. Cấu trỳc di truyền quần thể
x AA: y Aa: z aa
3.2.3. Trạng thỏi cõn bằng quần thể và định luật Hacđ i Vanbec
* Vớ dụ về trạng thỏi cõn bằng của quần thể ngẫu phối:
- Xột một quần thể cú cấu trỳc DT ban đầu: 0,36AA + 0,48Aa + 0,16aa = 1 - Xột tần số tương đối của A, a và cấu trỳc di truyền qua cỏc thế hệ:
+Ở thế ban đầu Io: Gọi po, qo lần lượt là tần số của A, a
po 0,60 2 48 , 0 36 , 0 ; qo 0,40 2 48 , 0 16 , 0
+Ở thế hệ tiếp theo I1, cấu trỳc DT của I1là do sự tổ hợp ngẫu nhiờn của cỏc giao tử ♂ và♀ ở thế hệ Io
I1: (0,6A : 0,4A. (0,6A : 0,4A. = 0,36AA : 0,48Aa : 0,16aa = 1
p1 0,60 2 48 , 0 36 , 0 ; q1 0,40 2 48 , 0 16 , 0
+Sự ngẫu phối diễn ra liờn tiếp qua nhiều thế hệ thỡ tần số tương đối của cỏc alen khụng đổi, cấu trỳc di truyền của quần thể cũng khụng đổi và cú dạng:
0,36AA : 0,48Aa : 0,16aa (0,6)2AA + (20,60,4)AA + (0,4)2aa = 1 - Thay cỏc số trờn theo p và q ta cú: p2AA + 2pqAa + q2aa = 1
Vậy quần thể cú cấu trỳc di truyền như đẳng thức trờn được gọi là quần thể đang ở trạng thỏi cõn bằng di truyền.
* Định luật Hacdi- Vanbec
Nội dung Trong một quần thể lớn,ngẫu phối,nếu khụng cú cỏc yếu tố làm thay đổi tần số alen thỡ thành phần kiểu gen của quần thể sẽ được duy trỡ ổn định từ thế hệ này sang thế hệ khỏc,theo đẳng thức: p2AA + 2pqAa + q2aa = 1
Điều kiện nghiệm đỳng của định luật Hacdi- Vanbec
+Kớch thước quần thể thể lớn.
+Cỏc cỏ thể trong quần thể phải giao phối với nhau một cỏch ngẫu nhiờn.
+Cỏc cỏ thể cú kiểu gen khỏc nhau phải cú sức sống và khả năng sinh sản như nhau(Khụng cú tỏc động của CLTN).
+Khụng cú cỏc yếu tố làm thay đổi tần số tương đối của cỏc alen( ĐB, di nhập gen,..).
+Quần thể phải được cỏch li với cỏc quần thể khỏc(khụng cú sự di nhập gen giữa cỏc quần thể)
í nghĩa của định luật Hacdi- Vanbec
+Phản ỏnh trạng thỏi cõn bằng di truyền trong quần thể
+Giải thớch được sự duy trỡ ổn định của cỏc quần thể trong tự nhiờn qua thời gian dài.
+Là cơ sở để nghiờn cứu di truyền học quần thể.
í nghĩa thực tiễn: Cú thể xỏc định được tần số tương đối của alen, kiểu gen từ tỉ lệ kiểu hỡnh
24 BINH PHÁP SINH HỌC 12 CHUYấN ĐỀ IV: ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC TRONG CHỌN GIỐNG Túm tắt chung: Dựa trờn nguồn biến dị tổ hợp Chọn giống vật nuụi và cõy trồng:
Gõy Đột Biến Cụng nghệ Tế bào Cụng Nghệ Gen
DỰA TRấN NGUỒN BIẾN DỊ TỔ HỢP<LAI>
1.Chọn giống từ nguồn biến dị tổ hợp
* Quy trỡnh tạo giống thuần dựa trờn nguồn biến dị tổ hợp:
- Bước 1: Tạo cỏc dũng thuần chủng cú kiểu gen khỏc nhau
- Bước 2: Tiến hành lai giữa cỏc dũng thuần với nhau → để tạo ra cỏc tổ hợp gen khỏc nhau.
