Áp dụng phương pháp làm tiêu bản thể nhiễm sắc trung kỳ (metaphase chromosome) nguyên phân của Baimai, tiến hành mổ lấy tế bào não bọ gậy (tuổi IV). Các bước cụ thểđược tiến hành như sau:
Xử lý bọ gậy trong dung dịch Colchicine (catologue number: Colchicine Sigma cat N0 C. 9754) với nồng độ 0,1% (trong 3 - 4 giờ) ở nhiệt độ phòng. Sau khi xử lý, bọ gậy được vớt ra, chuyển vào dung dịch Citrat - Natri 1%, qúa trình mổ lấy não được thực hiện bằng hai kim nhọn, nhỏ, các thao tác được thực hiện dưới kính hiển vị
Hình 2.7
Th nhi m s c k gi a nguyên phân c a b g y mu i
1. Con c; 2. Con cái - thu c Anopheles barbumbrosus; 3,4. con c; 5. Con cái - thu c Anopheles umbrosus; 6,7. Con c; 8,9. Con cái thu c
Anopheles letifer
Chuyển não (bao gồm hai khối nhỏ, màu trắng) sang dung dịch nhược trương (thời gian nhược trương tuỳ thuộc vào đối tượng).
Định hình não trong dung dịch Carnoy (ở một lam kính khác nhờ vào động tác chuyển não rất khéo léo từ dung dịch nhược trương sang dung dịch định hình).
Dùng pipet Pasteur bơm hút tế bào não (còn ở dạng hai khối nhỏ màu trắng) nhiều lần cho đến khi huyền dịch tế bào trở nên đồng nhất.
Cũng dùng những pipet trên nhỏ huyền dịch tế bào lên lam kính sạch, hơ nóng ở máy sấy với nhiệt độ 45oC (5 - 10 phút). Với thời gian như vậy đủ để tế bào bám dính vào lam kính còn axít axetic dư thừa sẽ tự bay hơị Như vậy, qúa trình làm tiêu bản thể nhiễm sắc đã được hoàn thành. Có thể áp dụng phương pháp nhuộm tiêu bản thể nhiễm sắc của muỗi như của ngườị
Hình 2.8
S hóa ki u nhân c a m t s loài Anopheles
2.5.4 Phương pháp nhận biết loài
Việc nhận biết loài đồng hình bằng biện pháp di truyền tế bào mà cơ sở là thể nhiễm sắc
đã được thể hiện rất rõ trong nhiều công trình 10 năm nghiên cứu về phức hợp An. dirus ở
Thái Lan. Phân tích đa hình thể nhiễm sắc mà cơ sở là đa hình các dị nhiễm sắc (heterochromatic polymorphism), tác giả đã phát hiện được nhiều dạng thể nhiễm sắc giới tính khác nhaụ Dựa vào dạng kết hợp của các giao tử (các hợp tử) được tìm thấy trong quần thể tự nhiên, tác giảđã chỉ ra các biến dị bên trong loài hay là sự khác biệt loàị
Quan điểm loài sinh học và định nghĩa loài của Mayr mà cơ chế cách ly sinh sản được xem như một tiêu chuẩn để xác định các cá thể thuộc cùng một loài hay thuộc về hai loài đã
được các tác giả quán triệt trong suốt qúa trình phân loạị Tuy nhiên, tác giả đã chỉ ra rằng việc áp dụng tiểu chuẩn đó một cách độc lập hay ở dạng kết hợp (với các chỉ tiêu sinh học khác) phải phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Trường hợp phổ biến có thể tóm tắt và được trình bày dưới đâỵ
Các cá thể muỗi (cùng vùng phân bố) có các dạng thể nhiễm sắc khác nhau X1 và X2 luôn luôn chỉ tồn tại ở dạng đồng hợp tử (X1X1) (X2X2) mà không bắt gặp các cá thểở dạng dị hợp tử (X1X2) (qúa trình giao phối không xảy ra) vì vậy chúng thuộc về hai loài khác nhaụ Về
phương diện di truyền học, hai loài này cùng tồn tại trong tự nhiên rất giống nhau về hình thái nhưng cách ly sinh sản với nhau bởi cơ chế tiền giao phốị
Nhưng, cũng các dạng đồng hợp tử trên (X1X1) (X2X2) được tìm thấy ở khác vùng phân bố (qúa trình giao phối không thể thực hiện được) nhưng như vậy không có nghĩa là chúng thuộc về hai loàị Trong trường hợp này phải kết hợp với các chỉ tiêu khác để kiểm tra kết quả. Mức độ hòa hợp di truyền thể hiện ở kết quả của phép lai ở phòng thí nghiệm sẽ cho ra
kết quả về sự tồn tại về cơ chế cách ly hậu giao phối đem lại độ chính xác cao hơn trong phân loạị
Còn trong trường hợp ngoài các dạng đồng hợp tử (X1X1) (X2X2) còn tìm thấy cả dạng dị
hợp tử (X1X2) trong cùng vùng phân bố thì chúng thuộc cùng một loàị Sự có mặt của dị hợp tử chứng tỏ qúa trình giao phối giữa hai loài đã xảy rạ Cơ chế giao phối ngẫu nhiên quyết
định sự kết hợp ngẫu nhiên của các giao tử. Vì vậy, tần số các hợp tử các đồng hợp tử (X1X1) (X2X2) và dị hợp tử (X1X2) phải phù hợp với định luật Castle - Hardy - Weinberg (1908) C - H - W:
p2X1X1 + 2pq X1X2 + q2X2X2
Ngoài các trường hợp đã được tác giả khái quát và nêu rõ ở trên, trong thực tế các trường hợp ngoại lệ cũng cần lưu ý như việc tìm thấy dạng dị hợp với tỷ lệ không đáng kể hoặc những khó khăn về kỹ thuật trong việc thực hiện phép lai ở phòng thí nghiệm đã không phản ánh được mức độ chính xác của kết quả phân loạị Trong những trường hợp như vậy, phải kết hợp với nhiều các chỉ tiêu khác.
