ số di truyền cao mức độ suy hóa thấp

1.4 Phương pháp xác định mức độ cận huyết

1920, Wright đưa công thức tính độ cận thân, gọi hệ số đồng huyết

(1 )

2

1

A n

n

X F

F

Trong đó: Fx hệ số đồng huyết cá thể nghiên cứu

n1 số hệ từ tổ tiên chung đến bố cá thể nghiên cứu

n2 số hệ từ tổ tiên chung đến mẹ cá thể nghiên cứu

FA hệ số đồng huyết tổ tiên chung

Ví dụ: Hãy xác định hệ số đồng huyết thể X hệ phả sau:: C

A D X C B D

0,25

1

1

1 1 1 1

X

F

2 Ưu lai (heterosis)

2.1 Khái niệm ưu lai

Ưu lai tượng lai hai bố mẹ khác di truyền (khác giống, dòng ) lai F1 tỏ ưu việt bố mẹ chúng

mặt sinh trưởng, sức chống chịu, suất Thuật ngữ “ưu lai” Shull đưa vào đầu năm 1914, tượng “sức mạnh lai” biết mơ tả trước lâu

trong giới thực vật” đưa qui luật tự nhiên lợi ích lai giống tác hại tự thụ phấn kéo dài

Darwin gắn liền khả sống sức sản xuất cao lai với tham gia tế bào sinh dục đực biệt hóa sinh lý di truyền trình sinh sản Người ta cho dạng chuyên hóa giống xuất hiệu ưu lai không phong phú tính di truyền mà cịn nâng cao khả sống nhờ kết hợp tế bào sinh dục khơng họ hàng, nhờ mở rộng khả thích ứng bền vững thể với tác động bất lợi điều kiện bên Tất điều dẫn đến nâng cao tính trạng có lợi, tính trạng kinh tế (tốc độ sinh trưởng, độ hữu thụ, suất )

2.2 Các biểu ưu lai

Trong chăn nuôi gia súc, xuất ưu lai đa dạng phức tạp Có thể liệt kê dạng ưu lai có gặp sau:

- Con lai F1 vượt bố mẹ thể trạng sức sống, khả

sinh sản bình thường đơi cịn tốt bố mẹ Thể lai lạc đà bưới với lạc đà hai bưới; lai loại bò chuyên dụng thịt

- Khi lai giống lợn, gà hướng trứng với gà thịt-trứng gà Leughorn với gà Newhampshire, Plymouth rock, Australop sức sản xuất lai F1 chiếm vị trì trung gian thể trọng, vượt

hơn bố mẹ độ hữu thụ khả sống

- Con lai F1 vượt bố, mẹ thể chất vững chắc, tuổi thọ, sức

làm việc, song lại (hoàn toàn phần) khả sinh sản, điển hình lai ngựa lừa bất dục hoàn toàn Song, lai bò nhà với loại bò rừng Yak, Bison bison số loài thuộc lớp chim có giới dị giao tử bất dục, cịn giới đồng giao tử hồn tồn hữu dục

- Dạng ưu lai đặc biệt, tính trạng tách cách riêng rẽ F1 trung gian, sức sản xuất cuối lại thấy có ưu

thế lai điển hình Ví dụ, lai bị Holstein Friesean (Lang trắng đen) với bò Jersey người ta thấy sản lượng sữa tỷ lệ mỡ sữa, lai F1

Bảng 14 Thể ưu lai sản lượng sữa tỷ lệ mỡ sữa bò

Giống Sản lượng sữa

(kg)

Tỷ lệ mỡ (%)

Tổng lượng mỡ (kg)

Holstein Friesean 6.000 3,0 180,0

Jersey 3.000 6,0 150.0

Con lai F1 4.500 4,5 202,5

- Một dạng ưu lai khác vật nuôi sức sản xuất lai không cao cha mẹ loại tốt cao tiêu trung bình hai giống gốc Loại chưa nhiều người thừa nhận

