toàn bộ lí thuyết chương ứng dụng di truyền sinh học 12 (có hình vẽ minh họa)

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC I TẠO GIỐNG DỰA TRÊN NGUỒN BIẾN DỊ TỔ HỢP Giống tập hợp cá thể sinh vật người chọn tạo ra, có phản ứng trước điều kiện ngoại cảnh, có đặc điểm di truyền đặc trưng, chất lượng tốt, suất cao ổn định, thích hợp với điều kiện khí hậu, đất đai, kĩ thuật sản xuất định Quy trình tạo giống bao gồm bước - Tạo nguồn nguyên liệu biến dị di truyền (biến dị tổ hợp, đột biến ADN tái tổ hợp) - Đánh giá kiểu hình để chọn kiểu gen mong muốn - Tạo trì dịng có tổ hợp gen mong muốn - Đưa giống tốt sản xuất đại trà Phương pháp tạo nguồn nguyên liệu cho chọn giống - Nguyên liệu cho trình chọn giống tạo từ nguồn biến dị tổ hợp, đột biến ADN tái tổ hợp - Các phương pháp tạo nguồn ngun liệu gồm: Lai hữu tính: Tạo vơ số biến dị tổ hợp Gây đột biến: Tạo đột biến di truyền Công nghệ gen: Tạo ADN tái tổ hợp Nguồn nguyên liệu chọn giống a Nguồn gen tự nhiên Nguồn gen tự nhiên có nguồn gốc hồn tồn từ tự nhiên có nguồn gốc từ động - thực vật hoang dã Hình 2.26 Nguồn gen tự nhiên Đặc điểm giống vật ni có nguồn gốc từ tự nhiên nhóm sinh vật hình thành địa phương có khả thích nghi cao với điều kiện mơi trường địa phương STUDY TIP Lợi ích: Có sẵn tự nhiên, khơng phải tiền cơng sức để tạo ra; thích nghi tốt với môi trường sống chúng b Nguồn gen nhân tạo Đặc điểm nguồn gen người chủ động tạo để phục vụ nhu cầu sản xuất sinh hoạt người - Được tạo thơng qua q trình đột biến lai tạo STUDY TIP Lợi ích: Tạo nguồn gen phong phú, đa dạng phù hợp với nhu cầu người Quá trình lai tạo để tạo giống lợn Waton Mochibuta trang trại Global Pig Farm Nhật Bản Hình 1.27 Nguồn gen nhân tạo II CHỌN GIỐNG VẶT NUÔI CÂY TRỒNG DỰA TRÊN BIẾN DỊ TỔ HỢP Biến dị tổ hợp Biến dị tổ hợp biến dị xuất tổ hợp vật chất di truyền bố mẹ trình sinh sản hữu tính Nguyên nhân tạo biến dị tổ hợp trình giao phối Cơ sở tế bào học - Quá trình phát sinh giao tử: Do phân li tổ hợp cặp NST tương đồng giảm phân hình thành nhiều tổ hợp gen khác giao tử đực giao tử - Quá trình thụ tinh: Do kết hợp ngẫu nhiên giao tử đực qua thụ tinh hình thành nhiều tổ hợp gen khác hệ cháu - Hoán vị gen: Do bắt chéo trao đổi đoạn kì đầu I giảm phân dẫn đến tái tổ hợp gen cặp NST tương đồng Phương pháp tạo biến dị tổ hợp: Thơng qua hình thức lai giống Tạo giống dựa nguồn biến dị tổ hợp Các bước tạo giống dựa nguồn biến dị tổ hợp: Bước 1: Tạo dòng chủng khác cho lai giống Bước 2: Chọn lọc cá thể có tổ hợp gen mong muốn Bước 3: Cho cá thể có kiểu gen mong muốn tự thụ phấn giao phối gần để tạo giống chủng Hình 1.28 Phương pháp tạo dòng chủng thực vật Tạo giống lai có ưu lai: Ưu lai tượng lai có suất, phẩm chất, sức chống chịu, khả sinh trưởng phát triển vượt trội so với dạng bố mẹ Đặc điểm ưu lai: - Ưu lai thể rõ F1 sau giảm dần qua hệ - Ưu lai cao thể lai khác dòng Giả thuyết sở di truyền tượng ưu lai: - Giả thuyết ưu lai thừa nhận rộng rãi thuyết siêu trội - Nội dung giả thuyết: Kiểu gen dị hợp có sức sống, sức sinh trưởng phát triển ưu hẳn dạng đồng hợp trội đồng hợp lặn Có thể tóm tắt giả thuyết sau AA < Aa > aa Giải thích tượng ưu lai thuyết siêu trội: - Mỗi alen gen thực chức riêng mình; trạng