1. Tính không dung hợp (incompatibility) ở vi nấm
Khâi niệm tính không dung hợp ở nấm ñược dùng ñể chỉ khả năng kết hợp với nhau giữa câc dòng nấm trong sinh sản hữu tính. Cho ñến nay gần 450 loăi nấm ñê ñược nghiín cứu về câc kiểu không dung hợp. Sự không dung hợp ñược xâc ñịnh về mặt di truyền. Theo kiểu dung hợp thì nấm ñược phđn lăm 2 loại:
- ðồng tản (Homothallic) lă khi có sự kết hợp với nhau giữa câc tế băo (hay hệ sợi tơ-mycellium) giống nhau trong sinh sản hữu tính. Ví dụ, tế băo a kết hợp với tế băo a, hay α với α tạo dạng lưỡng bội 2n tương ứng aa hay
αα.
- Dị tản (Heterothallic) lă kiểu khi có sự lai nhau giữa 2 loại tế băo khâc nhau như a với α tạo dạng dị hợp tử lưỡng bội aα. Câc nấm dị tản có thể chia thănh: lưỡng cực (bipolar) vă tứ cực (tetrapolar).
ðại diện ñiển hình của nấm dị tản lưỡng cực (bipolar heterothallic) lă nấm men Saccharomyces cerevisiae. Ở nấm men, sự hợp băo (cytogamy) vă
hợp nhđn (karyogamy) chỉ xảy ra giữa câc tế băo (hay nang băo tử - ascospora) có kiểu bắt cặp (matting type) khâc nhau như a vă α vă câc allele khâc nhau của locus MAT. Do có sự tham gia của 2 allele nín gọi lă lưỡng cực. Nấm mốc văng bânh mì Neurospora crassa cũng thuộc kiểu không dung hợp năy. Nấm rơm (Volvariella volvacea) vă nấm mỡ (Agaricus
bisporus) cũng thuộc loại năy.
Kiểu dị tản tứ cực (tetrapola heteropolic) ñặc trưng cho nhiều loại nấm
ñảm Bacidiomycetes mă ñại diện lă Schizophyllum communae. Nấm băo
ngư (Pleurotus) vă nấm hương (Lentinus edodes) thuộc kiểu không dung
hợp năy. Sự xâc ñịnh di truyền không dung hợp ở câc loăi nấm năy do 2 gen A vă B. Mỗi gen có 2 allele hoặc nhiều hơn, thường lă A1, A2 vă B1, B2. Sự
kết hợp giữa câc dòng ñơn bội chỉ tạo dạng hữu thụ có kiểu gene A1A2B1B2
tức bốn nhđn tố khâc nhau, do ñó gọi lă tứ cực.
Sựña dạng của câc chu trình sống vă câc kiểu không dung hợp ở nấm có ảnh hưởng ñến câc phương phâp phđn tích di truyền. Ở một số nấm sinh sản hữu tính thực hiện trín cơ sở dị hợp băo (heterogamy) như ở
Neurospora crassa. Ở những loăi khâc trín cơ sởñồng hợp băo (isogamy).
Song song với sinh sản hữu tính còn có chu trình cận hữu tính hoăn toăn hay không hoăn toăn phụ thuộc văo loại nấm. Chu trình sinh sản cận hữu tính lă quâ trình kết hợp vă tâi tổ hợp gene diễn ra trong nguyín phđn chứ không phải giảm phđn, không có sự thụ tinh như sinh sản hữu tính.
2. Phđn tích bộ bốn vă lập bản ñồở vi nấm
Nấm men có nhiều ñặc trưng ñể trở thănh mô hình lý tưởng cho nghiín cứu di truyền ở eukaryote. Nấm men lă một eukaryote ñơn băo, chu kỳ sống chỉ khoảng 90 phút, có thể thu ñuợc nấm men với số lượng lớn khi nuôi trín môi trường ñặc. Bộ gen của nấm men chứa khoảng 12 megabase với 6.000 gen phđn bố trín 16 nhiễm sắc thể. Nấm men lă eukaryote ñầu tiín ñược giải mê bộ gen.
Chu trình sống của nấm men gồm hai giai ñoạn có thể chuyển ñổi qua lại. Tế băo có thể tồn tại ở cả dạng lưỡng bội vă cả dạng ñơn bội. Trong cả
hai trường hợp, tế băo mẹ tạo chồi giống hệt nó. Những tế băo lưỡng bội năy có thể tiếp tục sinh trưởng bằng mọc chồi vă có thể trêi qua giảm phđn tạo 4 băo tử ñơn bội (haploid) trong một nang (ascus) ñược gọi lă tetrad. Băo tửñơn bội (haploid spore) của kiểu kết cặp khâc nhau (a với α) sẽ qua
thụ tinh tạo thể lưỡng bội. Những băo tử của kiểu kết cặp giống nhau sẽ tiếp tục sinh trưởng bằng nẩy chồi.