2.3 Cơng thức tính ưu lai

Ưu lai biểu thị theo sơ đồ sau:

XP2 XP1P2 XF1 XP1

-a d +a Như vậy, d = ưu lai

d < a trường hợp trội khơng hồn tồn d = a trường hợp trội hoàn toàn d > a siêu trội

Từ đó, có cơng thức tính ưu lai:

2 1 2 1 100 2 (%) P P P P F P P P P F X X X x X X X X X H

Trong đó, H% mức độ biểu ưu lai

F

X giá trị trung bình tính trạng lai F1

1 p

2 p

X giá trị trung bình tính trạng bố, mẹ

2.4 Cơ sở di truyền ưu lai

Như biết ưu lai tượng sinh học phức tạp loài người biết sử dụng từ lâu, song sở sinh học chưa hồn tồn sáng tỏ Sau số giả thuyết giải thích sở di truyền tượng

2.4.1 Thuyết tập trung gen trội có lợi

Theo thuyết này, tiến hóa quần thể xẩy tác động chọn lọc tự nhiên mà nhân tố di truyền tác động có lợi lên sinh trưởng, sức sản xuất trội trội khơng hồn tồn, nhân tố tác động bất lợi lên chúng lặn Trong quần thể ngẫu phối, gen trội có lợi thường trạng thái dị hợp Nhưng tự thụ phấn hay giao phối cận huyết, quần thể bị phân hóa thành dịng mà gen hay gen khác chuyển sang trạng thái đồng hợp Lúc đó, dịng khác đồng hợp theo gen trội có lợi khác Nếu lai dòng dẫn đến lai F1 có số nhân tố trội điều khiển tính

trạng lớn so với dịng cha mẹ, nhờ xuất ưu lai Giả sử, có locus gen tham gia vào hình thành tính trạng kinh tế Cho alen lặn đóng góp đơn vị alen trội đóng góp đơn vị vào kiểu hình Phép lai dịng cận huyết tạo lai F1 có suất cao so với dòng cha mẹ (ưu lai)

như sau:

P Kiểu gen AabbCCddEE x aaBBccDDee Giá trị kiểu hình + + + + = + + + + = F1 Kiểu gen AaBbCcDdEe

Giá trị kiểu hình + + + + = 10

Như vậy, ưu lai hiệu việc tập trung gen trội có lợi khơng alen lai F1

2.4.2 Thuyết dị hợp siêu trội

hơn so với alen đồng hợp, đảm bảo tính đa dạng cần thiết chức sinh lý cho phát triển thể

Giải thuyết siêu trội Shull đưa vào năm 1914 phát triển thuyết dị hợp Theo thuyết này, tương tác alen trạng thái dị hợp mạnh so với alen trạng thái đồng hợp, kết hiệu ứng ưu lai lai F1 lớn tất hiệu ứng

alen hai bố mẹ Bởi vì, alen trình tổng hợp hóa sinh thực chức khác nhau, thể dị hợp (có alen khác nhau) chức khác gây nên hiệu ứng bổ sung lẫn Hiện tượng bổ sung thể rõ di truyền học thực nghiệm di truyền học hóa sinh Emerson (1952) sở nghiên cứu nấm Neurospora crasa đưa mơ hình chất hóa sinh ưu lai Neurospora crasa sinh vật đặc trưng đơn bội vật chất nhân, song cấy chung chủng khác thành phần nhân tế bào chuyển sang tế bào khác tạo nên tế bào có hỗn hợp hai thành phần nhân gọi thể dị nhân Emerson so sánh sinh trưởng hai tập đồn xuất phát mơi trường tối thiểu: đột biến thiếu sulphamid (sfo, +) đột biến thiếu paraamino benzoic acid (+, pab) với thể lai dị nhân chúng Chủng đột biến thứ tổng hợp methionine paraamino benzoic acid không tổng hợp đủ số lượng cần thiết treonine Chủng kia, ngược lại tổng hợp đủ threonine không tống hợp đủ methionine paraamino benzoic acid, chủng phát triển môi trường tối thiểu Song thể dị nhân, thu từ việc “lai” hai chủng hai dạng chất nhân bổ sung cho nên chúng sinh trưởng hồn tồn tốt mơi trường

