Đang tải... (xem toàn văn)
Thực hiện tái tổ hợp trong gen (nguyên tắc là gen ở các vị trí càng xa nhau trên nhiễm sắc thể càng dễ tái tổ hợp), người ta đã nhận được các dạng biến dị có tính chất khác nhau,[r]
(1)Chương
Cấu trúc chức gen
I Định nghĩa gen
Chúng ta điểm qua mốc lịch sử nghiên cứu gen sau:
Mendel (1865) người đưa khái niệm nhân tố di truyền Johansen (1909) đề xuất thuật ngữ gen (từ genos, nghĩa sản sinh, nguồn gốc) để nhân tố di truyền xác định tính trạng Sau đó, Morgan năm 1920 cụ thể hóa khái niệm gen, khẳng định nằm nhiễm sắc thể chiếm locus định, gen đơn vị chức xác định tính trạng
Vào năm 1940, Beadle Tatum chứng minh gen kiểm tra phản ứng hóa sinh nêu giả thuyết gen-một enzyme Tuy nhiên, trường hợp hemoglobin protein lại gồm hai chuỗi polypeptide hai gen xác định, giả thuyết buộc phải điều chỉnh lại một gen-một polypeptide
Vào năm 1950, DNA (deoxyribonucleic acid) chứng minh vật chất di truyền Mơ hình cấu trúc DNA Watson Crick đưa lý thuyết trung tâm (central dogma) đời Gen xem đoạn DNA nhiễm sắc thể mã hóa cho polypeptide hay RNA Cuối năm 1970, việc phát gen gián đoạn sinh vật eukaryote cho thấy có đoạn DNA khơng mã hóa cho amino acid phân tử protein Vì thế, khái niệm gen lại chỉnh lý lần nữa: Gen đoạn DNA đảm bảo cho việc tạo polypeptide, bao gồm phần phía trước vùng 5’ khơng dịch mã (5’ untranslation) hay gọi vùng ngược hướng (upstream) phía sau vùng 3’ khơng dịch mã (3’ untranslation) hay gọi vùng hướng (downstream) vùng mã hóa cho protein, bao gồm đoạn khơng mã hóa (intron) xen đoạn mã hóa (exon)
(2)nhiễm sắc thể xác định tính trạng định Các gen đoạn vật chất di truyền mã hóa cho sản phẩm riêng lẻ mRNA sử dụng trực tiếp cho tổng hợp enzyme, protein cấu trúc hay chuỗi polypeptide để gắn lại tạo protein có hoạt tính sinh học Ngồi ra, gen cịn mã hóa cho tRNA, rRNA snRNA
Bảng 3.1 Tóm tắt lịch sử nghiên cứu di truyền học
Mốc thời gian
Năm Các kiện
1850 1865 Gen nhân tố hạt 1871 Khám phá nucleic acid
1900 1903 Nhiễm sắc thể đơn vị di truyền 1910 Gen nằm nhiễm sắc thể
1913 Nhiễm sắc thể dãy xếp mạch thẳng gen 1927 Đột biến thay đổi vật lý gen
1931 Sự tái tổ hợp xuất hiện tượng vắt chéo 1944 DNA vật liệu di truyền
1945 Gen mã hóa cho protein 1950 1951 Trình tự protein
1953 DNA có dạng xoắn kép
1958 DNA tái theo phương thức bán bảo thủ 1961 Mã di truyền ba
1977 Các gen sinh vật eukaryote bị gián đoạn 1977 DNA phân tích trình tự
(3)II Lý thuyết trung tâm
1 Sự xác định di truyền cấu trúc bậc protein
Cấu trúc không gian chuỗi polypeptide xác định trình tự xếp amino acid tức cấu trúc bậc Như vậy, có nhiều mức độ cấu trúc khơng gian khác nhau, cấu trúc bậc tức trình tự xếp amino acid chi phối toàn mức độ cấu trúc khác Việc xác định di truyền phân tử protein trạng thái tự nhiên có đầy đủ hoạt tính sinh học quy tụ lại chủ yếu xác định cấu trúc bậc đủ