- Bước 3: Chọn lọc những tổ hợp gen mong muốn. Sau đú cho tự thụ phấn hoặc giao phối gần để tạo ra
cỏc dũng thuần chủng (giống thuần).
* Thành tựu:
Giống lỳa VX83 là kết quả của phộp lai giữa giống lỳa X1(NN75-10): năng suất cao, chống bệnh bạc lỏ, khụng khỏng rầy, chất lượng gạo trung bỡnh với giống lỳa CN2(IR 197446 – 11 – 33): năng suất
trung bỡnh, ngắn ngày, khỏng rầy, chất lượng gạo caoVX83: năng suất cao, ngắn ngày, khỏng rầy –
chống bệnh bạc lỏ, chất lượng gạo cao,…
* Lưu ý:
Cơ sở di truyền của phương phỏp tạo giống thuần dựa trờn nguồn biến dị tổ hợp:
Do sự phõn li độc lập và tổ hợp tự do của cỏc cặp gen nằm trờn cỏc NST khỏc nhau trong quỏ trỡnh sản
tạo ra cỏc tổ hợp gen mong muốnBDTH
Ưu điểm: Đơn giản dễ thực hiện, khụng đũi hỏi kỹ thuật cao. Cú thể dự đoỏn được kết quả dựa trờn cỏc
QL di truyền.
Nhược điểm:
- Mất nhiều thời gian và cụng sức để chọn lọc và đỏnh giỏ từng tổ hợp gen.
- Khú duy trỡ những tổ hợp gen ở trạng thỏi thuần chủng vỡ sự phõn li trong giảm phõn và quỏ trỡnh đột biến thường xuyờn xảy ra.
2.Tạo giống cú ưu thế lai cao
25 BINH PHÁP SINH HỌC 12
- Khỏi niệm: ƯTLlà hiện tượng con lai cú năng suất, phẩm chất, sức chống chịu, khả năng sinh trưởng và phỏt triển vượt trội so với cỏc dạng bố mẹ.
- Cơ sở của của hiện tượng ƯTL:
+Để giải thớch hiện tượng ƯTL người ta đưa ra giả thuyết siờu trội: ở trạng thỏi dị hợp tử về nhiều cặp
gen khỏc nhau con lai cú kiểu hỡnh vượt trội về nhiều mặt so với cỏc dạng bố mẹ thuần chủng .
+ƯTL thường biểu hiện cao nhất ở F1 sau đú giảm dần qua cỏc đời lai tiếp theo chỉ dựng F1 với mục đớch kinh tế, khụng dựng làm giống.
- Quy trỡnh tạo con lai cú ưu thế lai cao :
Lai khỏc dũng đơn hoặc lai khỏc dũng kộp:
Lai khỏc dũng đơn: dũng A dũng B con lai C cú ƯTL
Lai khỏc dũng kộp: dũng A dũng B con lai C dũng D dũng E con lai F - Lưu ý:
+Ưu điểm: Nhanh chúng chọn được dạng F1 cho ƯTL cao.
+Nhược điểm:
Tốn nhiều thời gian và cụng sức trong viếc xỏc định tổ hợp cho ƯTL.
UTL khú duy trỡ qua cỏc thế hệ
I.DỰA TRấN PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN
1. Khỏi niệm về tạo giống bằng phương phỏp gõy đột biến
Gõy đột biến là phương phỏp sử dụng cỏc tỏc nhõn vật lớ và húa học, nhằm làm thay đổi vật liệu di truyền của sinh vật để phục vụ cho lợi ớch con người.
2. Quy trỡnh tạo giống mới bằng phương phỏp gõy đột biến: gồm 3 bước
- Bước 1- Xử lớ mẫu vật bằng tỏc nhõn gõy đột biến thớch hợp.
- Bước 2- Chọn lọc cỏc thể đột biến cú kiểu hỡnh mong muốn.
- Bước 3- Tạo dũng thuần chủng từ thể đột biến cú kiểu giống mới.
3.Một số thành tựu tạo giống bằng gõy đột biến ở Việt Nam
- Xử lớ giống lỳa Mộc tuyền bằng tia gammagiống lỳa MT1: Chớn sớm, thấp cõy và cứng cõy, chịu phốn, chua, năng suất tăng 15 – 25%.
