(2n = 14) Triticum monococcum (2n = 14) Triticum kiểu dại (2n = 14) Hình 3.24 Sự hình thành thểđa bội với hoa trái lớn hơn thể 2n bình thường. Quả của thểđa bội Quả bình thường bằng con đường dịđa bội. Â
Các thểđa bội thường lớn hơn các thể lưỡng bội họ hàng (ví dụ, cho hoa trái lớn hơn; Hình 3.24). Các thể tự đa bội có thể giảm phân bình
thường nếu như chúng chỉ tạo thành các thể lưỡng trị hoặc các thể tứ trị. Còn nếu như bốn nhiễm sắc thể tương đồng tạo thành một thể tam trị và một thể đơn trị, thì các giao tử nói chung sẽ có quá nhiều hoặc quá ít các nhiễm sắc thể.
2.1.2. Các thể dịđa bội (allopolyploids)
Hầu hết các thểđa bội trong tự nhiên đều là các thể dịđa bội, và chúng có thể cho ra một loài mới. Chẳng hạn, lúa mỳ Triticum aestivum là một dạng dị lục bội với 42 nhiễm sắc thể. Qua kiểm tra các loài hoang dại họ hàng cho thấy lúa mỳ này bắt nguồn từ ba dạng tổ tiên lưỡng bội khác nhau, mỗi dạng đóng góp hai bộ nhiễm sắc thể (ở đây ta ký hiệu AABBDD). Sự kết cặp chỉ xảy ra giữa các bộ nhiễm sắc thể tương đồng, vì vậy giảm phân là bình thường và cho ra các giao tử cân bằng có n = 21. Rõ ràng, hiện tượng dị đa bội đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hoá của lúa mỳ (xem Hình 3.25).
Năm 1928, nhà khoa học người Nga, G. Karpechenko đã tạo ra một thể dị tứ bội rất là đặc biệt; khi ông lai giữa cải bắp Brassica và cải củ
Raphanus sativus, cả hai đều có số nhiễm sắc thể lưỡng bội là 18. Ông muốn tạo ra con lai có lá của cây cải bắp và củ của cây cải củ. Sau khi thu được các hạt lai từ một cây lai nhân tạo, đem gieo trồng và phát hiện rằng chúng có 36 nhiễm sắc thể. Tuy nhiên, thay vì thu được các tính trạng như ông mong đợi, cây lai này có lá của cây cải củ và củ của cây cải bắp! Hình 3.26 cho thấy sự hình thành con lai giữa hai loài cải củ và cải bắp nói trên, được gọi là Raphanobrassica.
Bố mẹ
Thể song nhị bội hữu thụ Giao tử
Con lai F1 bất thụ
Hình 3.26 Sự tạo thành thể song nhị bội hữu thụ Raphanobrassica từ hai loài cải bắp Brassica và cải củ Raphanus đều có 2n = 18 (trái); và một kết quả cụ thể của con lai F1Raphanobrassica (theo W.P.Amstrong 2000).
Trong trường hợp nếu một hạt phấn đơn bội có bộ gene A thụ phấn cho hoa của loài có bộ gene B, sẽ cho ra một con lai bất thụ có thành phần bộ gene AB. Nếu như sau đó nguyên phân không xảy ra được trên một nhánh, có thể sinh ra các tế bào AABB. Nếu các tế bào này tự thụ phấn thì sẽ tạo ra một thể dịđa bội. Lợi dụng đặc điểm này, các nhà chọn giống sử dụng colchicine tác động lên con lai bất thụđể tạo ra các thể dịđa bội. 2.2. Hiện tượng lệch bội (aneuploidy)
Trong tự nhiên, thỉnh thoảng ta bắt gặp các cá thể có số lượng nhiễm sắc thể không phải là bội số của số nhiễm sắc thể đơn bội, do chúng bị thừa hoặc thiếu một hoặc vài nhiễm sắc thể cụ thể nào đó. Đó là các thể lệch bội hay thể dị bội (aneuploids). Giảm phân I ← Giảm phân II →
Hình 3.27 Sự không phân tách xảy ra trong giảm phân I (bên trái) và giảm phân II (bên phải) với các giao tửđược tạo ra.