2 Các enzyme hoạt tính đột biến
Nhiều nghiên cứu cho thấy, việc hoạt tính enzyme nhiều khơng phải vắng mặt enzyme, mà biến đổi phân tử (modification) Có trường hợp đột biến dẫn đến thay đổi tinh vi, enzyme có hoạt tính biểu khác thay đổi điều kiện Chẳng hạn:
Ở nấm mốc Neurospora crassa, enzyme tyrosinase gen T xác định, xúc tác cho phản ứng chuyển hóa tyrosine thành dihydroxyphenylalanine Alelle T+ dịng hoang dại sản xuất tyrosinase có hoạt tính nhiệt độ bình thường 60oC Một đột biến TS sản xuất tyrosine có hoạt tính nhiệt độ bình thường, lại hoạt tính 60o
C
Như vậy, đa số trường hợp, đột biến gen không làm biến enzyme mà biến đổi cấu trúc dẫn đến thay đổi hoạt tính Các đột biến gen gây biến đổi khác enzyme Các tượng chứng tỏ cấu trúc enzyme chịu kiểm soát trực tiếp gen
3 Bản chất biến đổi di truyền protein
Bản chất quan hệ gen-một polypeptide
(4)Bảng 3.2 Các loại hemoglobin chuỗi polypeptide α
Thứ tự amino acid 16 57 58 68 116 141
Tên amino acid Val Leu Lys Glu His Asp Glu Arg
Loại hemoglobin Hb I Asp
Hb Nocfolk Asp
Hb M Boston Tyr
Hb B Philadelphia Lys
Hb O Indonesia Lys
Ở trường hợp này, thứ tự amino acid bị sai lệch Từ liệu ta thấy dạng đột biến tạo Hb bất thường thay amino acid amino acid khác
Bảng 3.3 Các loại hemoglobin chuỗi polypeptide β
Thứ tự amino acid 26 67 121 146
Tên amino acid Val His Leu Glu Glu Val Glu His
Loại hemoglobin Hb S Val
Hb C Lys Hb E Lys
Hb M Minvauki Glu
Hb O Ả Rập Lys
(5)Đột biến biểu thay vị trí amino acid amino acid khác
4 Sự tương quan đồng tuyến tính gen-polypeptide
4.1 Đột biến tryptophan synthetase-sự đồng tuyến tính gen chuỗi polypeptide
Nghiên cứu enzyme tryptophan synthetase xúc tác cho phản ứng tổng hợp tryptophan E coli người ta nhận thấy có nhiều đột biến xảy gen mã hóa cho tryptophan synthetase
Thực tái tổ hợp gen (nguyên tắc gen vị trí xa nhiễm sắc thể dễ tái tổ hợp), người ta nhận dạng biến dị có tính chất khác nhau, tính khoảng cách tương đối điểm khác đột biến xác định Vị trí biến dị thể nhiễm sắc tương ứng với vị trí amino acid chuỗi polypeptide Như vậy, cho có đồng tuyến tính gen chuỗi polypeptide (Hình 3.1)
Hình 3.1 Tương quan đồng tuyến tính gen enzyme tryptophan
synthetase E coli thông qua vị trí đột biến gốc amino acid bị
thay đổi
Nhiều dạng đột biến tryptophan synthethase tạo Bằng chế tái tổ hợp, khoảng cách tương đối điểm khác
STOP Leu Val Gln Met Cys Arg Ile Arg Glu Val Cys Asp Leu STOP Lys Phe Glu Tyr Leu Thr Gly Gly Gly Ser Gln
15 22 49 175 177 183 211 213 234 235 243 268
Các vị trí đột biến DNA
Các gốc amino acid bị thay đổi
+H