Một ví dụ khác biết rộng rãi di truyền y học nhiều vùng Châu Phi Ấn Độ có xuất đột biến làm thay đổi amino acid phân tử hemoglobin làm hồng cầu có dạng hình lưỡi liềm Ở trạng thái đồng hợp, đột biến dẫn tới dạng thiếu máu đặc biệt có hiệu gây chết Song người mang đột biến trạng thái dị hợp khơng hồn tồn có khả sống mà cịn có tính bền vững cao, chống lại dạng có hại sốt rét địa phương

chế) Mặt khác gen không trạng thái phân ly độc lập mà trưởng hợp số gen liên kết cần phải tính đến

2.4.3 Vai trị mối tương quan nhân tế bào chất

Để giải thích tượng ưu lai, năm 1914 Shull đưa giả thuyết biến đổi nhân tế bào chất lai giống

Kết khảo nghiệm tiến hành động vật thực vật cho thấy khác lai phép lai tương hổ (thuận nghịch) Ví dụ, lai ngựa lừa cho lai khác Những sai khác do:

+ Hợp tử lai lai tương hổ khác chất, phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc tế bào chất xác định thể mẹ

+ Do đặc điểm đặc thù ảnh hưởng sinh lý lên đời từ phía mẹ

Nhìn chung, mối quan hệ vai trị nucleic acid quan tử bào chất ty thể, lạp thể đóng vai trị quan trọng Chúng tham gia trực tiếp vào biểu ưu lai, đồng thời tương tác với gen nhân bào việc làm xuất ưu lai

2.4.4 Ưu lai khả phối hợp

Ưu lai tượng sinh học phức tạp mà loài người biết sử dụng sản xuất từ lâu, song nay, khoa học cịn chưa hồn thiện phương pháp dự đoán trước tổ hợp cặp cha mẹ cho kết tốt Chính mà mạng lưới lớn quan khoa học nước khác xây dựng để tìm tổ hợp giống, dòng động vật cho ưu lai cao (có khả phối hợp cao) cho địa phương

Như vậy, khái niệm khả phối hợp di truyền cặp bố mẹ có liên quan chặt chẽ đến tượng ưu lai Những nghiên cứu vấn đề bắt đầu Mỹ ngô vào năm 1952 Các tác giả phân chia thành hai khái niệm khác nhau:

+ Khả phối hợp đặc biệt (Special combining ability) khả dòng, gia đình cho ưu lai lai với dịng, gia đình định

Khả phối hợp biểu thị biểu thức toán học sau: H (AB) = GC (A) + GC (B) + SC (AB)

Trong đó,

H (AB) sức sản xuất xác định di truyền lai AB GC khả phối hợp chung

SC khả phối hợp đặc biệt

Trong nhân tố di truyền gen có tác dụng cộng gộp át chế có ảnh hưởng mạnh mẽ lên GC, SC phụ thuộc vào ảnh hưởng át chế nhân tố trội Ngoài gen khơng cộng gộp khác có ý nghĩa ảnh hưởng SC Nhiều thí nghiệm cho thấy vai trò SC tăng với việc tăng mức cận huyết phân hóa di truyền dòng cha mẹ ban đầu Điều có liên quan chặt chẽ với khả dự đoán kết lai sở tiêu dạng cha mẹ

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến ưu lai

Mức độ biểu ưu lai phụ thuộc vào yếu tố sau:

- Nguồn gốc di truyền dạng cha mẹ đem lai Các dạng cha mẹ có nguồn gốc di truyền xa ưu lai biểu cao ngược lại, cha mẹ có nguồn gốc di truyền gần ưu lai biểu thấp

