V. TRAO ĐỔI CHÉO VÀ LẬP BẢN ĐỒ DI TRUYỀN 1 Trao đổi chéo
V.3. Bản đồ di truyền
Bản đồ di truyền của các gen trên NST là sự sắp xếp của các gen một cách tương đối trong nhóm liên kết. Việc thiết lập bản đồ di truyền cho phép nói trước tính chất di truyền của các tính trạng, mà các gen của chúng đã thiết lập được trên bản đồ. Trong công tác chọn giống, nhờ có bản dồ di truyền mà giảm nhẹ được việc chọn cặp giao phối một cách mò mẫm, mất nhiều thời gian. Nhờ có bản đồ di truyền mà các nhà chọn giống chủ động và rút ngắn được thời gian tạo giống mới theo mong muốn và chắc chắn.
Việc thiết lập bản đồ gen của các NST lần đầu tiên được áp dụng ở ruồi gấm, do Sturtevant đề xuất năm 1913. Theo ông, ta có thể dựa vào tần số tái tổ hợp của các gen thu được trong các phép lai phân tích để mô tả mối quan hệ vật lý của các gen trên một NST theo tật tự tuyến tính, gọi là bản đồ liên kết (linkage map) hay bản đồ di truyền (genetic map). Khoảng cách bản đồ giữa hai gen, ví dụ b và vg là 17% được coi là cách nhau 17 đơn vị bản đồ (map unit, viết tắt là m.u.); hay nói cách khác, một đơn vị bản đồ tương ứng 1% tái tổ hợp. Các nghiên cứu về sau cho thấy khoảng cách di truyền được đo bằng phương pháp thống kê nói chung là giống với các khoảng cách trên NST đo được về mặt tế bào học hay sinh hoá học. Có thể tóm tắt nguyên tắc chung của việc xây dựng bản đồ NST ở một loài nào đó theo Morgan như sau:
+ Xác lập số nhóm liên kết (số NST đơn bội) của loài. Điều này có thể tiến hành bằng cách thực hiện hàng loạt các phép lai để xác định các mối quan hệ trong số tất cả các gen được nghiên cứu, kết hợp với các nghiên cứu tế bào học (đếm số lượng NST).
+ Xác định thành phần gen của mỗi nhóm liên kết.
+ Xác định vị trí, trật tự và khoảng cách giữa các gen trên mỗi nhóm liên kết. Nguyên tắc chung là: Giữa các gen liên kết có tần số tái tổ hợp càng thấp chứng tỏ chúng nằm càng gần nhau; theo chuỗi suy luận đó ta có thể biết được vị trí của một gen khởi đầu và các gen kế tiếp theo chiều dọc của NST, và đặt gen khởi đầu nằm ở đầu mút của vai ngắn tương ứng với vị trí zero (0.0). Sau đó dùng phương pháp cộng dồn để biểu diễn vị trí và khoảng cách trên bản đồ của các gen kế tiếp so với gen đầu mút này. Khi đó ta có được bản đồ của một nhóm liên kết. Ta có thể hình dung nó như một đoạn thẳng nằm ngang có nhiều vạch chỉ ra trật tự thẳng hàng của các gen, mỗi vạch ứng với một gen cụ thể (phía trên vạch là ký hiệu và có thể cả tên đầy đủ của thể đột biến và phía dưới là vị trí trên bản đồ của gen so với gen khởi đầu,
được ghi bằng một con số cụ thể). Nếu ta dựng đứng bản đồ, ký hiệu các gen sẽ nằm về phía bên phải và khoảng cách bản đồ của các gen nằm phía bên trái.
Cần phải lưu ý rằng: Độ chính xác của bất kỳ bản đồ liên kết nào được thiết lập trước đây đều có thể thay đổi và ngày càng chính xác hơn; đó là do các phát hiện bổ sung những gen mới nằm trung gian giữa các gen đã được định vị cùng với các tần số tái tổ hợp của chúng. Riêng ở ruồi giấm, NST X được Morgan gán cho số I, kế đến là II, III, IV nhỏ dần về kích thước; hệ thống đánh số này đã thay đổi, song đối với ruồi giấm vẫn giữ nguyên như cách của Morgan, điều này nhằm mục đích biểu thị lòng tôn kính đối với Morgan, người đã sáng lập nên thuyết di truyền NST. Về sau, Morgan đã cải tiến cách lập bản đồ vốn có bằng phương pháp lai phân tích 3 điểm.
Bảng 6.3. Tần số tái tổ hợp của năm cặp gen liên kết X
Các gen Tần số tái tổ hợp
Thân vàng (y) - mắt trắng (w) Thân vàng (y) - mắt đỏ tươi (v) mắt trắng (w) - mắt đỏ tươi (v) mắt đỏ tươi (v) – cánh bé (m) mắt trắng (w) – cánh bé (m)
mắt trắng (w) – cánh không phát triển (r) mắt đỏ tươi (v) – cánh không phát triển (r)
214/21.736 = 0.010 1.464/4.551 = 0.322 471/1.584 = 0.297 17/573 = 0.030 2.062/6.116 = 0.337 406/898 = 0.452 109/405 = 0.269
Từ số liệu trên, Sturtevant đã xác định mối quan hệ vật lý của năm gen này và gợi ý rằng chúng xếp theo một đường thẳng. Cách làm như sau:
+ Hai gen y và w có tần số nhỏ nhất (ry-w = 1%) nền nằm sát gần nhau + rw-v = 29.7% < ry-v = 32.2 %, suy ra trật tự 3 gen này phải là y-w-v
+ gen nằm gần nhất với v là m (rv-m = 3%), mà rw-m = rw-v + rv-m, suy ra m nằm bên phải v.
+ rv-r = 26.9% < rw-r = 45.2% suy ra r phải nằm bên phải v và m. Vậy trật tự của 5 gen liên kết trên X là y-w-v-m-r.
Từ sự phân tích đó, Sturtevant xây dựng nên một bản đồ bắt đầu bằng y ở vị trí 0.0 về phía bên trái và sử dụng các tần số tái tổ hợp giữa các gen kề nhau để biểu thị vị trí của chúng trên bản đồ ứng với từng con số cụ thể. Theo đó, w ở vị trí 1.0; v ở vị trí 30.7 (= 1.0 + 29.7); m ở vị trí 33.7 (= 30.7 + 3.0) và r ở vị trí 57.6 (= 30.7 + 26.9).
So với bản đồ hiện nay, vị trí 5 gen trên bản đồ của Sturtevant có hơi khác một chút do có nhiều gen trung gian được phát hiện bổ sung (vị trí lần lượt là 0.0; 1.5; 33.0; 36.1; 54.5 và tâm động là 66.7)
Hình 6.11. Bản đồ Sturtevant về năm gen liên kết X