(6)của đột biến xác định Sản phẩm protein dạng đột biến phân tích, thay đổi amino acid khác xác định Người ta tìm thấy mối tương quan hồn tồn khoảng cách đột biến tìm thấy gen với khoảng cách amino acid bị thay đổi phân tử protein
4.2 Đột biến 4.2.1 Khái niệm
Một gen (DNA) có loại base phân tử protein có 20 loại amino acid1, chúng có mối tương quan Đầu tiên, người ta cho base qui định amino acid, tính tốn cho thấy khơng hợp lý Vì có base DNA 20 amino acid protein, codon phải chứa base Hai base làm thành codon có 42 = 16 cặp hợp lý base Nhưng base có 43
= 64 ba hợp lý Vì số lượng ba hợp lý lớn 20, có trường hợp vài codon định amino acid Ví dụ: UCU, UCC, UCA, UCG, AGU AGC mã hóa cho serine
Từ đó, người ta đưa khái niệm mã di truyền (tín hiệu di truyền) Mã di truyền cho phép đọc thứ tự DNA để biết thứ tự chuỗi polypeptide Mã di truyền khơng mơ hồ, có nghĩa với trình tự chẳng hạn ATA ta biết ghi mã cho amino acid gì, thấy có nhiều mã di truyền xác định cho amino acid (Bảng 3.4)
4.2.2 Đột biến điểm
Là đột biến tác động vị trí, nói rõ base Khi thay đổi base DNA tạo thay đổi amino acid (Hình 3.2)
(7)
Đột biến dĩ nhiên xảy DNA lại mRNA phiên mã, protein dịch mã
Bảng 3.4 Mã di truyền chung
Vị trí thứ
Vị trí thứ hai Vị trí thứ ba
U C A G
U Phe (F) Ser (S) Tyr (Y) Cys (C) U U Phe (F) Ser (S) Tyr (Y) Cys (C) C U Leu (L) Ser (S) STOP STOP A U Leu (L) Ser (S) STOP Trp (W) G C Leu (L) Pro (P) His (H) Arg (R) U C Leu (L) Pro (P) His (H) Arg (R) C C Leu (L) Pro (P) Gln (Q) Arg (R) A C Leu (L) Pro (P) Gln (Q) Arg (R) G A Ile (I) Thr (T) Asn (N) Ser (S) U A Ile (I) Thr (T) Asn (N) Ser (S) C A Ile (I) Thr (T) Lys (K) Arg (R) A A Met (M) Thr (T) Lys (K) Arg (R) G G Val (V) Ala (A) Asp (D) Gly (G) U G Val (V) Ala (A) Asp (D) Gly (G) C G Val (V) Ala (A) Glu (E) Gly (G) A G Val (V) Ala (A) Glu (E) Gly (G) G
Chú thích
(8)Đột biến điểm có dạng sau:
- Đột biến sai nghĩa Thay đổi amino acid protein, dẫn đến ba kết sau:
+ Không hậu cả, amino acid khơng nằm vị trí hoạt động khơng có vai trị cấu trúc enzyme
+ Có biến đổi nhẹ chuỗi polypeptide tạo tính mẫn cảm yếu với nhiệt, làm giảm ổn định chuỗi polypeptide
+ Mất hẳn hoạt tính enzyme vị trí hoạt động enzyme
- Đột biến vơ nghĩa Thay đổi base Nếu codon vơ nghĩa làm ngừng kéo dài (tổng hợp) chuỗi polypeptide vị trí amino acid Tức codon nằm đầu khơng có chuỗi polypeptide hoạt động
- Đột biến acridine đột biến dịch khung Đột biến chất acridine màu da cam tạo (hoặc gọi đột biến dịch khung, frameshift, thêm vào bớt base) (Hình 3.2 E D) Như vậy, đột biến khung đọc thêm vào (C) (A) thường dẫn đến xuất codon stop làm ngừng chuỗi polypeptide enzyme khơng có hoạt tính
4.2.3 Đột biến kìm hãm