Vấn đề thảo luận ở chương 2:
1. Vẽ sơđồ và trình bày cấu trúc phân tử của NST.
2. Giải thích mối tương quan giữa bộđơn bội, bộ lưỡng bội và bộđa bộị
3. Phân biệt NST thường và NST giới tính. Trình bày cơ sở NST của xác định giới tính. 4. Trình bày đặc điểm và vai trò của trung tiết và tiết mút.
5. Nêu và giải thích các thí nghiệm chứng minh cơ sở NST của di truyền.
6. Thực hành: làm kiểu nhân của muỗi Anopheles và của người (Homo sapiens).
7. Phân tích tiến hóa của các loài muỗi thuộc chi Anopheles trên cơ sở phân tích kiểu nhân.
Chương 3
Cơ sở tế bào của biến dị di truyền Mục tiêu:
Sau khi học xong chương này, học viên sẽ có khả năng: - Phân biệt được hiện tượng thường biến và biến dị di truyền.
- Trình bày được hiện tượng đột biến gen, đột biến thể nhiễm sắc và biến dị tái tổ hợp. - Trình bày đựơc các dạng đột biến gen và hậu quả của chúng. Cơ sở phân tử của đột biến gen.
- Trình bày được hiện tượng đột biến cấu trúc thể nhiễm sắc, mất đoạn, lặp đoạn, đảo
đoạn, chuyển đoạn, hậu quả.
- Mô tảđược bộ thể nhiễm sắc và đột biến số lượng thể nhiễm sắc. - Trình bày được khái niệm đa bội, lệch bội, hậu quả.
- Trình bày được nguyên nhân cơ bản của đột biến, các tác nhân gây đột biến.
3.1 Đặc tính biến dị của cơ thể
Cơ thể sống không chỉ có đặc tính di truyền tức là đặc tính thể hiện ở cơ thể con cái có tính trạng giống bố mẹ, nhưng đồng thời còn có các đặc tính biến dị thể hiện ở chỗ cơ thể con cái có nhiều tính trạng khác bố mẹ. Các nhà di truyền học phân biệt hai loại biến dị là thường biến (modification) và biến dị di truyền (genetic variation). Ta hãy xét xem hai loại biến dị
này sai khác nhau ở những điểm nàọ
8.1.1 Thường biến
Thường biến (modification) là các biến dị biểu hiện ra ở kiểu hình do tác động của điều kiện môi trường. Nó thể hiện mức phản ứng của kiểu gen đối với điều kiện môi trường. Thường biến không di truyền cho con cháụ
Ví dụ, cá bơn sống ở nền cát đen cơ thể có màu sẫm, khi chuyển sang sống ở nền cát trắng da chúng trở nên có màu sáng. Nếu chúng ta chuyển cá bơn có màu sáng sang sống ở
nền cát đen chúng trở nên sẫm hơn.
Ví dụ, cây rau mác sống ở nước thường có nhiều dạng lá khác nhau: lá trên không khí có hình mác, còn lá ở mặt nước có hình bản. Nếu chúng ta đem trồng cây rau mác ở môi trường cạn thì lá của chúng chỉ toàn là hình mác. Thường biến thường mang tính thích nghi với môi trường.
8.1.2 Biến dị di truyền
Biến dị di truyền (genetic variation) là các biến đổi trong kiểu gen có thểđược biểu hiện hoặc không ra kiểu hình. Nguyên nhân có thể do ngẫu nhiên hoặc do cơ chế tái tổ hợp trong hệ gen hoặc do tác động của các tác nhân gây đột biến lên ADN hoặc thể nhiễm sắc, như tác nhân hóa học, vật lý và virut.