- Hế số di truyền tính trạng nghiên cứu, nhìn chung tính trạng có hệ số di truyền cao mức độ biểu ưu lai thấp ngược lại, tính trạng có hệ só di truyền thấp mức độ biểu ưu lai cao

Câu hỏi ôn tập chương

1 Thế giao phối cận huyết? Nguyên nhân dẫn đến giao phối cận huyết? Lợi ích bất lợi giao phối cận huyết Phương xác định mức độ cận huyết

2 Thế ưu lai? Các dạng biểu ưu lai?

Chương

ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ BẢO VỆ NGUỒN GEN QUÍ HIẾM Ở ĐỘNG VẬT

Các giống vật nuôi phận quan trọng đa dạng sinh học tài sản q giá phát huy ý nghĩa kinh tế giống thích nghi với điều kiện sinh thái địa phương đồng thời cịn ngun liệu phục vụ cho cơng tác lai tạo giống trước mắt sau Không riêng lồi dã thú bị uy hiếp nghiêm trọng mơi trường sống bị thu hẹp săn bắt người Các giống vật nuôi tác động thiên nhiên áp lực kinh tế thị trường bị dần, bị làm nghèo

Một niềm tự hào đất nước ta, dù phải trải qua chiến tranh khốc liệt, giữ kho tàng đa dạng sinh học phong phú Và việc gìn giữ kho báu cơng việc tồn dân nhà nước ta

Giống dã thú, vật nuôi chịu hủy diệt thiên nhiên người, lý thiên tai hỏa hoạn do: - Áp lực chế thị trường chạy theo suất cao, qua thay đổi giống mới, bỏ giống địa phương

- Tác động kỹ thuật thụ tinh nhân tạo, tạo giống lai có suất cao hơn, làm giống nội biến

Sự tuyệt chủng nhiều giống vật nuôi địa phương, giống suất thấp mang đặc điểm quí thơm ngon, chịu đựng dinh dưỡng thấp, thích nghi với điều kiện sinh thái Sự tuyệt chủng gần xảy nhanh theo tốc độ phát triển kinh tế thị trường thị hóa

Sự đa dạng giống nguồn vật liệu quí giá lai tạo giống phù hợp với nhu cầu thay đổi thị trường

Sự đa dạng di truyền vật nuôi vật liệu q cơng tác nghiên cứu giáo dục môn như: miễn dịch, di truyền giống, dinh dưỡng, sinh sản

1 Biến dị di truyền động vật

Biến dị di truyền yếu tố cần thiết để cải tiến di truyền, có tiến di truyền vật nuôi trồng Với ưu công nghệ truyền gen, loài sinh vật đất đến cá thể nguồn biến dị di truyền có giá trị cho phương hướng cải tạo, chọn tạo giống Các nhà nhân giống trồng ý sử dụng gen có lợi từ vius, vi khuẩn, nấm vào trồng

Đa dạng di truyền bao gồm tất gen, alen tất lồi sinh vật có trái đất hay khu vực, vùng Biến dị di truyền nhân tố định tính da dạng di truyền Đa dạng di truyền thường bị qua trình tiêu biến quần thể, nguồn biến dị quần thể Đa dạng di truyền bảo tồn bảo vệ nguồn biến dị qua xuất đột biến (đột biến ngẫu nhiên, nhân tạo phát sinh đột biến thực nghiệm) Đa dạng di truyền cần thiết bảo toàn để động vật, vật ni đáp ứng hướng chọn giống theo tiêu kinh tế mong muốn, đối phó đáp ứng cải biến theo thị hiếu tiêu dùng (thịt nạc, trứng gà có vỏ màu nâu ), đối phó với biến đổi mơi trường sống (bị sữa nuôi vùng nhiệt đới) đáp ứng yêu cầu, chức mới, sản xuất 1-antitrypsin qua sữa cừu (Clark, 1990), tổng hợp yếu tố IX