Đến nay, người ta nhận thấy sai lệch việc tổng hợp protein có xảy từ DNA, cịn q trình diễn từ RNA đến polypeptide ln ln Nghiên cứu vài kiểu protein đột biến ta thấy:
- Đột biến sai nghĩa Làm xuất bất thường trình tự amino acid Kết protein hoạt tính Hoạt tính phục hồi, đột biến ngược lại protein cấu trúc ban đầu
- Đột biến vô nghĩa Làm phần chuỗi polypeptide, phần cịn lại khơng có hoạt tính, hoạt tính có lại nhờ đột biến codon bị đột biến
(9)A AUG ACU CGG AAG UCA CUA ACG AUU AGG CUU UAC
Met Thr Arg Lys Ser Leu Thr Ileu Arg Leu Tyr
B AUG ACU AGG AAG UCA CUA ACG AUU AGG CUU UAC
Met Thr Pro Lys Ser Leu Thr Ileu Arg Leu Tyr
C AUG ACU CGG AAG UGA CUA ACG AUU AGG CUU UAC
Met Thr Arg Lys Kết thúc
D AUG ACU CGG ACA GUG ACU AAC GAU UAG GCU UUA
Met Thr Arg Thr Val Thr Asp Asp Kết thúc
E AUG ACU CGG AGU GAC UAA CGA UUA GGC UUU AC
Met Thr Arg Ser His Kết thúc
Hình 3.2 Các dạng đột biến điểm
A: trình tự codon amino acid tương ứng dạng tự nhiên
B: thay đổi base (C thành A) làm thay đổi amino acid (Arg thành Pro) gây nên đột biến sai nghĩa
C: thay đổi base (C thành G) sinh codon vô nghĩa (UGA)
D: thêm base (C) gây nên đột biến acridine đột biến dịch khung, có dời khung đọc
E: base (A), gây nên đột biến acridine, chấm dứt đọc
5 Lý thuyết trung tâm sinh học phân tử
Tổng hợp protein tế bào có đặc điểm sau:
(10)nhiên, vào hàng loạt tính chất hóa học protein khơng thể làm khn mẫu cho tổng hợp chúng Vì vậy, khn mẫu để tổng hợp nên protein protein
- Sinh tổng hợp protein tách rời không gian với chỗ chứa DNA Nhiều nghiên cứu cho thấy tổng hợp protein xảy khơng có mặt DNA Sự kiện thể rõ ràng tế bào eukaryote Trong tế bào này, toàn DNA tập trung nhiễm sắc thể nhân, tổng hợp protein chủ yếu diễn tế bào chất Tảo xanh đơn bào
Acetabularia khi bị cắt phần chứa nhân tổng hợp protein
sống vài tháng khả sinh sản Rõ ràng, nơi chứa DNA mang thông tin di truyền chỗ sinh tổng hợp protein tách rời không gian
- DNA khuôn mẫu trực tiếp để tổng hợp protein, phải có chất trung gian chuyển thơng tin từ DNA tế bào chất làm khuôn để tổng hợp protein Chất phải có nhân tế bào chất với số lượng phụ thuộc vào mức độ tổng hợp protein
- Chất trung gian xem RNA nhờ đặc điểm sau: + RNA tổng hợp nhân có chứa DNA, sau vào tế bào chất cho tổng hợp protein
+ Những tế bào giàu RNA tổng hợp protein nhiều
+ Về phương diện hóa học RNA gần giống DNA: chuỗi polyribo-nucleotide thẳng chứa loại ribopolyribo-nucleotide A, G, C uracil (U) Nó nhận thơng tin từ DNA qua bắt cặp bổ sung
Nói chung, tế bào khơng thể tìm thấy chất khác ngồi RNA đóng vai trị trung gian cho tổng hợp protein Mối quan hệ thơng tin di truyền từ DNA qua RNA đến protein biểu diễn hình 3.3 Mối quan hệ gọi lý thuyết trung tâm (central dogma), Crick đưa từ 1956 đến
