phát hiện các đột biến
Để nghiên cứu qúa trình đột biến trước hết các nhà di truyền phải phát hiện các đột biến
đó. Việc phát hiện các đột biến một cách dễ dàng và hiệu quả là một trong các tiêu chuẩn chủ
yếu để chọn lựa sinh vật nghiên cứụ Dưới đây là một số mô hình minh họa các cách phát hiện
đột biến.
Các đột biến lặn ở các sinh vật đơn bội có thể phát hiện một cách dễ dàng hơn so với các sinh vật lưỡng bộị Ở vi khuẩn và nấm, đột biến được phát hiện dựa trên các hệ thống phân tách các tế bào đột biến ra khỏi các tế bào không bị đột biến. Ví dụ, nấm mốc Neurospora crassa bình thường phát triển được trên bánh mì và có thể nuôi cấy được trong phòng thí nghiệm. Loại nấm mốc nhân chuẩn này tồn tại ở dạng lưỡng bội trong pha dinh dưỡng của chu kỳ sống. Neurospora có một dạng đột biến dinh dưỡng gọi là albinọ Bình thường, chủng hoang dại Neurospora phát triển trên môi trường nuôi cấy tối thiểu có chứa glucozơ, một vài axít vô cơ và muối, có nguồn nitơ là ammonium nitrat và vitamin biotin. Thể đột biến dinh dưỡng nhân tạo của chủng này lại không thể phát triển trên môi trường tối thiểu nhưng có thể
sinh trưởng được trên môi trường đầy đủ hoặc có bổ sung một số chất như: axít amin, vitamin, các dẫn xuất của axít nucleic và các chất hóa học khác. Các sinh vật dinh dưỡng theo kiểu hoang dại như trên được gọi là các thể nguyên dưỡng hay các sinh vật ăn chất vô cơ
(prototroph), còn các sinh vật mà cần phải bổ sung thêm một số chất khác gọi là các thể
khuyết dưỡng, còn gọi là các sinh vật dinh dưỡng thụđộng (auxotroph).
Chúng ta có thể phát hiện được các bào tửđơn bội và phân tách chúng ra dựa vào việc mất khả năng phát triển trên môi trường tối thiểu do không tổng hợp được một số chất cần thiết nhưng lại không có trong môi trường đó, chúng chỉ có thể sinh trưởng được trên môi trường đầy đủ. Một khi đã phân lập được các thể đột biến, ta dễ dàng biết được chúng bị
khuyết dưỡng chất nàọ Tiến hành nuôi chủng đột biến trên nhiều ống nghiệm, mỗi ống có bổ
sung thêm một chất nhất định, nếu ởống nào tế bào phát triển được thì chứng tỏ thểđột biến này đã khuyết dưỡng chính chất bổ sung vào ống đó. Ví dụ, nếu ống đó bổ sung tyrozin thì thểđột biến là thể khuyết dưỡng tyrozin (tyr). Phát hiện trên đây cũng chính là nghiên cứu mở đầu, đưa ra giả thuyết “một gen, một enzym” của Beadle và Tatum.
3.4.1.2 Phương pháp phát hiện đột biến ở ruồi quả Drosophila
Hermann J. Muller đã cải tiến một số phương pháp phát hiện và ước tính tỷ lệđột biến lặn gây chết tự nhiên và nhân tạo trên TNS thường và TNS X ở ruồi quả Drosophila melanogaster. Đây cũng là phương pháp chứng minh tia X là một trong tác nhân gây đột biến. Hai phương pháp hiệu quả trong phát hiện này đó là phương pháp ClB và gắn B. Phương pháp ClB (hình 3.1) phát hiện tỷ lệ các đột biến lặn gây chết nằm trên TNS X: C- là một vùng
đảo đoạn ngăn cản qúa trình trao đổi chéo; l- là alen lặn gây chết; B - gen trội quy định mắt Bar (hình thỏi). Trong phương pháp này, người ta cho các cá thểđực chủng hoang dại đã qua xử lý bằng tia X giao phối với các cá thể cái ClB dị hợp tử không bị xử lý đột biến. Ở thế hệ
thứ nhất, người ta chọn lựa các con cái có kiểu hình Bar, nhận một TNS X từ mẹ (là TNS có chứa ClB) và một TNS X từ bố. Do cá thể bố ban đầu bị gây đột biến nhân tạo nên trong các TNS X từ bố, có một vài TNS mang đột biến lặn gây chết. Khi cho con cái Bar F1 dị hợp tử
lai ngược trở lại với một cá thể bố thuộc chủng hoang dại thì không thấy con đực nào còn sống. Một nửa số con đực chết là do có kiểu gen bán hợp tử (XY) mang TNS ClB gây chết, một nửa con đực còn lại chết là do mang alen lặn gây chết mới xuất hiện trong kiểu gen bán hợp tử.
Theo tính toán, cứ 500 bình nuôi cấy thì có 25 bình chỉ có con cái, tỷ lệđột biến nhân tạo là 5%. Bằng phương pháp này, ta cũng có thể xác định được các đột biến hình thái nằm trên TNS X. Nếu có đột biến này xảy ra thì sẽđược phát hiện thấy ở các con đực F2.
Phương pháp thứ hai là phương pháp gắn thêm TNS X vào con cáị Đây là phương pháp đơn giản hơn dùng để phát hiện các đột biến hình thái lặn vì ta chỉ cần một thế hệ là phát hiện được đột biến nàỵ Trong kỹ thuật này, thay vì con cái có bộ TNS bình thường, nó có hai
TNS X cùng gắn với nhau ở tâm động và một TNS Ỵ Sau khi cho con cái gắn X giao phối với con đực bình thường, kết quả thế hệ con có kiểu gen gồm 4 loại: Kiểu XX ở con cái gây chết, kiểu XXY ở con cái có khả năng sống sót, kiểu con đực YY chết và con đực XY sống sót (về qúa trình truyền thông tin di truyền từ đời bố F1 bị xử lý đột biến sang cá thể đực
đời con F1).