(làm đông máu người sản xuất qua sữa cừu, qua chuột )

Trong lĩnh vực đa dạng di truyền, đa dạng sinh học động vật, lên vấn đề cấp bách tượng suy thoái, biến dị di truyền, dần tính đa dạng di truyền, nguyên nhân sau:

- Nguyên quan trọng hoạt động khơng hợp lý người: phá rừng, hủy hoại môi trường sinh thái, gây tình trạng nhiễm mơi trường sống, dẫn tới làm thối hóa dịêt chủng nhiều lồi động vật q, động vật lãnh địa sinh sống, thiếu thức ăn qua khai thác bừa bãi người, qua ô nhiễm môi trường sinh sống

- Với hướng chạy theo giống cao sản nhập nội, nhiều nước có tượng biến nhanh chóng giống nội, giống q địa phương, cổ truyền có q trình thích nghi lâu đời với điều kiện đất nước

Bảo vệ nguồn lợi di truyền động vật, giống vật nuôi, động vật hoang dã vấn đề cấp bách giới Việt Nam

2 Bảo tồn nguồn gene vật nuôi

2.1 Tại lại xem xét đến việc bảo tồn

Việc hố lồi vật ni bắt đầu cách 12.000 năm người bắt đầu nuôi giữ động vật để cày kéo, làm thực phẩm, lấy lơng sử dụng cho nơng nghiệp Ngày có khoảng 40 lồi động vật có vú lồi chim hố, có tầm quan trọng cho thực phẩm nông nghiệp Ngành chăn nuôi chủ yếu giới với 14 loài 500 giống

Xấp xỉ 1,96 tỷ người chiếm 40% dân số giới phụ thuộc trực tiếp vào vật ni để đáp ứng phần hay tồn nhu cầu hàng ngày họ, ước tính 12% dân số phụ thuộc hoàn toàn vào sản phẩm động vật nhai lại bò, cừu, dê Vật nuôi biến đổi cỏ phế phụ phẩm nông nghiệp (mà người không ăn được) thành sản phẩm có dinh dưỡng quan trọng

Gần 40% đất đai nước phát triển dùng cho việc trồng cỏ chăn nuôi Vật nuôi chiếm 19% thực phẩm giới, chúng cung cấp tới 25% sức kéo phân bón cho sản xuất nơng nghiệp mang lại đóng góp tổng số tối đa 25% cấu phần chủ yếu an tồn thực phẩm, thêm vào vật ni dự trữ hàng hoá quan trọng hệ thống kết hợp trang trại đồng cỏ, giảm rủi ro, vật ni đáp ứng tồn khoảng 30% nhu cầu thực phẩm nông nghiệp người Do dân số tăng nhanh, mức tiêu dùng thực phẩm sản phẩm nông nghiệp tăng, nên động vật nhân tố quan trọng đáp ứng nhu cầu toàn cầu tương lai nâng cao chất lượng sống vùng nông thôn

nên hoạt động để bảo tồn chúng, giống khác nguy tiệt chủng xảy không can thiệp kịp thời

2.2 Những nguyên nhân đa đạng vật nuôi

Một vài nhân tố dẫn đến giống có nguy bị hay bị đe dọa, nguyên nhân lớn sói mịn di truyền phát triển theo su hướng hoàn toàn dựa vào số lượng hạn chế giống phù hợp với đầu vào - đầu nơng nghiệp cơng nghiệp hố, xu hướng liên quan đến khoảng 50% biến dị di truyền giống lại chung cho tất giống Do vài giống loại bỏ lượng biến dị đáng kể loài hủy hoại tổ hợp gen sẵn có nguồn gen