- Chọn lọc từ 12 dũng ĐB từ giống Ngụ M1 giống ngụ DT6 : ngắn ngày, năng suất cao, hàm lượng prụtờin tăng 1,5%.
- Xử lớ giống tỏo Gia Lộc bằng NMU(Nitrụzụ mờtyl urờ) Tạo giống “tỏo mỏ hồng’’: cho hai vụ quả/năm, khối lượng quả tăng cao và thơm hơn,...
- Xử lớ đột biến bằng cụnsixin đó tạo ra cỏc giống cõy trồng đa bội cú năng suất cao phẩm chất tốt như: dõu tằm, dương liễu, dưa hấu, nho,..
* Lưu ý:
- Ưu điểm:
+Nhanh chúng tạo được sự đa dạng của cỏc thể đột biến.
+Cú hiệu quả cao đối với Vi sinh vật. - Nhược điểm:
+Đũi hỏi trang thiết bị hiện đại, trỡnh độ kỹ thuật cao và sự bảo đảm an toàn, nghiờm ngặt đối với cỏc tỏc động xấu lờn mụi trường.
+Khú dự đoỏn kết quả do đột biến vụ hướng.
II.DỰA TRấN CễNG NGHỆ TẾ BÀO
1.Khỏi niệm về cụng nghệ tế bào:
- Cụng nghệ tế bào là quy trỡnh để tạo ra những tế bào cú kiểu nhõn mới, từ đú tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới, hoặc hỡnh thành cơ thể mới khụng bằng sinh sản hữu tớnh mà thụng qua sự phỏt triển của tế bào xụ ma nhằm nhõn nhanh cỏc giống vật nuụi, cõy trồng.
- Cụng nghệ tế bào gồm 2 cụng đoạn thiết yếu là: tỏch tế bào hoặc mụ từ cơ thể rồi mang nuụi cấy để tạo mụ sẹo, dựng hoocmon sinh trưởng kớch thớch mụ sẹo phõn húa thành cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh.
2.Tạo giống bằng cụng nghệ tế bào
Tạo giống thực vật
I
I
Con lai C Con lai F Con lai kộp G Dựng trong SX
26 BINH PHÁP SINH HỌC 12
Bao gồm cỏc phương phỏp: Nuụi cấy hạt phấn, nuụi cấy tế bào thực vật in vitrụ tạo mụ sẹo, chọn dũng tế bào xụma cú biến dị và dung hợp tế bào trần.
Vấn đề
phõn biệt Nuụi cấy hạt phấn
Nuụi cấy tế bào thực vật in vitrụ tạo mụ sẹo
Chọn dũng tế bào xụma cú biến dị
Lai tế bào sinh dưỡng
Nguồn nguyờn liệu
Hạt phấn (n) hay
noón chưa thụ tinh Tế bào (2n) Tế bào (2n)
Tế bào 2n của hai loài
Quy trỡnh tiến hành
-Nuụi cấy hạt phấn hay noón trong ống nghiệm → cõy đơn bội.
- Từ tế bào đơn bội nuụi trong ống nghiệm → mụ đơn bội → gõy lưỡng bội húa → cõy lưỡng bội hoàn chỉnh.
Nuụi trờn mụi trường nhõn tạo; tạo mụ sẹo; bổ sung hoocmụn kớch thớch sinh trưởng cho phỏt triển thành cõy trưởng thành.
Nuụi trờn mụi trường nhõn tạo; chọn lọc cỏc dũng tế bào cú đột biến gen và biến dị số lượng NST khỏc nhau.
Tạo tế bào trần, cho dung hợp hai khối nhõn và tế bào chất thành một, nuụi trong mụi trường nhõn tạo cho phỏt triển thành cõy lai. Cơ sở di truyền của phương phỏp Tạo dũng thuần lưỡng bội từ dũng đơn bội. Tạo dũng thuần lưỡng bội.
Dựa vào đột biến gen và biến dị số lượng NST tạo thể lệch bội khỏc nhau.
Lai xa, lai khỏc loài tạo thể song nhị bội, khụng thụng qua lai hữu tớnh, trỏnh hiện tượng bất thụ của con lai. í nghĩa -Chọn được cỏc dạng cõy cú cỏc đặc tớnh tốt. -Cỏc dũng nhận
được đều thuần chủng .