Nguyên nhân của hiện tượng lệch bội là sự không phân tách
(nondisjunction) của hai nhiễm sắc thể tương đồng trong quá trình giảm phân hoặc nguyên phân. Sự không phân tách trong giảm phân tự nó được coi là kết quả của sự kết cặp không đúng cách của các nhiễm sắc thể tương đồng trong giảm phân sớm đến nỗi các tâm động không đối diện nhau trên mặt phẳng kỳ giữa, hoặc là không hình thành được hình chéo. Kết quả là cả hai nhiễm sắc thể cùng đi về một cực, làm cho một tế bào con thừa một nhiễm sắc thể và tế bào con kia không có nhiễm sắc thểđó. Khi các giao tử bất thường (n + 1) và (n − 1) này thụ tinh với các giao tử bình thường (n) sẽ sinh ra các hợp tử có bộ nhiễm sắc thể bất thường tương ứng: thừa một chiếc (2n + 1), gọi là thể ba (trisomy) và thiếu một chiếc (2n − 1), gọi là thể một (monosomy). Sự không phân tách phổ biến nhất là trong giảm phân I, nhưng cũng có thể xảy ra cả trong giảm phân II (hình 3.27). Các
kiểu tổ hợp nhiễm sắc thể khác như 2n + 2 (thể bốn: tetrasomy) hoặc 2n − 2 (thể không: nullisomy) cũng có thể xảy ra, nhưng ở đây ta không quan tâm. Sự không phân tách cũng có thể xảy ra trong nguyên phân gây ra các thể khảm về các tế bào bình thường và lệch bội.
Các thể ba được biết đến ở nhiều loài. Ở thực vật, ví dụđiển hình đó là một loạt các thể ba với những đặc tính kỳ lạ ở loài cà độc dược Datura stramonium được Alfred Blakeslee nghiên cứu vào khoảng năm 1920. Thực ra, người ta đã phát hiện được tất cả các thể ba về từng nhiễm sắc thể trong số 12 nhiễm sắc thể khác nhau ở loài này; và mỗi thể ba có một kiểu hình đặc trưng, thể hiện rõ nhất là ở vỏ quả. Điều đó chứng tỏ các nhiễm sắc thể khác nhau có các hiệu quả di truyền khác nhau lên tính trạng này (hình 3.28a). Các thể ba cũng được nghiên cứu ở nhiều loài cây trồng như ngô, lúa gạo và lúa mỳ nhằm xác định các nhiễm sắc thể mang các gene khác nhau. Ở hình 3.28b còn cho thấy hiệu quả di truyền của các thể khuyết nhiễm liên quan 7 nhiễm sắc thể khác nhau đối với kiểu bông ở ba giống lúa mỳ khác nhau (A, B và D).
(a) (b)
Hình 3.28 (a) Quả bình thường của cà độc dược Datura (trên cùng) và 12 kiểu thể ba khác nhau, mỗi kiểu có một vẻ ngoài và tên gọi khác nhau.
(b) Các thể khuyết nhiễm liên quan 7 nhiễm sắc thể khác nhau ở
ba bộ gen lúa mỳ (A, B và D) cho các hiệu quả di truyền khác nhau đối với kiểu hình bông so với dạng bình thường (hình cuối).
Ở người, việc phân tích các thành phần nhiễm sắc thể của các trường hợp sẩy thai tự phát cho thấy hầu như tất cả các thể một và nhiều thể ba đều là các dạng gây chết thai. Tuy nhiên, một số trường hợp vẫn được sinh ra với các hội chứng khác nhau. Phổ biến nhất là hội chứng Down, thể ba nhiễm sắc thể 21, với tần số 1/700 số trẻ sơ sinh và thường tỷ lệ với tuổi
tác người mẹ, đặc biệt là từđộ tuổi 35 trởđi (Hình 3.29). Hội chứng Down được mô tả cách đây chừng 160 năm, nói chung có các đặc trưng là trì độn và vẻ ngoài chung dễ thấy như: đầu to, trán vát, khe mắt xếch, lưỡi hay thè ra ..., thường tử vong ởđộ tuổi 10-40 và hiếm khi sinh sản.
