THIẾT LẬP BẢN ĐỒ DI TRUYỀN
6.2.1. Phân tích di truyền liên kết genvà xác định tần số trao đổi chéo
6.2.1.1. Sự di truyền liên kết tính trạng màu sắc và hình dạng hạt ở ngô
Ở ngô cặp gen C/c xác định màu sắc lớp alơron. Nếu nhƣ trong kiểu gen có gen trội C thì hạt có màu đỏ hay tím hoa cà. Nếu nhƣ trong kiểu gen không có gen trội mà
chỉ là gen lặn (cc) thì lớp alơronkhông màu, hạt có màu sáng (trắng hay vàng). Gen trội
không trực tiếp xác định màu tím hoa cà của hạt, nhƣng sự có mặt của nó là cần thiết cho sự biểu hiện của màu này.
Cặp gen S/s xác định hình dạng và bề mặt của hạt. Kiểu gen chứa gen trội S có dạng hạt lồi, bề mặt trơn, còn thể đồng hợp lặn ss có dạng hạt dẹt với các khía và có dạng lõm sâu ở giữa với bề mặt nhăn nheo. Các gen C/c và S/s nằm trên một cặp nhiễm sắc thể và di truyền liên kết.
a. Vật liệu:
Các bắp ngô từ phép lai phân tích dạng hạt lồi, bề mặt trơn và có màu với dạng hạt dẹt, bề mặt nhăn, màu sáng.
b. Các bước tiến hành:
Lấy vài bắp ngô Fb và xác định màu sắc và hình dạng hạt ở mỗi bắp, đếm số hạt có tổ hợp khác nhau của các tính trạng và ghi chép lại kết quả.
No bắp Có màu, trơn Sáng, nhăn Có màu, nhănHạt Fb Sáng, trơn Tổng số
Xác định đặc trƣng liên kết của các tính trạng nghiên cứu. Khi liên kết hoàn toàn của hai gen xác định màu sắc và hình dạng hạt, trong số con cái Fbtạo nên hai lớp kiểu hình phù hợp với các dạng bố mẹ(xem sơ đồ A).
(A) (B)
P: ♀𝐶𝑆𝑐𝑠 × ♂𝐶𝑆𝐶𝑆 GP: {CS : cs} {cs} Fb: 𝐶𝑆𝑐𝑠 : 𝑐𝑠𝑐𝑠
Có màu, trơn: sáng, nhăn
P: ♀𝐶𝑆𝑐𝑠 × ♂𝐶𝑆𝐶𝑆 GP: {CS : cs : Cs : cS} {cs} Fb: 𝐶𝑆𝑐𝑠 : 𝑐𝑠𝑐𝑠 : 𝐶𝑠𝑐𝑠 : 𝑐𝑆𝑐𝑠
Có màu, trơn: sáng, nhăn: có màu, nhăn: sáng, trơn
Thí nghiệm đã xác định rằng các gen màu sắc và hình dạng hạt ngô sắp xếp gần nhau trên nhiễm sắc thể và bởi vậy làm giảm tần số trao đổi chéo giữa chúng.
Khi trao đổi chéo xảy ra ở cây dị hợp 𝐶𝑆
𝑐𝑠, ngoài các giao tử do các gen liên kết tạo
ra CS và cs còn có các giao tử do trao đổi chéo Cs và cS, nên thế hệ lai Fb tạo thành 4 lớp kiểu hình (sơ đồ B). Trong tất cả các trƣờng hợp khi có trao đổi chéo, các lớp đƣợc tạo thành với tỷ lệ số lƣợng không bằng nhau. Từ đó xác định tần số trao đổi chéo.
6.2.1.2. Các bước thực hiện khi phân tích di truyền liên kết gen
Bước 1. Biệnluận xác định tính trạngtrội,lặn và quy ƣớc gen
Bước 2. Xác định quy luật di truyềncủa các tính trạng và kiểu gen củabốmẹ:
+ Xét sự di truyền riêng rẽ của từng cặp tính trạng. Dựa vào các quy luật 1, 2 của Mendel và tỷ lệ phân ly của phép lai phân tích để xác định tỷ lệ phân ly của từng tính trạng (phƣơng thức di truyền); kiểu gen của bố mẹ.