(11)Hình 3.3 Lý thuyết trung tâm Crick
Hình 3.4 Những bổ sung vào lý thuyết trung tâm Crick
6 DNA mã di truyền
Chúng ta biết có liên quan đồng tuyến tính DNA phân tử protein, từ dễ dàng dự đốn trình tự đặc hiệu amino acid phân tử protein mã hóa nhóm nucleotide phân tử DNA Có tất loại base, base có nhóm đơi tức nucleotide mã hóa cho loại amino acid tất có 16 tổ hợp, không đủ cho 20 loại amino acid Như vậy, đơn vị mã hóa (codon) phải gồm nucleotide (xem phần 4.2)
Vấn đề xác định xác codon mã hóa cho amino acid Nirenberg Matthaei sử dụng enzyme để tổng hợp nhân tạo RNA Khi dùng loại nucleotide U nhận RNA poly(U), dùng A nhận poly(A)
Năm 1961, Nirenberg Matthaei dùng poly(U) thay cho khuôn mẫu mRNA để tổng hợp protein hệ thống vơ bào (có amino acid, enzyme tổng hợp protein, khơng có DNA ), sản phẩm thu chuỗi polypeptide polyphenylalanine chứa loại amino acid phenylalanine Điều chứng tỏ codon UUU mã hóa cho phenylalanine Đây codon xác định Sau đó, họ chứng minh AAA mã hóa cho lysine, GGG cho glycine CCC cho proline
mRNA Protein
Phiên mã Dịch mã
DNA
Sao chép
Phiên mã ngược ?
(virus) (prion)
mRNA Protein
Phiên mã Dịch mã
DNA
(12)Năm 1964, Khorana tìm phương pháp tổng hợp mRNA nhân tạo với trình tự lặp lại (như AAG AAG AAG ) nhờ giải xong vấn đề chưa rõ ràng
Bảng mã di truyền (Bảng 3.4) cho thấy 64 codon, có codon UAA, UAG, UGA khơng mã hóa cho amino acid gọi vô nghĩa (non-sense), đồng thời codon kết thúc (termination) tức dấu chấm câu, chấm dứt chuỗi polypeptide
Mã di truyền có tính suy biến (degeneration) tức amino acid có nhiều codon mã hóa, trừ methionine tryptophane có codon (tương ứng ATG TGG) Các codon đồng nghĩa tức mã hóa cho amino acid thường có hai base giống nhau, khác thứ ba Ví dụ: CCU, CCC, CCA CCG tất mã hóa cho proline Trên thực tế, U C luôn tương đương vị trí thứ ba, cịn A G tương đương 14 16 trường hợp
Trừ số ngoại lệ, mã di truyền có tính phổ biến (universal) tức tồn giới sinh vật có chung mã di truyền
III Cấu trúc chức gen
Khi nghiên cứu quy luật di truyền Mendel học thuyết di truyền nhiễm sắc thể, gen quan niệm điểm nhiễm sắc thể, vừa đơn vị chức xác định tính trạng, vừa đơn vị đột biến, vừa đơn vị tái tổ hợp Cùng với phát triển di truyền học, khái niệm gen cụ thể hóa thêm, cấu trúc chức gen hiểu chi tiết
1 Cấu trúc gen
Một gen thường xem gồm có hai phần, phần mang mã di truyền phiên mã sang phân tử mRNA phần DNA làm nhiệm vụ điều khiển hoạt động gen (Hình 3.5) Cả hai phần có cấu trúc giống sinh vật prokaryote eukaryote Tuy nhiên, gen eukaryote cịn có cấu trúc đặc thù liên quan đến chế kiểm soát khác hoạt động gen
(13)liên quan đến trình phiên mã Độ dài gen thay đổi tùy theo số lượng độ dài intron chứa
Hình 3.5 Cấu trúc chung gen