Nấm men ñược xem lă E. coli của câc tế băo eukaryote, có thể sử dụng nấm men ñể phđn tích ñột biến. Tế băo nấm men ñơn bội ñược gđy ñột biến bằng tia X, sau ñó săng lọc câc kiểu hình ñột biến trín môi trường nuôi cấy.
ðầu tiín nuôi cấy tế băo nấm men trín môi trường giău dinh dưỡng ñể tất cả
câc tế băo phât triển. ðĩa nuôi cấy năy sau ñó ñược nhđn lín qua ñĩa sao chĩp chứa môi trường chọn lọc hoặc ñiều kiện sinh trưởng ñặc biệt. Chẳng hạn, câc ñột biến nhạy cảm nhiệt ñộ có thể sinh trưởng trín câc ñĩa gốc nhưng lại không sinh trưởng trín câc ñĩa sao chĩp ở nhiệt ñộ giới hạn. So sânh câc khuẩn lạc ởñĩa gốc với ñĩa sao chĩp sẽ phât hiện ñược những ñột biến nhạy cảm với nhiệt ñộ.
Nang chứa 4 băo tử túi dị hợp
Nảy chồi
Dinh
dưỡng dưỡDinh ng Nảy chồi
Hình thănh băo tử Vòng ñời s.dưỡng (ñơn bội) Nảy chồi Giảm phđn Vòng ñời s.dưỡng (ñơn bội) Nảy chồi Thiếu nitrogen Kết hợp hình thănh hợp tử Vòng ñời s.dưỡng (ñơn bội) Nảy chồi Hình 9.2 Chu trình sống của nấm men.
Lớp nang khuẩn (Ascomycetes) có ñặc ñiểm lă khi câc tế băo lưỡng bội phđn chia giảm nhiễm sẽ tạo ra câc băo tử nằm trong một vỏ bao ñược gọi lă nang (ascus). Câc cơ thể năy có câc ñặc ñiểm thuận lợi cho phđn tích di truyền:
Câc vi nấm có thể tồn tại ở dạng ñơn bội, nín tất cả câc gene có thể
biểu hiện trực tiếp thănh kiểu hình.
Câc vi nấm năy có thể tạo ra số lượng câ thể lớn ở thế hệ sau nín có thể phât hiện câc sự kiện di truyền hiếm vă có thểước lượng ñược tần số tâi tổ hợp một câch chính xâc.
Tế băo nấm men có thể sống ở dạng sinh dưỡng ñơn bội hay dị bội. Tín hiệu chuyển từñơn bội sang dị bội xuất hiện theo dạng kết hợp vă tín hiệu chuyển từ dị bội sang ñơn bội lă sự giảm phđn trong quâ trình hình thănh băo tử.
Tế băo phđn chia sau khi hình
thănh chromatid
Giảm phđn I
Giảm phđn II
Nguyín phđn
Hình 9.3 Mốc văng bânh mì (Neurospora crassa) lă mô hình nghiín cứu phđn li trong giảm phđn
Trong chu trình sống, chỉ có hợp tử lă lưỡng bội, sẽ trải qua giảm phđn ngay sau khi ñược tạo thănh, tạo câc băo tử ñơn bội, băo tử nẩy mầm hình thănh giai ñoạn cđy. Ở một số loăi câc bộ bốn tạo thănh trải qua một lần phđn chia nguyín nhiễm nữa ñể tạo ra từng cặp gồm hai băo tử giống hệt
nhau. Ở mốc văng bânh mì (N. crassa), câc băo tử xếp thảng hăng trong nang theo một trật tự xâc ñịnh liín quan trực tiếp ñến tiến trình của giảm phđn (Hình 9.3). Hầu hết câc loại nấm mốc khâc, sản phẩm của giảm phđn không sắp xếp theo một trật tựñặc biệt trong nang như mốc văng bânh mì.
- Lập bản ñồ di truyền bằng phđn tích bộ bốn
ðối với trường hợp bộ bốn không theo thứ tự:
Ví dụ: khi lai câc tổ hợp của hai gene AB × ab. Sự thụ tinh cho nhđn lưỡng bội AB/ab vă nó chia giảm nhiễm ngay.
Nếu không có trao ñổi chĩo xảy ra hoặc trao ñổi chĩo ñôi xảy ra trín cùng hai chromatid thì sẽ có bộ bốn: 2 AB : 2ab, gọi lă kiểu ñôi cha mẹ (parental ditype – PD).