Biến dị di truyền có thể xảy ra trong tế bào soma hoặc trong tế bào sinh dục. Nếu xảy ra trong tế bào soma sẽ gây biến dịđối với tế bào, mô và cơ thể (ví dụ gây ung thư). Nếu xảy ra trong tế bào sinh dục sẽ di truyền cho các thế hệ con cháụ
Các nhà di truyền học phân biệt ba dạng biến dị di truyền:
- Đột biến gen (gene mutation) hay là đột biến điểm là những biến đổi trong cấu trúc của phân tử ADN.
- Đột biến thể nhiễm sắc (chromosome aberration) là những biến đổi trong cấu trúc và số
lượng thể nhiễm sắc.
- Tái tổ hợp di truyền (genetic recombination) với nghĩa chính thống là những biến đổi trong ADN và thể nhiễm sắc gây ra do cơ chế hoán vị gen giữa hệ gen của bố và mẹ qua tiền kỳ phân bào giảm nhiễm I, do sự phân ly độc lập và tổ hợp tự do của hệ gen bố và mẹ (gen – alen) qua sự tạo giao tử và qua sự tạo hợp tử khi thụ tinh (xem phần trên).
Tuyệt đại đa số cơ thể sống đều sinh sản theo phương thức hữu tính nghĩa là có xảy ra biến dị tái tổ hợp qua mỗi thế hệ và vì lẽ rằng số lượng gen và số lượng thể nhiễm sắc của cơ
thể là rất lớn nên tần sốđột biến tái tổ hợp là rất lớn.
Nếu một cơ thể có số lượng gen là x, số thể nhiễm sắc đơn bội là n thì đột biến tái tổ hợp qua mỗi thế hệ có thể xảy ra với tần số 2x x 2n x2n. Vì vậy, đột biến tái tổ hợp là nguyên liệu chủ yếu của chọn lọc tự nhiên cho qúa trình tiến hóạ
Tái tổ hợp di truyền không chỉ xảy ra qua qúa trình sinh sản hữu tính mà sự tổ hợp lại các gen hoặc thể nhiễm sắc có thể xảy ra trong nội bộ một thể nhiễm sắc, hoặc trong nội bộ hệ
gen (được gọi là tái tổ hợp soma), hoặc giữa hai hệ gen thông qua hiện tượng biến nạp di truyền (genetic transformation) và tải nạp di truyền (genetic transduction). Cho nên các nhà di truyền học quan niệm hiện tượng tái tổ hợp di truyền là rất phổ biến.
8.2 Đột biến gen
Đột biến gen còn được gọi là đột biến điểm là những biến đổi trong cấu trúc của gen thể
hiện ở sự thay thế nucleotit này bằng một nucleotit khác, hoặc đảo vị trí sắp xếp của nucleotit, hoặc mất đi hoặc, thêm vào một hay một số nucleotit trong gen (hình 3.1).
Đột biến gen có thể xảy ra trong tất cả các gen của tất cả cơ thể sống. Đột biến gen cũng nhưđột biến thể nhiễm sắc dẫn đến hình thành các biến dị di truyền mới và từđó tạo cho cơ
thể có nhiều khả năng thích nghi với các biến đổi của môi trường.
8.2.1 Đột biến gen có thể là đột biến soma hay là đột biến mầm
Đột biến soma xảy ra trong các tế bào soma ở bất kỳ giai đoạn nào của qúa trình phát triển của cơ thể đa bàọ Hậu quả của đột biến gen soma và khả năng biểu hiện của chúng thành các tính trạng biến dị là tuỳ thuộc vào trạng thái trội, lặn của gen và phụ thuộc vào dạng tế bào mà gen biểu hiện, thời gian của chu kỳ tế bào cũng như chu kỳ sống của cơ thể. Đột biến mầm là các đột biến xảy ra trong dòng tế bào sinh dục là những tế bào có khả năng phân
bào giảm nhiễm để tạo nên các giao tử và thông qua giao tử các đột biến được di truyền cho thế hệ saụ
Hình 3.1
Các dạng đột biến gen và sản phẩm polipeptit của chúng; Ị gen ban đầu; IỊ Thay thế
nucleotit; IIỊ Đảo nucleotit; IV. Mất nucleotit; V. Thêm nucleotit
Đột biến soma gây nên các biến đổi kiểu hình thể hiện ở mức độ tế bào, mức độ mô hoặc cơ quan trong thế hệ một cá thể chứ không truyền cho thế hệ sau qua giao tử, ví dụ cam có lỗ
rốn (navel orange) mềm ngon và táo ngọt lịm (delicious apple) đều là những thểđột biến somạ Người ta phải sử dụng phương pháp sinh sản sinh dưỡng như ghép cành, chiết cành để nhân giống chúng.