Vùng DNA mang mã di truyền phiên mã sang phân tử mRNA Quá trình thực theo chiều 5’ 3’ sợi mRNA tổng hợp Không phải phiên mã di truyền phân tử mRNA dịch mã sang phân tử protein Hai đầu 5’ 3’ phân tử mRNA gồm số nucleotide khơng dịch mã mà lại liên quan đến tính bền vững phân tử mRNA tham gia kiểm sốt q trình dịch mã Hai đoạn gọi vùng không dịch mã 5’ 3’ (untranslated region) Vùng không dịch mã 5’ nằm trước điểm khởi đầu dịch mã (3 nucleotide AUG mã hóa cho methionine chuỗi polypeptide) vùng không dịch mã 3’ nằm sau điểm kết thúc dịch mã (stop codon UAA, UGA UAG) Do tế bào prokaryote cấu trúc nhân nên q trình phiên mã (tổng hợp mRNA) dịch mã (tổng hợp protein) xảy đồng thời Còn phân tử mRNA eukaryote phiên mã nhân, sau phải cắt bỏ intron gắn exon lại, chịu biến đổi đầu 5’ 3’ trước vận chuyển tế bào chất để dùng làm khuôn mẫu tổng hợp protein
Hoạt động gen đánh giá thông qua trình phiên mã (tổng hợp mRNA) trình dịch mã (tổng hợp protein) Hoạt động kiểm soát chặt chẽ chế khác giai đoạn, bắt đầu kết thúc phiên mã, trình biến đổi mRNA, định tính bền vững kiểm tra lại thơng tin di truyền phân tử Do cấu trúc
Vùng 5’
ngược hướng Đơn vị phiên mã
Vùng 3’ hướng Vùng promoter Các exon
Chuỗi 5’ Các intron Chuỗi 3’ khơng mã hóa khơng mã hóa
(14)sắp xếp gen prokaryote khác với gen eukaryote nên phối hợp chế điều khiển mang tính chất riêng biệt cho loại genome
Các gen prokaryote thường xếp nằm gần chịu điều khiển chung promoter, tức chúng phiên mã sang phân tử mRNA Cấu trúc gọi operon Như vậy, operon gồm hai hay nhiều gen nằm cạnh nhiễm sắc thể Thông thường, gen tham gia vào đường chuyển hóa, ví dụ gen mã hóa cho enzyme cần thiết cho q trình chuyển hóa glucose
Do có chung promoter điều khiển cho gen nằm operon có loại phân tử mRNA tổng hợp từ operon (mang thông tin di truyền tất gen nằm đó) Nói cách khác, q trình phiên mã gen operon xảy đồng thời phân tử mRNA đặc trưng cho operon gọi mRNA-polycistron
Tuy nhiên, điều cần ghi nhớ trình dịch mã phân tử mRNA-polycistron xảy hoàn toàn độc lập với Mỗi đoạn tương ứng với gen phân tử có vị trí bám ribosome, có mã bắt đầu kết thúc tổng hợp chuỗi polypeptide riêng biệt Do đó, tốc độ tổng hợp protein phân tử mRNA-polycistron hồn tồn khác (Hình 3.6)
Hình 3.6 Cấu trúc operon genome vi khuẩn Một operon đơn vị
phiên mã đơn bao gồm chuỗi gen cấu trúc (structural genes), promoter operator
2 Sự phân chia nhỏ gen
Khái niệm locus đưa để vị trí gen nhiễm sắc thể, vị trí tất allele dãy đa allele Bản thân tượng đa allele
Gen a Gen b Gen c Operon
Gen cấu trúc Operator
(15)cho thấy gen có cấu tạo phức tạp, biến đổi gen dẫn đến nhiều trạng thái allele khác
2.1 Hiện tượng allele giả