+ Xét sự di truyền đồng thời của các cặp tính trạng. Dựa vào quy luật phân ly độc lập của Mendel và một số nguyên lý xác suất cơ bản (bài 5 mục 2.3.2.c) để xác định phƣơng thức di truyền của các cặp tính trạng, từ đó xác định kiểu gen của bố mẹ.
Nếutỷlệ chung củacả hai tính trạng không bằng tích các nhóm tỷlệ khi xét riêng
rẽ,mặt khác biểuhiện giảmbiến dịtổhợp, suy ra hai tính trạng không phân ly độc lập
mà di truyền theo quy luật liên kết gen hoàn toàn.
Nếutỷlệ chung củacả hai tính trạng không bằng tích các nhóm tỷlệ khi xét riêng
rẽ, mặt khác tăngxuất hiện biếndị tổhợp, suy ra hai tính trạng không phân ly độc lập
mà di truyền theo quy luật liên kết gen không hoàn toàn và xảy ra trao đổi chéo.
+ Tỷ lệ các loại giao tử mang gen liên kết luôn bằng nhau, tỷ lệ các loại giao tử mang gen trao đổi chéo cũng bằng nhau và nhỏ hơn tỷ lệ của các giao tử mang gen liên kết. Từ đó xác định trạng thái kiểu gen của P và tầnsố trao đổi chéo.
Bước 3. Viếtsơđồ lai và thiếtlậpbảnđồ di truyền.
Lưu ý: Có thểdựa vào mộtsốcơsở sau để phân tích di truyềnvề liên kết gen
Các lớpkiểu hình có tầnsố cao nhất là nhữnglớpgiốngbốmẹ, hình thành do các gen liên kết, không phải do tái tổhợptạo thành
Liên kết không hoàn toàn vớitầnsố trao đổi chéo khác nhau không làm thay đổi sốlớpkiểu hình mong đợi mà chỉ làm thay đổitầnsốcủamỗikiểu hình
Nếucơ thểdị hợpvề hai cặp gen tựthụphấn (hoặc giao phốivới nhau) mà ởthế hệ lai F2xuấthiện 2 kiểu hình phân ly theo tỷlệ 3:1 chứngtỏ hai gen liên kết hoàn toàn và kiểu gen bốmẹởtrạng thái kết.
Nếucơ thểdị hợpvề hai cặp gen tựthụphấn(hoặc giao phốivới nhau) mà ởthế hệ lai F2 xuất hiện 2 kiểu hình phân ly theo tỷ lệ 1:2:1 chứng tỏ hai gen liên kết hoàn toàn và kiểu gen bốmẹởtrạng thái đẩy.
Khi lai phân tích cơthể dịhợp theo hai cặp gen mà ởthếhệ lai phân tích phân ly theo tỷlệ 1:1 thì sự di truyền chi phối tuân theo quy luật di truyền liên kết gen hoàn toàn.
Nếucơ thể dịhợpvề hai cặp gen lai phân tích mà ởthếhệ lai phân tích cho kiểu
hình khác 1:1:1:1, trong đó tần số hai nhóm kiểu hình giống bố mẹ lớn hơn 50% thì
sự di truyền của hai gen tuân theo quy luật di truyền liên kết gen không hoàn toàn và
kiểu gen củacơthểđem lai phân tích ởtrạng thái kết.
.
Nếucơ thể dịhợpvề hai cặp gen lai phân tích mà ởthếhệ lai phân tích cho kiểu
hình khác 1:1:1:1, trong đótầnsố hai nhóm kiểu hình khác bốmẹlớnhơn 50% thì sự di
truyềncủa hai gen tuân theo quy luật di truyền liên kết gen không hoàn toàn và kiểu gen
củacơthểđem lai phân tích ởtrạng thái đẩy.