thái dị hợp chức gen biểu - Mỗi alen gen có khả tổng hợp riêng mơi trường khác nhau, kiểu gen dị hợp có mức phản ứng rộng - Cả alen trạng thái đồng hợp tạo số lượng chất định q q nhiều cịn trạng thái dị hợp tạo lượng tối ưu chất LƯU Ý Qua lai giống, người ta thấy lai sinh chất mà không thấy bố mẹ chủng, thể mang gen dị hợp chất kích thích phát triển Phương pháp tạo ưu lai: Bước 1: Tạo dòng chủng trước lai cách cho tự thụ phấn giao phối gần qua 5-7 hệ Bước 2: Cho dòng chủng lai với nhau: Tùy theo mục đích người ta sử dụng phép lai: Lai khác dòng đơn, lai khác dòng kép Bước 3: Chọn tổ hợp có ưu lai mong muốn Phương pháp trì ưu lai: - Ở thực vật: Cho lai sinh sản sinh dưỡng, sinh sản vô tính - Ở động vật: Sử dụng lai luân phiên: cho đực lai ngược lại với mẹ đực đời bố lai với đời Ứng dụng ưu lai: Là phép lai hai dòng chủng khác dùng lai F làm mục đích kinh tế (để làm sản phẩm) không làm giống III TẠO GIỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN Đột biến phương pháp gây đột biến: - Đột biến biến đổi bất thường vật chất di truyền cấp độ phân tử (ADN, gen) cấp độ tế bào (nhiễm sắc thể), dẫn đến biến đổi đột ngột tính trạng, biến đổi có tính chất bền vững di truyền cho đời sau - Đột biến trình xảy đột ngột, riêng rẽ, ngẫu nhiên, không định hướng thể sống điều kiện tự nhiên STUDY TIP Đa số đột biến gen lặn có hại, số có lợi có ý nghĩa lớn q trình tiến hóa chọn giống Phương pháp tạo đột biến: - Tạo đột biến việc sử dụng tác nhân vật lí - Tạo đột biến tác nhân hóa học - Tạo giống phương pháp sốc nhiệt Đối tượng áp dụng: Vi sinh vật: Phương pháp tạo giống sinh vật gây đột biến đặc biệt hiệu tốc độ sinh sản chúng nhanh nên chúng nhanh chóng tạo dòng đột biến Thực vật: Phương pháp gây đột biến áp dụng hạt khô, hạt nảy mầm, đỉnh sinh trưởng thân, cành, hay hạt phấn, bầu nhụy hoa Động vật: Phương pháp gây đột biến nhân tạo sử dụng hạn chế số nhóm động vật bậc thấp, khó áp dụng cho nhóm động vật bậc cao quan sinh sản chúng nằm sâu thể nên khó xử lý Chúng phản ứng nhạy dễ bị chết xử lý tác nhân lí hóa Quy trình tạo giống phương pháp gây đột biến gồm bước: Bước 1: Xử lí mẫu vật tác nhân gây đột biến Bước 2: Chọn lọc thể đột biến có kiểu hình mong muốn Bước 3: Tạo dịng chủng Một vài thành tựu chọn giống phương pháp gây đột biến: - Tạo chủng nấm penicilium đột biến có hoạt tính penicilin tăng gấp 200 lần dạng ban đầu Tạo chủng vi khuẩn đột biến có suất tổng hợp lizin cao gấp 300 lần dạng ban đầu - Xử lý giống lúa Mộc Tuyền tia gama tạo giống lúa MT chín sớm, thấp cứng, chịu phân, chịu chua, suất tăng 15-25% Lai giống có chọn lọc 12 dịng đột biến từ giống ngô M tạo thành giống ngơ DT6 chín sớm, suất cao, hàm lượng prơtêin tăng 1,5%, tinh bột giảm 4% - Táo Gia Lộc xử lí NMU —> táo má hồng cho suất cao - Đa bội hóa nho Hình 1.30 Đột biến thân lùn lúa IV TẠO GIỐNG BẰNG CỒNG NGHỆ GEN Cơng nghệ gen quy trình cơng nghệ dùng để tạo tế bào sinh vật có gen bị biến đổi có thêm gen mới, từ tạo thể với đặc điểm Kỹ thuật chuyển gen (kĩ thuật tạo ADN tái tổ hợp) chuyển đoạn ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận nhiều cách khác Thành phần tham gia Tế bào cho tế bào chứa gen cần chuyển (vi khuẩn, thực vật, động vật) Tế