Phương pháp thứ hai cũng được sử dụng để phát hiện đột biến lặn trên TNS thường ở
Drosophila và các biến dị trội marker sẽđược theo dõi suốt qua 3 thế hệ. Tuy kỹ thuật này đòi hỏi nhiều công sức và tốn thời gian nhưng lại có hiệu quả.
Hình 3.5
Phương pháp ClB của Muller xác định đột biến lặn gây chếtcó gắn thể nhiễm sắc X
3.4.1.3 Phát hiện đột biến ở thực vật
Hiện tượng biến dị di truyền rất phổ biến ở thực vật. Những nghiên cứu trên cây đậu Hà Lan của Mendel đã trở thành cơ sở trong chuyển gen. Hàng loạt công trình nghiên cứu trên thực vật sau đó đã cho chúng ta một khối kiến thức về tương tác gen, hiện tượng đa gen, liên kết gen, xác định giới tính, sắp xếp lại TNS và thểđa bộị Nhiều biến dị có thể phát hiện được
bằng mắt thường song nhiều trường hợp phải dùng các kỹ thuật, đặc biệt là các đột biến sinh hóạ
Dưới đây là một kỹ thuật thường được dùng để phát hiện các thành phần sinh hóa ở
thực vật. Ví dụ ở ngô, đầu tiên người ta tách protein ra khỏi nội nhũ, sau đó thuỷ phân protein đó, cuối cùng là xác định các thành phần axít amin. Ở trường hợp thể đột biến apaque -2, người ta thấy có hàm lượng lyzin cao so với bình thường. Điều này rất có ý nghĩa trong chọn giống các loại ngũ cốc.
3.4.1.4 Phát hiện đột biến ở người
Con người không thể coi như một sinh vật thí nghiệm nên không thể áp dụng các kỹ thuật phát hiện đột biến ở các sinh vật như ruồi quảDrosophila. Để xác định các đột biến sai hỏng về hình thái, các nhà di truyền học phải phân tích phả hệ và theo dõi ngược trở lại lịch sử
dòng họ đó. Bất kỳ một tính trạng nào được di truyền cho thế hệ con cháu đều có thể là đột biến trội hay đột biến lặn, có thể nằm trên TNS thường hoặc trên TNS X.
Đột biến trội dễ phát hiện nhất nếu chúng nằm trên TNS X và người bố mang alen đột biến này thì tất cả con gái của họ đều biểu hiện ra kiểu hình. Nếu đột biến nằm trên TNS thường thì có 50% thế hệ con dị hợp tử về alen này và có thểđược biểu hiện ở các thế hệ saụ Trên hình 2 là sơđồ phả hệ minh họa qúa trình di truyền alen trội nằm trên TNS thường quy
định bệnh đục nhân mắt. Bố mẹ thế hệ I không bị bệnh nhưng một trong ba người con (thế hệ
II) bị bệnh đục nhân mắt.
Hình 3.6
Cây phả hệ gia đình về bệnh đục nhân mắt do di truyền ở người
Như vậy, tính trạng đột biến này có thể do một trong hai bố mẹ truyền lạị Người con gái bị bệnh lập gia đình, sinh hai con trong đó có một bé nam bị bệnh (thế hệ III). Trong sáu người con (thế hệ IV) có bốn người bị bệnh. Tỷ lệ con cháu bị bệnh với tỷ lệ cao ở thế hệ IV, nhưng trong những người con gái, nhận TNS X từ bố, lại có người không bị bệnh đã chứng tỏ
rằng tính trạng đục nhân mắt được di truyền theo phương thức di truyền trội nằm trên TNS thường.
Bằng phương pháp phân tích phả hệ, ta cũng có thể phát hiện được các đột biến lặn liên kết X. Ví dụ, bệnh máu khó đông phát hiện thấy ởđời con cháu của nữ hoàng Anh Victorya là trường hợp đột biến nằm trên TNS X. Nghiên cứu cho thấy Victorya có kiểu gen dị hợp tử
(Hb) về tính trạng trên. Bố của bà không bị bệnh, người mẹ cũng không có cơ sở gì để kết luận là mang alen đột biến nàỵ Tuy đây là bệnh rất hiếm thấy ở quần thể người nhưng trong gia đình bà Victorya lại có một số trường hợp mắc phảị
Các alen lặn nằm trên TNS thường cũng có thểđược phát hiện bằng phương pháp phân tích phả hệ. Do đây là một đột biến lặn (im lặng) khi tồn tại ở trạng thái dị hợp tử nên tính trạng phải qua một số thế hệ mới có cơ hội biểu hiện. Khi cho một cá thể bị bệnh giao phối với một cá thể bình thường đồng hợp tử thì tất cả đời con đều không bị bệnh nhưng dị hợp tử về alen đó. Nếu cho đời con giao phối với nhau thì có một phần tư thế hệ tiếp sau bị
bệnh.
Ngoài phương pháp trên, một phương pháp rất hay được dùng đó là nuôi cấy invitro các tế bào ngườị Phương pháp này rất hiệu quả trong việc phát hiện nhiều đột biến. Phương pháp phân tích hoạt động của enzym, khả năng di chuyển protein trong điện trường và giải trình tự
ADN đã chứng minh trong quần thể người xuất hiện nhiều cá thể mang biến dị di truyền.