Nếucơ thểdị hợpvề hai cặp gen tựthụphấn(hoặc giao phốivới nhau) mà ởthế hệ lai F2 xuất hiện 4 KH phân ly theo tỷ lệ khác với 9:3:3:1 thì sự di truyền chi phối
tuân theo quy luật di truyền liên kết gen không hoàn toàn và xảy ra trao đổi chéo:
Trường hợp 1. Nếu tỷ lệ nhóm kiểu hình lặn > 6,25% hoặc 0,0625 (> 1/16) thì
kiểu gen củacơthểdịhợpởtrạng thái kết
Trường hợp 2. Nếu tỷ lệ nhóm kiểu hình lặn < 6,25% hoặc 0,0625 (< 1/16) thì
6.2.1.3. Xác địnhtần sốtrao đổi chéodựa vào kết quả phép lai phân tích
Bài 1. Ở cà chua cây cao (A) trội so với cây thấp(a), dạng quả tròn (B) trội so với quả hình lê (b). Cho lai cây cao, quả tròn với cây thấpquả hình lê. Hậu thế thu đƣợc: 59
cây cao, quả tròn: 60 cây cao, quả hình lê: 22 cây thấp, quả tròn: 19 cây thấp, quả hình lê. Xác định kiểu quy luật di truyền của hai tính trạng trên và tính tần số trao đổi chéo (nếu có).
Hướng dẫn: Quy ƣớc: A – cây cao > a –cây thấp; B –quả tròn > b –quả hình lê.
* Xét sự di truyền riêng rẽ từng cặp tính trạng:
– Về tính trạng chiều cao cây: Thế hệ lai phân ly theo tỷ lệ: cây cao: cây thấp = (59 + 60):(22 + 19) ≈ 1:1
Tỷ lệ này là của phép lai phân tích → kiểu gen của P là: Aa × aa
–Về tính trạng hình dạng quả: Hậu thế thu đƣợc tỷ lệ: quả tròn: quả dạng lê = (59 + 22):(60 + 19) ≈ 1:1
Tỷ lệ này là của phép lai phân tích → kiểu gen của P là: Bb × bb
* Xét sự di truyền đồng thời của hai cặp tính trạng:
Thế hệ lai phân ly theo tỷ lệ (1:1)(1:1) = 1:1:1:1, ta thấy tỷ lệ này khác với kết quả đề cho (59:60:22:19) và thế hệ lai xuất hiện 4 kiểu hình. Điều đó chứng tỏ hai cặp tính trạng trên di truyền liên kết không hoàn toàn và xảy ra trao đổi chéo.
Xét kiểu hình đồng hợp lặn (cây thấp quả hình lê), chiếm tỷ lệ 19/160 = 0,12 < 0,25 (1/4) → kiểu gen của P ở trạng thái đẩy (Ab/aB).
Tần số trao đổi chéo rf = (22 + 19)/160 = 0,256 (25,6%).
6.2.1.4. Xác địnhtần sốtrao đổi chéodựa vào kết quả phân ly ở F2
Bài 2. Ở hoa cẩm chƣớng, dòng hoa đỏ, không thơm lai với dòng hoa màu trắng, thơm. F1 thu đƣợc tất cả hoa đỏ, không thơm. F2 cho kết quả phân ly sau: 492 hoa đỏ, không thơm: 125 hoa đỏ, thơm:130 hoa trắng, không thơm: 104 hoa trắng, thơm. Xác định quy luật di truyền của hai tính trạng trên. Tính tần số trao đổi chéo (nếu có)?
Hướng dẫn:
* Xét sự di truyền riêng rẽ từng cặp tínhtrạng:
– Về tính trạng màu sắc hoa: Khi lai dòng cẩm chƣớng hoa đỏ, với dòng cẩm chƣớng hoa màu trắng. F1thu đƣợc tất cả hoa đỏ → tính trạng hoa đỏ là tính trạng trội. Quy ƣớc: A –hoa đỏ > a –hoa trắng.
Thế hệ lai F2 phân ly theo tỷ lệ: hoa đỏ: hoa trắng = (492 + 125) (130 + 104) ≈ 3:1. Tỷ lệ này nghiệm đúng định luật phân ly tính trạng của Mendel → kiểu gen của F1 là: Aa x Aa.