bào nhận: vi khuẩn, tế bào thực vật (tế bào chồi, mầm), tế bào động vật (như tế bào trứng, phôi) Enzyme gồm enzym cắt giới hạn enzyme nối Enzyme cắt giới hạn (restrictaza): cắt hai mạch đơn phân tử ADN vị trí nucleotid xác định Enzyme nối (ligaza): tạo liên kết phosphodieste làm liền mạch ADN, tạo ADN tái tổ hợp Thể truyền (véctơ chuyển gen) phân tử ADN có khả tự nhân đôi, tồn độc lập tế bào mang gen từ tế bào sang tế bào khác, thể truyền plasmid, virut số NST nhân tạo nấm men ADN tái tổ hợp phân tử ADN nhỏ lắp ráp từ đoạn ADN từ phân tử khác (thể truyền gen cần chuyển) Quy trình tạo ADN tái tổ hợp a Tạo ADN tái tổ hợp - Tách chiết thể truyền gen cần chuyển khỏi tế bào - Xử lí loại enzim giới hạn (restrictaza) để tạo loại đầu dính - Dùng enzim nối để gắn chúng tạo ADN tái tổ hợp b Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận - Dùng muối CaCl2 xung điện cao áp làm dãn màng sinh chất tế bào để ADN tái tổ hợp dễ dàng qua màng c Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp - Để nhận biết tế bào vi khuẩn nhận ADN tái tổ hợp nhà khoa học thường sử dụng thể truyền gen đánh dấu chuẩn gen đánh dấu nhờ ta dễ dàng nhận biết có mặt ADN tái tổ hợp tế bào - Bằng kỹ thuật định nhận biết sản phẩm đánh dấu Hình 1.32 Công nghệ chuyển gen Ứng dụng công nghệ gen tạo giống Sinh vật biến đổi gen sinh vật mà hệ gen người làm biến đổi cho phù hợp với lợi ích Sinh vật biến đổi gen tạo theo cách sau: - Đưa thêm gen lạ loài khác vào hệ gen (gọi sinh vật chuyển gen) - Làm biến đổi gen có sẵn hệ gen - Loại bỏ làm bất hoạt gen hệ gen Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen a Tạo động vật chuyển gen * Mục tiêu - Tạo nên giống có suất chất lượng cao - Sinh vật biến đổi gen tạo dùng ngành công nghiệp dược phẩm (như nhà máy sinh học sản xuất thuốc cho người) * Phương pháp - Tách lấy trứng khỏi thể sinh vật cho thụ tinh ống nghiệm (hoặc lấy trứng thụ tinh) Tiêm gen cần chuyển vào hợp tử - Cấy hợp tử chuyển gen vào tử cung vật để mang thai sinh đẻ bình thường - Nếu gen chuyển gắn thành công vào hệ gen hợp tử phơi phát triển bình thường cho đời sinh vật biến đổi gen (chuyển gen) b Tạo giống trồng biến đổi gen * Mục tiêu - Tạo giống trồng kháng sâu hại - Tạo giống chuyển gen có đặc tính q - Tạo giống biến đổi gen có sản phẩm bảo quản tốt * Phương pháp - Tạo ADN tái tổ hợp: tách thể truyền gen cần chuyển khỏi tế bào - Xử lí plasmit ADN chứa gen cần chuyển enzim cắt restrictaza - Nối đoạn vừa cắt vào plasmit nhờ enzim ligaza - Tái sinh từ tế bào nuôi cấy  có đặc tính c Tạo giống vi sinh vật biến đổi gen Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất insulin người: Insulin hormone tuyến tụy có chức điều hòa glucose máu Trường hợp insulin thể sản xuất không đủ chức gây bệnh tiểu đường glucose bị thải qua nước tiểu STUDY TIP Gen tổng hợp insulin tách từ thể người chuyển vào vi khuẩn E.coli plasmid Sau đó, ni cấy vi khuẩn để sản xuất insulin quy mô công nghiệp đáp ứng nhu cầu chữa bệnh cho người V TẠO GIỐNG BẰNG CƠNG NGHỆ TẾ BÀO Cơng nghệ tế bào ngành kĩ thuật áp dụng phương pháp nuôi cấy mô tế bào môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo mô, quan hay thể hồn chỉnh mang đặc tính thể cho mô, tế bào Các