Ở nước phát triển kỹ thuật sinh sản tạo giống cao ngành nơng nghiệp tăng lên đáng kể Cơ thành công khả phát triển ứng dụng kỹ thuật, sử dụng nhiều quần thể giống khác có chứa tổ hợp gen gen mong muốn Đó cơng việc có ý nghĩa khả sử dụng gen toàn giới, phát triển chu chuyển dễ dàng giống chọn lọc cao Kỹ thuật đem lại thành cơng mặt lại nguy hại mặt khác chương trình cải tiến kỷ tập trung vào vài giống loài, sử dụng đầu vào mức cao dựa vào hai tính trạng xác định tiến hành môi trường tương đối thuận lợi Số lượng tăng nhanh qua việc áp dụng kỹ thuật sinh sản, chủ yếu qua thụ tinh nhân tạo Những kỹ thuật sinh học đại khác cấy truyền phôi nhân có hiệu cao tạo vấn đề bất lợi khơng có biện pháp phịng ngừa thích đáng Kết đến có số lượng lớn giống dịng thích nghi cao với điều kiện môi trường đặc biệt bị đe doạ hay tiệt chủng

Những nguyên nhân giảm nguồn gen động vật

- Sự xuất giống ngoại

- Chính sách nơng nghiệp khơng thoả đáng - Hạn chế tạo giống

Trong lịch sử tạo giống vật nuôi giới, có số lượng lớn giống tạo ra, nhiều giống số bị tiệt chủng, chẳng có mà phải lo lắng tốc độ tạo giống tốc độ tiệt chủng Tuy nhiên qua 100 năm điều khơng nữa: tỷ lệ tiệt chủng giống loài tăng cao, vượt với tỷ lệ tạo làm biến dị di truyền vật ni tồn cầu

Riêng Châu âu kỷ có 60 giống vật ni bị tiệt chủng 200 giống xem có nguy tiệt chủng, nhiều nước có nơng nghiệp phát triển thay đổi mạnh có xu hướng tập trung chương trình giống vật ni vào vài giống tương đối khơng đồng hồn tồn, đánh giá xây dựng kế hoạch để bảo tồn gia súc sẵn có địa phương

Ở nước phát triển có vài nhân tố làm giảm đa dạng di truyền:

Nhập giống ngoại, giống ngoại nhập thường khơng thích nghi, giống xuất nhanh qua việc lai tạo bừa bãi trợ giúp dự án nước kết cuối vài giống nội bị

Do ảnh hưởng kinh tế xã hội ngắn hạn dẫn đến thay đổi thị hiếu giống người chăn nuôi Những ảnh hưởng sách nông nghiệp không thỏa đáng hay nhu cầu thị trường thay đổi

Hệ sinh thái vật ni bị suy thối

Những thảm hoạ tự nhiên hạn hán, bệnh tật Chiến tranh trị khơng ổn định

Ở nước phát triển, khả sản xuất lại cao trọng đến môi trường sản xuất mức độ đầu giống nội thích nghi thường có ngoại hình nhỏ Những giống nội sản xuất sinh sản điều kiện môi trường khắc nghiệt coi tài sản quan trọng chúng có tính trạng thích nghi có giá trị Khả sản xuất môi trường khắc nghiệt vơ quan trọng phần lớn nước khơng thể trì hệ thống đầu vào/đầu

Có khoảng 160 nước phát triển chứa nguồn gen chủ yếu giới, nước có quan tâm hay nhiều đến nước khác Quyền sử dụng vốn gen có lợi cho nước phát triển

2.3 Mục đích bảo tồn

Bảo tồn nguồn gen vật nuôi vấn đề cấp bách có tính chất tồn cầu Nó chiếm phần quan trọng nội dung cơng việc to lớn bảo vệ môi trường

Bảo tồn nguồn gen vật ni trước hết nói tới bảo tồn đa dạng sinh học (biodiversity) môi trường Các nhà khoa học đứng trước thử thách thời đại cống hiến vào chọn lọc, định giải pháp khoa học để gìn giữ làm tài sản thiên nhiên tiêu dùng tàn phá