Cơ sở nhiễm sắc thể của hội chứng Down được khám phá đầu tiên vào năm 1959. Kiểu nhân của những người này được cho thấy ở các hình 3.29c và 3.30a. Danh pháp hiện hành để chỉ cá thể có thể ba 21 là (47, +21), trong đó con số 47 chỉ toàn bộ số nhiễm sắc thể và +21 chỉ ra rằng có ba bản sao của nhiễm sắc thể 21. Trong số những người mắc hội chứng Down, chỉ có chừng 5% là kiểu nhân dị hợp về chuyển đoạn thuận nghịch nhưđã nói trước đây, và hầu hết (khoảng 95% trường hợp) là kết quả của sự không phân tách trong giảm phân. Một kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy đặc điểm karyotype của các trường hợp Down ở nước ta, như sau: 91% thể trisomy 21 thuần, 6% thể chuyển đoạn nhưđã nói ở trên và 3% là thể khảm (Nguyễn Văn Rực 2004).
(a) (b)
(c)
Hình 3.29 Hội chứng Down
(a) Một cháu bé mắc hội chứng Down (trái) với đặc điểm cấu tạo bàn tay. (b) Một đồ thị về nguy cơ mắc hội chứng Down tính trên 1.000 trẻ sơ sinh (trục tung) liên quan với các độ tuổi người mẹ (trục hoành). (c) Sự hình thành các trứng thừa và thiếu NST 21 (trái) và sự thụ tinh giữa trứng thừa NST 21 với tinh trùng bình thường tạo ra thể ba 21.
Các thể ba nhiễm sắc thể thường khác là rất hiếm, chủ yếu là bởi vì chúng không sống được khi còn là thai nhi. Ví dụ, hội chứng Patau, thể ba 13 (47, +13), có tần số sẩy thai là 1/33, tần số bắt gặp là 1/15.000 trẻ sơ sinh, và sống chưa đầy sáu tháng. Trường hợp khác là hội chứng Edward, thể ba 18 (47, + 18), tần số bắt gặp ở trẻ sơ sinh là 1/5.000 và sống không đến một năm.
(a) (b)
(c)
Hình 3.30 Kiểu nhân của một số thểđột biến lệch bội thường gặp.
(a) Kiểu nhân người nữ mắc hội chứng Down (47, XX, +21);(b) Kiểu nhân người mắc hội chứng Klinefelter (47, XXY). (c) Một trình bày đơn giản kiểu nhân của những người mắc hội chứng Turner và Kleinfelter.
Ngoài ra, sự không phân tách của các nhiễm sắc thể giới tính ở người gây ra một số kiểu nhiễm sắc thể bất thường phổ biến như: XO, XXX, XXY và XYY. Chẳng hạn, hội chứng Klinefelter XXY (hay 47, XXY) bắt gặp ở trẻ sơ sinh với tần số khoảng 1/2.000; đây là trường hợp của những người nam có các đặc điểm như vô sinh, thân hình cao không cân đối...
Kiểu nhân của cá thể mắc hội chứng Klinefelter được mô tảở hình 3.30b. Những người mắc hội chứng XYY (có thể gọi là "siêu nam"), xuất hiện với tần số khoảng 1/1.000 trong số các trẻ nam sơ sinh; những cá thể này không có vẻ gì là bệnh tật, sức sống và sinh sản bình thường. Các nghiên cứu xa hơn cho thấy dường như những người này có khuynh hướng phạm tội, có thể có tương quan tối thiểu với hành vi. Tần số các cá thể XYY bị ngồi tù cao đáng kể so với cộng đồng dân cư nói chung; tuy nhiên, chưa tới 5% tổng số các cá thể XYY là được giáo dục dạy dỗđàng hoàng. Hội chứng Turner XO (hay 45, X) xuất hiện ở trẻ sơ sinh với tần số chừng 1/5.000 và tần số sẩy thai khoảng 1/18; đây là trường hợp của những người nữ vô sinh, lùn không cân đối, cổ ngắn...Còn hội chứng "siêu nữ"
XXX (hay 47, XXX) bắt gặp ở trẻ sơ sinh với tần số khoảng 1/700; hầu như tất cả những người nữ mắc hội chứng này đều vô sinh.