ở ruồi giấm, gen B quy định thân xám, gen b quy định thân đen; gen V quy định cánh dài bình thờng, gen v quy định cánh cụt.
Morgan lai hai dòng ruồi giấm thuần chủng thân xám, cánh dài và thân đen, cánh cụt đợc F1 toàn ruồi thân xám ,cánh dài. Sau đó ông thực hiện phép lai giữa ruồi đực F1 với ruồi cái thân đen,cánh cụt thu đợc ở thế hệ sau có tỉ lệ 1 thân xám, cánh dài :1 thân đen, cánh cụt. Đây là kết quả phép lai phân tích. Kết quả này cho thấy các gen quy định màu sắc thân và hình dạng cánh không phân li độc lập , vi tỉ lệ KH do phân li độc lập qua lai phân tích thu đợc phải là 1: 1:1 :1. Vả lại, kết quả phép lai cho thấy ruồi cái thân đen cánh cụt chỉ cho một loại giao tử bv, do đó ruồi đực F1 cho 2 loại giao tử là BV và bv. Từ đó Morgan cho rằng các gen màu sắc thân và hình dạng cánh phải cùng trên một NST, nghĩa là chúng liên kết với nhau. Điều này đã đợc giải thích bằng sơ đồ lai ở hình II.19.
Nh vậy ,thân xám và cánh dài cũng nh thân đen và cánh cụt luôn luôn đợc di truyền đồng thời với nhau đợc giải thích bằng sự di truyền liên kết gen hoàn toàn, nghĩa là các gen quy định nhóm tính trạng nằm trên một NST cùng phân li về giao tử và cùng đợc tổ hợp qua quá tình thụ tinh.
Hình.II.19. Cơ sở tế bào học của di truyền liên kết
Trong tế bào, số lợng gen lớn hơn số lợng NST rất nhiều, nên mỗi NST phải mang nhiều gen, phân bố theo chiều dài của nó và tạo thành nhóm gen liên kết. Số nhóm liên kết ở mỗi loài thờng ứng với số NST trong bộ đơn bội (n) của loài. Ví dụ: ở ruồi giấm, 4 nhóm liên kết tơng ứng với n = 4.
Nếu sự phân li độc lập của các cặp gen làm xuất hiện nhiều biến dị tổ hợp thì liên kết gen không tạo ra hay hạn chế sự xuất hiện biến dị tổ hợp. Ví dụ nh trong thí nghiệm trên của Morgan ở thế hệ lai không xuất hiện những kiểu hình khác P.
Di truyền liên kết đảm bảo sự di truyền bền vững của từng nhóm tính trạng đợc quy định bởi các gen trên một NST, nhờ đó trong chọn giống ngời ta có thể chọn đợc những nhóm tính trạng tốt luôn đi kèm với nhau.
4.2. Di truyền liên kết không hoàn toàn
Cũng trong thí nghiệm nói trên , nhng khi cho ruồi cái F1(BV// bv) giao phối với ruồi đực thân đen, cánh cụt (bv//bv), Morgan đã thu đợc 4 kiểu hình với các tỉ lệ sau:
0,41 thân xám, cánh dài ; 0,41 thân đen, cánh cụt;
0,09 thân xám, cánh cụt ; 0,09 thân đen, cánh dài
Kết quả của phép lai không giải thích đợc bằng liên kết gen hoàn toàn và phân li độc lập của các gen. 4 KH đợc hình thành từ 4 kiểu tổ hợp giao tử. Ruồi đực thân đen, cánh cụt chỉ cho 1 loại giao tử bv, nh vậy ruồi cái F1 cho 4 loại giao tử với tỉ lệ : BV = bv = 0,41; Bv = bV = 0,09.
Nh vậy, trong phát sinh giao tử cái đã xẩy ra sự hoán vị (đổi chỗ) giữa các alen V và v, dẫn đến sự xuất hiện thêm 2 loại giao tử Bv và bV , do đó có sự tổ hợp lại các tính trạng của bố mẹ là thân đen, cánh dài và thân xám , cánh cụt (biến dị tổ hợp).
Sự hoán vị gen đợc giả thích trên cơ sở tế bào học là do sự trao đổi chéo ở từng đoạn tơng ứng giữa 2 nhiễm sắc tử không phải chị em ( crômatit) trong cặp NST kép tơng đồng ở kì đầu của lần phân bào I trong giảm phân (hình II.28).
Sự trao đổi chéo nói trên đã tạo ra các loại giao tử mang gen hoán vị có tỉ lệ luôn bằng nhau (trong thí nghiệm trên, tỉ lệ Bv = bV = 0,09), do đó các loại giao tử có gen liên kết cũng luôn bằng nhau (tỉ lệ BV = bv = o,41).
Tỉ lệ các giao tử mang gen hoán vị phản ánh tần số hoán vị gen. Tần số hoán vị gen đ- ợc tính bằng tổng tỉ lệ các loại giao tử mang gen hoán vị (kết quả thí nghiệm trên cho thấy tần số hoán vị gen là 0,09 + 0,09 = 0,18).Tần số hoán vị gen thể hiện khoảng cách tơng đối giữa 2 gen trên cùng NST, tần số càng lớn thì khoảng cách giữa 2 gen càng xa, lực liên kết càng yếu, nếu tần số càng nhỏ thì ngợc lại. Dựa vào tần số hoán vị gen ngời .ta xác lập đợc bản đồ di truyền. Tần số hoán vị gen không vợt quá 50% vì một phần là các gen trên NST có xu hớng liên kết là chủ yếu.