– Về tính trạng mùi thơm của hoa: Khi lai dòng cẩm chƣớng hoa không thơm lai với dòng cẩm chƣớng hoa thơm. F1 thu đƣợc tất cả hoa không thơm → tính trạng hoa không thơm là tính trạng trội. Quy ƣớc: B –không thơm > b –thơm
Hậu thế thu đƣợc tỷ lệ: không thơm : thơm = (492 + 130):(125 + 104) ≈ 3:1 (nghiệm đúng định luật phân ly tính trạng của Mendel) → kiểu gen của F1 là: Bb x Bb
* Xét sự di truyền đồng thời của hai cặp tính trạng:
Thế hệ lai phân ly theo tỷ lệ (3:1)(3:1) = 9:3:3:1, cho thấy tỷ lệ này khác với kết quả đề cho (492:125:130:104) và thế hệ lai xuất hiện 4 kiểu hình. Điều đó chứng tỏ hai cặp tính trạng trên di truyền liên kết không hoàn toàn và xảy ra trao đổi chéo.
Xét kiểu hình đồng hợp lặn (hoa trắng, thơm), chiếm tỷ lệ 104/851 = 0,12 > 0,0625 (1/16) → kiểu gen của F1ở trạng thái kết (AB/ab).
→ Tần số trao đổi chéo(tính theo phƣơng pháp khai căn): = 0,372 (37,2%)
Lưu ý: Ở hai ví dụ trên, nếu trong trƣờng hợp đề yêu cầu kiểm định khi bình phƣơng thì trình tự làm giống nhƣ ở bài 3 phân tích di truyền tính trạng chất lƣợng, tƣơng tác gen.
Bài 3. Dạng cà chua cây cao trội so với dạng cây lùn, dạng quả tròn trội so với dạng quả hình lê. Hai cây dị hợp tử theo hai tính trạng trên đem lai phân tích, kết quả thu đƣợc các số liệu sau:
Chiều cao cây Dạng quả Cây 1 Cây 2
Cao tròn 88 23
Cao dạng lê 12 170
Lùn tròn 8 190
Lùn dạng lê 92 17
a) Các gen trên di truyền liên kết hay phân ly độc lập? Xác định kiểu gen của hai cây dị hợp tử.
b) Xác định tần số trao đổi chéo cho cả hai trƣờng hợp.
Bài 4. Tiến hành lai phân tích dạng dị hợp tử theo ba gen AaBbCc x aabbcc. Ở đời con thu đƣợc kết quả sau (kiểu hình viếttheo một alen):
ABC – 29; ABc – 235; Abc – 210; AbC – 27 abc – 21; abC – 215; aBC – 239; aBc – 23.
Gen nào sẽ liên kết với gen nào? Gen nào sẽ phân ly độc lập? Xác định tần số trao đổi chéo?
Bài 5. Ở đậu thơm, dòng hoa đỏ thắm, có râu lai với dòng hoa màu nhạt, không
râu. F1đồng nhất đỏ thắm, có râu. F2cho kết quả phân ly sau: 424 đỏ thắm, có râu : 102 đỏ thắm, không râu : 99 màu nhạt, có râu : 91 màu nhạt, không râu.
Ở thí nghiệm khác, dòng hoa đỏ thắm, thân nâu lai với dòng hoa màu nhạt, thân
sáng. F1đồng nhất đỏ thắm, thân nâu. F2 cho phân ly : 817 đỏ thắm, thân nâu: 296 màu nhạt, thân nâu : 300 đỏ thắm, thân sắng: 79 màu nhạt, thân sáng.
a) Hãy đƣa ra sơ đồ và phân tích các kết quả của hai thí nghiệm trên bằng xử lý thống kê để xác định phƣơng thức di truyền của các tính trạng nghiên cứu?
b) Xác định tần số trao đổi chéo ở chỗ có xảy ra?
Bài 6. Ở cà chua, hai gen lặn (đột biến) liên kết với nhau: e – lá phẳng, ít phân
thùy; di–dạng trục chùm hoa ngắn. Các alen trội tƣơng ứng là các kiểu dại: E – lá bình
hƣờng (phân thùy); Di –chùm hoa dài bình thƣờng. Tiến hành tổ hợp lai : 𝐷𝑖𝐷𝑖𝐸𝐸 𝑥 𝑑𝑖𝑑𝑖𝑒𝑒 → 𝐹1 𝐷𝑖𝐸
𝑑𝑖𝑒. Cho F1 tự thụ, ở F2thu đƣợc kết quả
sau: 1852 – phân thùy, dài; 279 –phẳng, dài; 260 –phân thùy, ngắn; 415 –phẳng, ngắn.