Đối với động vật và con người các đột biến soma thường gây nên các hư hỏng ở mức độ
tế bào, mô hoặc cơ quan nào đó ví dụ như ung thư.
8.2.2 Đột biến gen là ngẫu nhiên hoặc cảm ứng
Đột biến gen ngẫu nhiên là đột biến gây nên bởi nguyên nhân chưa biết rõ, có thể là do sự
sai lệch trao đổi chất trong tế bào có thể là do tế bào không tự sửa chữa hết các sai sót xảy ra trước hoặc trong qúa trình tái bản mã.
Đột biến cảm ứng là những đột biến xảy ra do tác động của các tác nhân gây đột biến (mutagens) như các tác nhân vật lý, hóa học làm biến đổi cấu trúc phân tử của ADN.
Trong thực nghiệm người ta dễ dàng phân tích các dạng đột biến gen nhưng trong thực tế
thật khó phân biệt các đột biến ngẫu nhiên và đột biến cảm ứng. Các nhà di truyền học thường phân tích các đột biến và so sánh chúng ở mức độ quần thể. Nếu người ta cho xử lý quần thể
với một tác nhân gây đột biến nào đó mà tần sốđột biến tăng lên mức 99 trên 100 đột biến có mặt trong quần thể thì đột biến đó là đột biến cảm ứng. Các nhà nghiên cứu thường sử dụng thống kê sinh học để tính toán so sánh các tần sốđột biến cảm ứng với tần số đột biến ngẫu nhiên trong các quần thểđược tác động bởi các tác nhân gây đột biến với các quần thể không có tác động bởi tác nhân gây đột biến thử nghiệm.
Các đột biến ngẫu nhiên xuất hiện không thường xuyên, tuy nhiên tần suất của chúng có thể thay đổi từ gen này đến gen khác, từ cơ thể này đến cơ thể khác. Người ta đã tính toán
được tần số xuất hiện các đột biến ngẫu nhiên đối với các gen khác nhau là ở mức 10-7đến 10- 10đối với một cặp nucleotit và đối với một thế hệ. Nếu ta đem so sánh tần sốđột biến đối với một cặp nucleotit với một gen thì tần số đột biến ở mức 10-4 đến 10-7 (vì trung bình 1 gen chứa khoảng 1.000 đôi nucleotit). Do ở các cơ thể bậc cao số gen là rất lớn nên tần sốđột biến là ở mức đáng kể.
8.2.3 Đột biến là qúa trình ngẫu nhiên không có tính thích nghi
Chúng ta rất quen biết với hiện tượng nhờn thuốc của côn trùng có hại khi xử lý bởi các loại thuốc diệt sâu hoặc vi khuẩn gây bệnh khi xử lý bởi kháng sinh. Trong qúa trình tác động giữa cơ thể và thuốc đã xuất hiện cá thểđột biến có đặc tính kháng thuốc. Học thuyết tiến hóa cho chúng ta biết rằng tiến hóa là kết quả của đột biến và chọn lọc tự nhiên. Như vậy, bản chất của đột biến là gì? có phải đột biến là hoàn toàn ngẫu nhiên và môi trường là yếu tố duy trì các đột biến có sẵn? Hay là đột biến được định hướng bởi nhân tố môi trường? Nhiều nghiên cứu thực nghiệm và khảo sát trong tự nhiên tiến hành trên đối tượng vi khuẩn và cơ
thể đa bào đã chứng minh rằng đột biến di truyền luôn xảy ra trong quần thể và nhân tố môi trường đã chọn lọc các đột biến có sẵn và tính thích nghi kiểu hình là kết quả của chọn lọc tự
nhiên trên cơ sở các đột biến sẵn có trước đó và như vậy đột biến không hềđược định hướng và không mang sẵn tính thích nghị
Trong thí dụ về tính kháng thuốc của vi khuẩn các nhà di truyền với nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng bản thân vi khuẩn luôn luôn đột biến tạo thành nhiều chủng khác nhau, những chủng mới này không còn bị thuốc tác động do đó chúng mang tính “nhờn” thuốc. Tính kháng thuốc là do đột biến gây nên và các đột biến này xảy ra không hề mang tính đáp
ứng với thay đổi của môi trường mà chúng xảy ra một cách ngẫu nhiên. Các nhà di truyền học phân tửđã phát hiện được nhân tố kháng thuốc và chúng có bản chất là ADN.
Một sự kiện đáng quan tâm là trong hệ gen Người là tổ hợp cặp nucleotit bổ sung CG
được quan sát thấy ít hơn (so với các cặp bazơ bổ sung khác) và người ta nhận thấy là cặp