Sự hoán vị gen chỉ có ý nghĩa khi tạo ra sự tổ hợp lại của các gen không tơng ứng (không alen) trên NST (ví dụ Bv , bV), vì vậy các gen liên kết ở trạng thái đồng hợp hay chỉ có một cặp dị hợp thì sự hoán gen gen xảy ra sẽ không có hiệu quả gì. Do đó , để xác định tần số hoán vị gen ngời ta thờng dùng phép lai phân tích.
Trong thí nghiệm của Morgan, trao đổi chéo xảy ra trong phát sinh giao tử cái nhng đó không phải là trờng hợp tổng quát cho mọi nhóm liên kết và mọi lòai. Trao đổi chéo có thể xảy ra trong nguyên phân.
Di truyền liên kết không hoàn toàn (hoán vị gen) làm tăng số biến dị tổ hợp. Nhờ hoán vị gen mà những gen quý trên các NST tơng đồng có dịp tổ hợp với nhau làm thành nhóm gen liên kết. Điều này rất có ý nghĩa trong chọn giống và tiến hóa. Thông qua việc xác định tần số hoán vị gen ngời ta lập bản đồ di truyền. Điều đó cũng có giá trị trong lí thuyết và thực tiễn.
4.3. Bản đồ di truyền
Bản đồ di truyền (bản đồ gen) là sơ đồ phân bố các gen trên các NST của một loài (hình II.29). Các nhóm liên kết đợc đánh số theo thứ tự của NST trong bộ đơn bội của loài nh I, II, III...hay 1,2.3...Các gen trên NST đợc ghi bằng các chữ viết tắt tên của các tính trạng thờng bằng tiếng Anh.
Đơn vị khoảng cách trên bản đồ là centimorgan(cM) ứng với tần số hoán vị gen 1%. Vị trí tơng đối của các gen trên một NST thờng đợc tính từ một đầu mút của NST. Trong công tác giống, nhờ bản đồ gen có thể giảm bớt thời gian chọn đôi giao phối một cách mò mẫm, do đó nhà tạo giống rút ngắn đợc thời gian tạo giống.
Để lập bản đồ di truyền phải tiến hành theo quy trình với thứ tự là xác định nhóm liên kết rồi đến xác định vị trí của gen trên NST.
- Việc xác định nhóm liên kết thờng bằng phép lai phân tích 2 cặp tinh trạng. Căn c vào tỉ lệ phân li KH là 1: 1 thì các gen chi phối 2 cặp tính trạng đó liên kết. Cứ xem xét 2 gen một nh vậy, cuối cùng sẽ xác định đợc có bao nhiêu NST (tức nhóm liên kết) trong bộ đơn bội của một loài và những gen nào nằm trên NST nào.
- Việc xác định vị trí của gen trên NST thờng bằng phép lai phân tích 3 cặp tính trạng với tất cả các gen có trên mỗi NST theo từng tổ hợp của 3 gen một, ngời ta xác định đợc trình tự các gen trên NST.
Ví dụ, ở ngô gen A – mầm xanh, a - mầm vàng; B – mầm mờ, b – mầm bóng; D – lá bình thờng, d – lá bị cứa. Khi lai phân tích cây ngô dị hợp về cả 3 cặp gen thì thu đợc kết qủa ở bảng II.2.
Bảng II.2. Kết quả của phép lai ở ngô
Giao tử của P KG của Fa Số cá thể %số cá thể Không trao đổi chéo (TĐC) ABD abd abd ABD abd abd 235 } 505 270 69,6
TĐC đơn ở đoạn I Abd aBD abd Abd abd aBD 62 } 122 60 16,8 TĐC đơn ở đoạn II ABd abD abd ABd abd abD 40 } 88 48 12,1 TĐC kép ở đoạn I và II AbD aBd abd AbD abd aBd 7 } 11 4 1,5 Tổng cộng 726 100
Số liệu ở bảng trên cho thấy phần lớn số cá thể có KH của bố mẹ đợc hình thành từ các KG không có trao đổi chéo. Số cá thể nhận đợc do TĐC ở giữa gen a và b chiếm: 16,8 + 1,5 = 18,3%, tần số TĐC giữa gen b và d là 12,1 + 1,5 = 13,6%, còn tần số TĐC giữa a và d là 16,8 + 12,1 + (2 x 1,5) = 31,9%. Nh vậy trình sắp xếp của 3 gen là:
a ← 18,3 → b ← 13.6 d → ← 31,9 →
Bình thờng TĐC kép là: 18,3% x 13,6% = 2,5% , nhng thực nghiệm chỉ nhận đợc 1,5% thấp hơn tính toán lí thuyết 1%, nh vậy có hiện tợng nhiễu, nghĩa là TĐC xảy ra tại một điểm trên NST ngăn cản TĐC ở những điểm lân cận. Đại lợng nhiễu đựơc xác định bằng hệ số trùng lặp. Hệ số này đợc tính trong trờng hợp trên bằng 1,5 : 2,5 = 0,6 hay 60%.
Chơng III. ADN và GEN