-Nhõn nhanh cỏc giống cõy trồng, vật nuụi.
-Giỳp bảo tồn nguồn gen của một số giống quý hiếm.
Tạo ra cỏc giống cõy trồng mới cú cỏc kiểu gen khỏc nhau của cựng một giống ban đầu.
Tạo ra cỏc giống mới mang đặc điểm của cả 2 loài mà hữu tớnh khú cú thể tạo ra được.
Tạo giống động vật:
Bao gồm cỏc phương phỏp: cấy truyền phụi, nhõn bản vụ tớnh bằng kỹ thuật chuyển nhõn
Vấn đề
phõn biệt Phương phỏp cấy truyền phụi
Phương phỏp nhõn bản vụ tớnh bằng kỹ thuật chuyển nhõn(Cừu Dolli)
Nguồn
nguyờn liệu Phụi ĐV Tế bào cho nhõn và tế bào nhận nhõn.
Quy trỡnh
-Tỏch phụi làm hai hay nhiều phầnmỗi phần sau đú phỏt triển thành một phụi.
+Cú thể phối hợp hai hay nhiều phụithể khảm.
+Làm biến đổi cỏc thành phần của phụi khi mới phỏt triển theo hướng cú lợi
-Cấy cỏc phụi vào tử cung của cỏc vật làm mẹsinh con.
-Tỏch TB tuyến vỳ của cỏ thể cho nhõn; tỏch TB trứng của cỏ thể khỏcloại bỏ nhõn.
-Chuyển nhõn của TB tuyến vỳTB trứng đó loại bỏ nhõn nuụi cấy trờn mụi trường nhõn tạophỏt triển thành phụi.
-Cấy phụi và tử cung của vật làm mẹsinh con.
Cơ sở di truyền của
phương phỏp
Nuụi cấy phụi: Phụi được tạo thành nhờ sự tham gia của tế bào sinh dục đực và cỏi.
Nuụi cấy phụi: Phụi được tạo thành nhờ sự phối hợp nhõn của tế bào sinh dưỡng của
vật cho nhõn với TBC của tế bào trứng của vật nhận.
í nghĩa -Giỳp nhõn nhanh cỏc giống vật nuụi cú đặc tớnh quý.
-Cải biến phẩm chất giống VN đỏp ứng
-Nhõn nhanh cỏc giống vật nuụi quý hiếm.
-Cho phộp tạo ra cỏc giống động vật mang gen người để ứng dụng trong lĩnh vực y
27 BINH PHÁP SINH HỌC 12
nhu cầu sản xuất. học. V.NHỜ CễNG NGHỆ GEN
1. Khỏi niệm cụng nghệ gen:
Cụng nhệ gen là một quy trỡnh cụng nghệ dựng để tạo ra những tế bào hoặc sinh vật cú gen bị biến đổi hoặc cú thờm gen mới, từ đú tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới.
Cụng nghệ gen được thực hiện phổ biến hiện nay là kỹ thuật chuyển gen (tạo ra phõn tử ADN tỏi tổ hợp để chuyển gen từ tế bào cho sang tế bào nhận).
2.Quy trỡnh chuyển gen
Bước 1: Tạo ADN tỏi tổ hợp
- Nguyờn liệu:
+Gen cần chuyển.
+Thể truyền(vec tơ chuyển gen): là một phõn tử ADN đặc biệt được sử dụng để đưa một gen từ tế bào này sang tế bào khỏc. Thể truyền cú thể là thực khuẩn thể (phagơ) hoặc plasmit( phõn tử ADN dạng vũng thường cú trong TBC của vi khuẩn).
+Enzim: Enzim cắt giới hạn (restrictaza) và enzim nối (ligaza). - Cỏch tiến hành:
+Tỏch chiết thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào.
+Dựng enzim cắt giới hạn (restrictaza) để tạo ra cựng một loại đầu dớnh.
+Dựng enzim ligaza để gắn gen cần chuyển vào thể truyền ADN tỏi tổ hợp.