Theo quan niệm cổ điển gen đơn vị tái tổ hợp Nếu cá thể mang hai allele lặn a1/a2 dãy đa allele tạo thành hai loại giao tử a1 a2, lai phân tích với bố mẹ đồng hợp tử lặn cho kiểu hình đột biến a1 a2 mà khơng có dạng tái tổ hợp hoang dại Ví dụ:
Bố mẹ a1/a2 × a1/a1
Giao tử a1 a2 a1
Các lai a1/a1 a2/a1 - hai kiểu hình đột biến
Tuy nhiên, nhiều thí nghiệm cho thấy tăng số cá thể thí nghiệm lên 10.000 100.000, phát có dạng kiểu hình hoang dại tái tổ hợp
Ví dụ: Trường hợp locus mắt trám ruồi giấm, có 18 allele Khi tăng số cá thể nghiên cứu lên nhiều lần, người ta phát allele xếp thành nhóm A, B C Các allele nhóm, lai lẫn nhau, khơng cho kiểu hình tái tổ hợp hoang dại mắt bình thường, mà có kiểu hình mắt trám Nhưng lai allele nhóm với allele nhóm khác có xuất kiểu hình hoang dại tái tổ hợp Hiện tượng gọi allele giả
Hiện tượng allele giả cho thấy gen phân chia nhỏ mặt tái tổ hợp, xảy tái tổ hợp phần gen Lúc đầu, tượng allele giả coi trường hợp ngoại lệ, tăng số cá thể nghiên cứu lên nhiều lần rõ ràng tượng phổ biến Nó tìm thấy nhiều đối tượng khác nấm men S cerevisiae, ngô, bồ câu, chuột,
bacteriophage
2.2 Locus rII của bacteriophage T4
Nghiên cứu chi tiết đột biến rII bacteriophage T4 làm sáng tỏ cấu trúc gen Bacteriophage T4 dạng hoang dại r+ có khả xâm nhiễm đồng thời hai chủng E coli B K, đột biến
(16)Chủng vi khuẩn E coli
B K
Dạng hoang dại
Vết tan (plaque) nhỏ Vết tan nhỏ Đột biến rII
Vết tan lớn Khơng có vết tan
Hình 3.7 Kiểu hình đột biến rII phage T4
Benzer (1955) thu vài nghìn đột biến rII có nguồn gốc độc lập với Ơng cho lai đột biến với vào xuất dạng tái tổ hợp hoang dại r+ mà lập đồ điểm đột biến (mutation sites)
Trước thí nghiệm ơng, rII coi locus Tuy nhiên, thí nghiệm ơng cho thấy đột biến xếp thành hai nhóm rIIA rIIB Lai đột biến rIIA × rIIB có r+, lai rIIA × rIIA rIIB × rIIB kiểu hình đột biến r
Cho đến nay, định nghĩa gen nhờ dựa kiểu hình đột biến vị trí đồ Bacteriophage mơ hình di truyền đơn giản (genome E coli dài khoảng 4.600.000 bp, bacteriophage T4 165.000 bp bacteriophage λ khoảng 46.500 bp), chúng sinh sản số lượng lớn nhanh (1010
thế) dễ dàng phân tích Các thí nghiệm thực với đột biến rII T4 thiết lập dựa sở sau:
- Các gen có phạm vi ranh giới hạn chế
- Các gen chia được, có tái tổ hợp hai allele gen đơn
(17)Kết thí nghiệm cho thấy, gen phân chia nhỏ mặt đột biến Các đoạn rIIA rIIB gọi cistron, đơn vị chức nhỏ đảm bảo khả xâm nhiễm chủng K Thuật ngữ cistron thực chất gen, ngày có tính chất lịch sử, sử dụng Theo quan niệm nay, rIIA rIIB hai locus Hai khái niệm đưa muton-đơn
vị đột biến recon-đơn vị tái tổ hợp