Bảo tồn (conservation) cách quản lý người nguồn gen vật nuôi, tài nguyên di truyền động vật, giữ cho có lợi cách bền vững cho hệ sau, tức giữ tiềm chúng, đáp ứng nhu cầu mong muốn hệ tương lai Như vậy, nghĩa “bảo tồn” tích cực, bao gồm giữ (preservation), lưu lại (maintenance), sử dụng lâu bền, khôi phục phát triển môi trường tự nhiên (Global Diversity Strategy, 1992)

Gìn giữ (preservation) kỹ thuật gìn giữ nguồn gen điều kiện không thay đổi, thường tách khỏi thị trường Đó giữ mẫu đặc biệt nguồn gen động vật, vật làm giống, tổ chức DNA với mục đích bảo đảm cho chúng khỏi bị

Như vậy, thuật ngữ “bảo tồn” (conservation) bao gồm việc cải tiến quản lý để đạt tới phát triển bền vững, tránh xẩy suy giảm đa dạng di truyền

3 Sự đa dạng sinh học vật nuôi

tế cao Đó mặt tích cực mà phải thừa nhận, mặt trái làm xói mịn giống vật ni địa phương có suất thấp lại phù hợp với sinh thái địa phương

Việt Nam chúng ta, đất nước nhiệt đới thể rõ tính đa dạng di truyền, đa dạng sinh học giới động vật Theo chương trình điều tra nhất, Việt Nam có 1404 lồi động vật có xương sống cạn, có 273 lồi thú, 831 lồi chim, 259 lồi bị sát, 82 lồi lưỡng thê Các đoàn nghiên cứu hỗn hợp Việt Nam với Quĩ bảo vệ động vật hoang dã (WWF) Chương trình phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP) khảo sát tính đa dạng sinh học vùng Đông Bắc Eakar (Đăklăk), phát số động vật q như: bị tót (Bon-gaurus), bị Banteng (Bos Banteng), gấu ngựa, heo lửa với số lượng cịn lớn Gần đây, Việt Nam cơng bố ảnh chụp tê giác Vườn Quốc gia Cát Tiên, khơng tê giác Java (Indonesia) Việt Nam phát 232 loài động vật 200 loài thực vật mới, chưa có tên danh mục phân loại giới

Việt Nam có giá trị đa dạng sinh học cao với số lượng lớn loài đặc hữu, 10% số chim, thú cá giới tìm thấy Việt Nam, 40% loài thực vật Vịêt Nam thuộc loại đặc hữu Để bảo vệ nguồn tài nguyên sinh học Việt Nam, phủ có kế hoạch tăng số lượng khu bảo tồn thiên nhiên từ 87 khu lên 101 khu (chiếm 7% diện tích nước), đồng thời định từ năm 1998 lấy ngày 26/12 hàng năm làm ngày đa dạng sinh học

Đa dạng sinh học biểu rõ không qua số lượng lồi, dặc điểm mn hình, mn vẽ loài mà ngày nghiên cứu, phát qua tập tính vơ đa dạng, độc đáo loài động vật, sai khác, biến đổi, tiến hóa khơng ngừng loại tập tính, mặt hoạt động động vật, từ kiếm ăn, bắt mồi, cạnh tranh sinh tồn tập tính sinh sản, tập tính ni con, cho bú, tìm kiếm thức ăn, bảo vệ, chống lại kẻ thù, giữ gìn, chăm lo cho tồn gia đình mình, cộng đồng (hổ, báo, gấu, linh trưởng )

Đa dạng sinh học động vật thấy rõ tập tính: vồ, bắt, giết mồi khác nhau, loài, từ thú ăn thịt lồi cá, chim, trùng ăn thịt

- Đa dạng di truyền, tức đa dạng gen biểu thị qua tính phong phú, vơ đa dạng cấu trúc gen, thông tin di truyền, kiểu gen loài sinh vật