giai đoạn công nghệ tế bào Bước 1: Tách tế bào từ thể động vật hay thực vật Bước 2: Nuôi cấy tế bào mơi trường nhân tạo để hình thành mơ sẹo Bước 3: Dùng hoocmon sinh trưởng kích thích mơ sẹo phân hóa thành quan tạo thành thể hoàn chỉnh Mỗi tế bào thể sinh vật phát sinh từ hợp tử thơng qua q trình phân bào miễn nhiễm Điều có nghĩ tế bào thực vật rễ, thân, … thực vật chứa thông tin di truyền cần thiết thể hồn chỉnh tế bào có khả sinh sản vơ tính để tạo thành trưởng thành STUDY TIP Cơ sở khoa học phương pháp nhân giống cơng nghệ tế bào tính toàn của tế bào sinh vật Tạo giống công nghệ tế bào thực vật a Công nghệ nuôi cấy hạt phấn - Ưu điểm phương pháp tạo dòng chủng; tính trạng chọn lọc ổn định - Tạo dòng lưỡng bội từ dòng đơn bội dựa đặc tính hạt phấn có khả mọc mơi trường nhân tạo thành dịng đơn bội tất gen dòng đơn bội biểu kiểu hình cho phép chọn lọc invitro (trong ống nghiệm) dịng có đặc tính mong muốn LƯU Ý Dùng để chọn có đặc tính chống chịu hạn, chịu lạnh, chịu mặn, kháng thuốc diệt cỏ Dùng để tạo dịng chủng, tính trạng chọn lọc ổn định b Nuôi cấy tế bào thực vật in vitro tạo mô sẹo - Ưu điểm phương pháp nhân nhanh giống trồng quý - bệnh, tạo nhiều cá thể có kiểu gen giống với cá thể ban đầu - Nhân nhanh giống có suất cao, chất lượng tốt, thích nghi với điều kiện sống trì ưu lai c Dung hợp tế bào trần Hình 1.35 Dung hợp tế bào trần - Ưu điểm phương pháp tạo lai khác loài mang đặc điểm lồi khơng cần phải trải qua sinh sản hữu tính, tránh tượng bất thụ lai - Quy trình tạo giống phương pháp dung hợp tế bào trần d Chọn dòng tế bào xoma có biến dị Hình 1.36 Chọn dịng tế bào xoma có biến dị Ưu điểm tạo giống trồng mới, có kiểu gen khác giống ban đầu STUDY TIP Phương pháp tạo giống dựa vào tượng đột biến gen biến dị số lượng NST tạo thể lệch bội khác Tạo giống công nghệ tế bào động vật a Nhân vơ tính động vật Nhân vơ tính động vật nhân từ tế bào xơma, khơng cần có tham gia nhân tế bào sinh dục, cần tế bào chất noãn bào - Lấy trứng khỏi thể cừu cho trứng, sau loại nhân tế bào trứng - Lấy nhân tế bào tách từ tế bào tuyến vú cừu cho nhân tế bào - Chuyển nhân tế bào tuyến vú vào tế bào trứng bỏ nhân - Nuôi trứng cấy nhân môi trường nhân tạo cho phát triển thành phôi - Chuyển phôi vào tử cung cừu mẹ để mang thai - Cừu sinh cừu Đơly có kiểu hình giống với kiểu hình cừu cho nhân tế bào b Ý nghĩa - Nhân nhanh giống vật nuôi quý động vật biến đổi gen - Tạo giới động vật mang gen người nhằm cung cấp quan nội tạng cho người bệnh c Cấy truyền phôi Phôi tách thành nhiều phần riêng biệt cấy phôi vào tử cung vật khác nhau, sau sinh nhiều vật có kiểu gen giống  ... thể lai khác dòng Giả thuyết sở di truyền tượng ưu lai: - Giả thuyết ưu lai thừa nhận rộng rãi thuyết siêu trội - Nội dung giả thuyết: Kiểu gen dị hợp có sức sống, sức sinh trưởng phát triển... sử dụng tác nhân vật lí - Tạo đột biến tác nhân hóa học - Tạo giống phương pháp sốc nhiệt Đối tượng áp dụng: Vi sinh vật: Phương pháp tạo giống sinh vật gây đột biến đặc biệt hiệu tốc độ sinh. .. biết sản phẩm đánh dấu Hình 1.32 Công nghệ chuyển gen Ứng dụng công nghệ gen tạo giống Sinh vật biến đổi gen sinh vật mà hệ gen người làm biến đổi cho phù hợp với lợi ích Sinh vật biến đổi gen