Benzer tìm thấy 2.000 điểm đột biến đoạn gen nghiên cứu, chúng phân bố khơng nhau, có điểm tập trung nhiều đột biến Chiều dài gen khoảng 900 nucleotide Đơn vị đột biến muton tương ứng với 900/2.000 Số đột biến ghi nhận thấp so với thực tế nên muton tương ứng với cặp nucleotide Giống recon tương ứng với cặp nucleotide
Tóm lại, gen đơn vị chức năng, chia nhỏ đơn vị đột biến tái tổ hợp
3 Thử nghiệm chức allele
Muốn nghiên cứu cấu trúc bên gen, phải tìm hiểu nhiều allele gen Nhiều đột biến có kiểu hình giống không allele với Thử nghiệm chức allele sử dụng để xác định xem hai đột biến có allele với khơng Đây thử nghiệm mà Benzer dùng để lập đồ locus rII
Thử nghiệm gọi thử nghiệm bổ sung (complementary test) cho biết sai hỏng chức hai đột biến có bổ sung tức bù trừ cho không
Phương pháp thử gọi thử nghiệm đều-lệch (cis-trans
(18)Hình 3.8 Thử nghiệm chức allele. I: có kiểu hình đột biến sai hỏng gen nên không bù đắp II: có kiểu hình hoang dại sai hỏng khác gen nên bù trừ cho
4 Gen đơn vị chức nhỏ
Thử nghiệm chức allele thực dễ dàng đối tượng vi sinh vật với đột biến hóa sinh, thường đột biến khuyết dưỡng (auxotroph mutant: khả tổng hợp chất đó) Ví dụ: Ở nấm mốc Neurospora crassa có nhiều đột biến khả tổng hợp adenine (Ade-) Các đột biến dễ phát có khuẩn lạc màu đỏ Có hai dạng đột biến Adex Adey, dị hợp tử Adex/Adey có kiểu hình đột
biến tức cho khuẩn lạc màu đỏ, Adex Adey hai allele gen
Thử nghiệm chức allele cho thấy đột biến Ade N crassa tạo thành nhóm Điều chứng tỏ có gen tổng hợp adenine lồi nấm này:
ade1, ade2, ade3 ade3 có hai locus nằm kề sát ade3A
ade3B (Hình 3.9)
Qua nghiên cứu gen sản xuất adenine người ta nhận thấy trình tổng hợp adenine có liên quan đến nhóm đột biến gen gen kia, có kết khả tổng hợp adenine Như vậy, khái niệm gen không kiểm tra di truyền chu trình tổng hợp adenine, mà gen đơn vị chức nhỏ nhất, kiểm tra giai đoạn
I: Hai đột biến cistron
II: Hai đột biến hai cistron
cis trans
a1 a2 + a1 + +
+ + + + a2 + Gen A Gen B Gen A Gen B
1
4
a1 + b a1 + +
(19)của chu trình Nếu biến đổi di truyền làm sai hỏng chức dẫn đến xuất đột biến khả tổng hợp adenine
Hình 3.9 Vị trí gen ade nhiễm sắc thể nấm mốc Neurospora
crassa
Tài liệu tham khảo/đọc thêm
1 Hồ Huỳnh Thùy Dương 1998 Sinh học phân tử NXB Giáo dục, Hà
Nội
2 Phạm Thành Hổ 2003 Di truyền học NXB Giáo dục, Hà Nội
3 Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K and Watson JD 2002
Molecular Biology of the Cell 3rd ed Garland Publishing, Inc New York, USA
4 Lewin B 2000 Gene VII Oxford University Press, Oxford, UK
5 Pierce BA 2003 Genetics: A Conceptual Approach W.H Freeman &
Co New York, USA
6 Watson JD, Hopkins NH, Roberts JW and Weiner AM 2004
Molecular Biology of the Gene The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc California, USA
ade5
ade4 ade2
ade6
ade7
ade8 ade1
ade3 A B