Xác định tần số trao đổi chéo?
6.2.2. Thiết lập bản đồ di truyền
6.2.2.1. Các bước thực hiện phân tích và thiết lập bản đồ di truyền
Trong phân tích và thiết lập bản đồ di truyền trƣờng hợp 3 gen thƣờng sử dụng phép lai phân tích để đánh giá. Các bƣớc lập bản đồ thực hiện nhƣ sau:
Bước 1.Xác định trật tự gen
Dựa vào nguyên tắc: Hai kiểu hình chiếm tỷ lệ lớn nhất đƣợc hình thành do các gen liên kết; hai kiểu hình chiếm tỷ lệ nhỏ nhất đƣợc tạo nên do các gen trao đổi chéo
kép (mục 2.2.2) dễ dàng xác định đƣợc trật tự gen. Có nghĩa là so sánh hai kiểu hình do trao đổi chéo kép tạo nên với hai kiểu hình do các gen liên kết, gen nào thay đổi vị trí thì gen đó nằm ở giữa.
Ví dụ: Một thể dị hợp tử về cả ba cặp gen lai phân tích (các gen cùng nằm trên 1
NST), thế hệ lai thu đƣợc các kiểu gen là: Abc và; aBC: 125; ABC và abc: 35; ABc và abC: 30; AbC và aBc: 10. Xác định trật tự các gen?
Hai kiểu hình Abc và aBC chiếm tỷ lệ cao nhất, đó là những kiểu hình đƣợc tạo ra do các gen liên kết (từ các NST không có trao đổi chéo). Do vậy bố mẹ sẽ có kiểu gen là Abc/aBC (lƣu ý rằng các chữ cái biểu hiện các gen này không biểu diễn trật tự gen mà chỉ cho thấy gen trội A liên kết với hai gen lặn b và c).
Hai kiểu hình AbC và aBc có tỷ lệ nhỏ nhất đƣợc tạo nên do trao đổi chéo kép. So
sánh với hai kiểu hình do các gen liên kết tạo thành (so sánh AbC với Abc; aBc với
aBC) cho thấy chúng giống kiểu gen của bố mẹ ở chỗ Ab và aB vẫn liên kết với nhau; còn gen C đã đƣợc trao đổi (thay đổi vị trí) để A và C cùng nằm trên một NST. Do vậy gen C phải nằm giữa.
Chứng minh kết luận này bằng cách vẽ sơ đồ trao đổi chéo kép:
Các giao tử do trao đổi chéo kép tạo thành sẽ là: ACb và acB.
Bước 2. Xác định tần số trao đổi chéo giữa các gen, bao gồm:
Trao đổi chéo kép xảy ra đồng thời tại hai điểm: Bằng số lƣợng kiểu hình do trao đổi chéo kép chia cho tổng số kiểu hình thu đƣợc.
Trao đổi chéo đơn giữa hai gen: bằng số lƣợng kiểu hình do trao đổi chéo đơn giữa hai gen chia cho tổng số kiểu hình thu đƣợc (Lưu ý: Khi tính trao đổi chéo đơn giữa hai điểm thì không cộng số kiểu hình do trao đổi chéo kép, vì số kiểu hình này liên quan đến trao đổi chéo kép).
Bước 3. Tính khoảng cách giữa các gen và vẽ bản đồ di truyền.
MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẦN SỐ CÁC GIAO TỬ, TRẬT TỰ SẮP XẾP VÀ KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC GEN TRÊN BẢN ĐỒ DI TRUYỀN
1. Phƣơng pháp xác định tần số các giao tử
1.1. Trƣờng hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thƣờng,
xảy ra liên kết hoàn toàn, giảm phân bình thƣờng cho 2 loại giao tử với tỷ lệ bằng nhau và bằng ½.
1.2. Trƣờng hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thƣờng, xảy ra trao đổi chéo đơn tại 1 điểm với tần số rf giảm phân bình thƣờng sẽ cho 4 loại giao tử, trong đó có 2 loại giao tử liên kết có tỉ lệ bằng nhau ½(1–rf), hai loại giao tử