Nếu trao ñổi chĩo xảy ra trín cả bốn chromatid của mỗi cặp nhiễm sắc thể
kĩp, sẽ có 2AB : 2aB, gọi lă bộ bốn kiểu ñôi không cha mẹ (Nonparental ditype – NPD) hay còn gọi lă kiểu ñôi tâi tổ hợp (Reconbinational ditype- RD)
Trường hợp tạo ra mỗi nang bốn loại băo tử có kiểu gene khâc nhau: 1AB : 1Ab : 1aB : 1ab ñược gọi lă kiểu bốn (tetratype)
Phđn tích bộ bốn cho phĩp xâc ñịnh hai gene liín kết. Khi hai gene không liín kết thì tần số bộ bốn kiểu ñôi bố mẹ vă kiểu ñôi không bố mệ
bằng nhau (PD = NPD). Ngược lại khi hai gene liín kết, kiểu PD có tần số
lớn hơn kiểu NPD. Tần số tương ñối của câc kiểu bộ bốn khâc nhau ñược sử
Parent ditype
Nonparent ditype
PD NPD T
Tetratype
Hình 9.4 Phđn tích bộ bốn
3. Phđn tích di truyền trong chu trình cận hữu tính (tâi tổ hợp trong nguyín
phđn)
Nhiều loại nấm có sợi dinh dưỡng kết hợp với nhau, lăm cho câc nhđn
ñơn bội từ câc dòng cùng ở chung trong tế băo chất. Câc thể dị nhđn (heterocaryon) ñược tạo nín có thể tồn tại lđu dăi như ở N. crassa. Sự tạo thănh câc thể dị nhđn ñược sử dụng rộng rêi ñể nghiín cứu sự tương tâc giữa câc gene, giữa câc allele vă giữa câc gene của nhđn với tế băo chất. Trong một số trường hợp, sự so sânh câc dị hợp tử vă dị nhđn cho thấy sự khâc nhau trong tương tâc giữa câc allele, có lẽ do:
- Tỷ lệ số lượng nhđn vă tương ứng câc allele trong thể dị nhđn có thể khâc nhau
- Câc allele của câc gene ở một nhđn không ñược ngăn câch nhưở giữa câc thể dị nhđn.
Câc nhđn ở thể dị nhđn ñôi khi hợp nhau tạo nín ñoạn lưỡng bội. Hơn nữa trong quâ trình chia nguyín phđn tiếp theo, nhđn lưỡng bội có thể chịu tâc ñộng của hai quâ trình: ñơn bội hoâ hoặc tâi tổ hợp nguyín phđn.
3.1. Sựñơn bội hoâ (Haploidisation)
Sựñơn bội hoâ có thể xảy ra ngẫu nhiín hoặc ñược gđy tạo bởi chất n- fluorphenylalanin.
Nếu như câc nhđn trong nhiều nguyín phđn bị 1 nhiễm sắc thể (2n – 1) thì nhđn lệch bội vừa xuất hiện trở nín không ổn ñịnh vă tiếp tục mất câc nhiễm sắc thể khâc của một bộñơn bội, cho ñến khi trở thănh nhđn ñơn bội (n) ổn ñịnh. Trong quâ trình ñó nhiễm sắc thể bị mất ñộc lập nhau, câc gene của cùng một nhiễm sắc thể có sự liín kết hoăn toăn. Dựa văo ñặc ñiểm năy có thể xâc lập sự liín kết dựa văo gene ñânh dấu trín mỗi nhiễm sắc thể.
3.2. Tâi tổ hợp trong nguyín phđn (Mitotic recombination)
Tâi tổ hợp trong nguyín phđn lă hiện tượng thường gặp ở nhiều sinh vật, khi xảy ra trao ñổi chĩo giữa câc nhiễm sắc thể tương ñồng trong nguyín phđn.
Trong trường hợp năy khoảng câch của gene ñânh dấu xa tđm ñộng nhất, sự ñồng hợp tử hoâ thường xảy ra hơn cả (ñược coi lă 100%) vă sự
phđn bố câc gene ñược tính theo công thức: D = Nab/Nb x 100%
D: khoảng câch của gene ñến tđm ñộng
Nb - tổng số câc dạng phđn li, ñồng hợp tử theo b.
Nab - số câc dạng phđn li ñồng hợp cả a vă b, nếu như b lă gene ñânh dấu xa tđm ñộng nhất.
Bản ñồ liín kết gene ñược xđy dựng bằng tâi tổ hợp giảm phđn vă tâi tổ hợp nguyín phđn (trong chu trình cận hữu tính) có thứ tự gene xếp giống nhau ởAspergillus nidulans.