- Đa dạng loài phong phú, đa dạng loài sinh sống

- Đa dạng sinh thái phong phú, khác kiểu sinh thái, kiểu cộng đồng tạo thành sinh vật, mối liên hệ sinh vật với sinh vật với điều kiện sống Đó hệ sinh thái khác loài sinh vật Hiện nước, số nước phát triển, có văn hóa, văn minh lâu đời, đậm nét dân tộc, người ta phải có sách, luật bảo vệ tài nguyên gen đất nước, quản lý việc xuất khẩu, chuyển nước tài liệu sinh vật riêng quốc gia, cấm xuất máu, tế bào, DNA, tủy sống, hóa thạch, liên quan đến nguồn gen di truyền dân tộc, quốc gia

Nói chung, ngày quốc gia ban hành luật, sách, qui định để bảo vệ nguồn gen q, đặc hữu nước mình, xem tài nguyên, bí mật quốc gia nước Đây loại tài nguyên quan trọng thiên nhiên, kinh tế, văn hóa, tiềm du lịch quốc gia

Đa dạng vật ni trì cho tiềm kinh tế để đáp ứng cách nhanh chóng thay đổi thị trường thị hiếu người tiêu dùng hay tình trạng mơi trường

Đa dạng vật ni có vai trị văn hố xã hội quan trọng, vật nuôi phần thiếu hoạt động văn hoá lễ hội xã hội đại chúng cịn có khả giải trí cho người công việc nuôi giữ chúng công việc trợ giúp cho giáo dục vùng đô thị Ngành công nghiệp du lịch nhiều nước quan trọng dựa vào môi trường đặc biệt mà thiếu giống vật nuôi nội địa

Đa dang vật nuôi mang lại lợi ích quan trọng tương lai dựa vào vài giống nguy hiểm, tập trung số lượng giống dẫn đến làm gen tổ hợp gen mà chưa có liên quan đến có liên quan đến tương lai Bảo tồn đa dạng vật nuôi làm giảm rủi ro nâng cao an toàn thực phẩm Khi nguồn gen vật nuôi bị không đa dạng vật ni mà cịn thiếu tổ hợp gen sẵn có đặc biệt thích nghi mơi trường đặc biệt

Đa dạng sinh học bảo tồn cho mục đích đào tạo nghiên cứu, bao gồm nghiên cứu sinh học miễn dịch, dinh dưỡng, sinh sản, di truyền khả thích nghi với thay đổi môi trường thời tiết Những giống khác xa truyền dùng để nghiên cứu sức đề kháng nhiễm bệnh giúp hiểu biết tốt chế, gây bệnh giúp cho việc điều trị hay quản lý bệnh tật tốt Hoạt động bảo tồn đào tạo cho người chủ chăn nuôi tạo hiểu biết, kiến thức cao giảm rủi ro

4 Các hoạt động khoa học lĩnh vực bảo tồn quĩ gene vật nuôi

4.1 Chiến lược toàn cầu quản lý nguồn gen động vật

Với tầm quan trọng nguồn gen phần lớn động vật có nguy bị phù hợp với nhiệm vụ tổ chức lương thực thực phẩm (FAO) công ước đa dạng sinh học (CBD) chương trình hoạt động đặc biệt quản lý nguồn gen toàn cầu FAO tiến hành vào năm 1992

Chương trình có nhiệm vụ thiết lập thể chế thực tế hoạt động nước nhằm mục đích cụ thể sau:

Phát triển sử dụng tốt nguồn gen động vật để phù hợp với môi trường sản xuất nước có đầu vào trung bình thấp, để giúp cho hệ thống nơng nghiệp nước ổn định

Khắc phục đe dọa nghiêm trọng xói mịn nguồn gen 5000 giống 14 lồi

Khn khổ chương trình gồm yếu tố sau:

Quy chế chung nhờ phủ trực tiếp hướng dẫn cải biến sách quốc tế họp nguồn gen thực phẩm nông nghiệp