Bước 2: Đưa ADN tỏi tổ hợp vào tế bào nhận
- Phương phỏp biến nạp: Dựng muối canxi clorua hoặc xung điện cao ỏp làm gión màng sinh chất của tế
bào để ADN tỏi tổ hợp dễ dàng đi qua.
- Phương phỏp tải nạp: dựng thể truyền là virut lõy nhiễm vi khuẩn mang gen cần chuyển xõm nhập vào
tế bào vật chủ. Khi đó xõm nhập vào tế bào vật chủ, ADN tỏi tổ hợp sẽ điều khiển tổng hợp loại prụtờin đặc thự đó được mó húa trong nú.
Bước 3:Phõn lập dũng tế bào chứa ADN tỏi tổ hợp
- Chọn thể truyền cú gen đỏnh dấu.
- Bằng cỏc kỹ thuật nhất định (vớ dụ sử dụng mẫu dũ đỏnh dấu phúng xạ) nhận biết được sản phẩm đỏnh dấu và nhõn dũng tế bào này để sản xuất ra sản phẩm mong muốn.
*Thành tựu ứng dụng cụng nghệ gen
Thành tựu nổi bật nhất trong ứng dụng cụng nghệ gen là khả năng cho tỏi tổ hợp thụng tin di truyền giữa cỏc loài đứng xa nhau trong bậc thang phõn loại mà lai hữu tớnh khụng thể thực hiện được.
Tạo giống động vật:
Bằng phương phỏp vi tiờm, cấy nhõn đó cú gen đó cải biến, sử dụng tế bào gốc,… tạo ra những
giống động vật mới cú năng suất và chất lượng cao và đặc biệt cú thể sản xuất ra cỏc loại thuốc chữa bệnh cho người:
- Chuyển gen prụtờin huyết thanh của người vào cừubiểu hiện ở tuyến sữacho sản phẩm với số lượng lớnchế biến thành thuốc chống u xơ nang và bệnh về đường hụ hấp ở người.
- Chuyển gen sản xuất r-prụtờin của ngườibiểu hiện ở tuyến sữacho sản phẩm với số lượng lớnsản xuất prụtờin C chữa bệnh mỏu vún cục gõy tắc mạch.
- Chuyển gen hoocmụn sinh trưởng của chuột cống vào chuột nhắtnờn nú cú khối lượng gần gấp đụi so với chuột cựng lứa.
Tạo giống thực vật
- Tạo giống bằng cụng nghệ gen mở ra nhiều ứng dụng mới cho trồng trọt: sản xuất cỏc chất bột, đường với năng suất cao, sản xuất cỏc loại prụtờin trị liệu, cỏc khỏng thể và chất dẻo. Thời gian tạo giống mới rỳt ngắn đỏng kể. - Đến nay đó cú hơn 1200 loại thực vật đó được chuyển gen. Trong số đú cú 290 giống cõy cải dầu, 133
giống khoai tõy và nhiều loại cõy trồng khỏc như cà chua, ngụ, lanh, đậu nành, bụng vải, củ cải đường. - Phương phỏp chuyển gen ở thực vật rất đa dạng: chuyển gen bằng plasmit, bằng virut, chuyển gen trực
tiếp qua ống phấn, kỹ thuật vi tiờm ở tế bào trần, dựng sỳng bắn gen. - Vớ dụ:
+Tạo ra giống cà chua chuyển gen kộo dài thời gian chớn, giống cà chua chuyển gen khỏng virut.
28 BINH PHÁP SINH HỌC 12
+Tạo ra giống lỳa chuyển gen tổng hợp - carụten.
+Chuyển gen trừ sõu từ vi khuẩnbụng vải giống mới khỏng sõu hại.
Tạo giống vi sinh vật
Ngày nay, đó tạo được cỏc chủng vi khuẩn cho sản phẩm mong muốn khụng cú trong tự nhiờn, bằng cỏch chuyển một hay một nhúm gen từ tế bào của người hay một đối tượng khỏc vào tế bào của vi khuẩn. Cỏc vi sinh vật như E.coli, nấm men bỏnh mỡ là những đối tượng đầu tiờn được sử dụng trong cụng nghệ gen để sản xuất một số loại prụtờin của người như insulin chữa bệnh tiểu đường, hoocmon tăng trưởng của