CHUYÊN ĐỀ: LẬP BẢN ĐỒ DI TRUYỀN I. KHÁI QUÁT Lập bản đồ chỉ là một trong các ứng dụng của di truyền học NST. Bản đồ di truyền cho biết cho biết vị trí, khoảng cách tương đối hay chính xác của các gen trên NST. Bản đồ có bản đồ vật lí và bản đồ di truyền. Bản đồ vật lí cho biết vị trí của gen trên NST thông qua các đơn vị như bp, kbp. Bản đồ thu được thông qua các thao tác di truyền phân tử như enzim cắt giới hạn, điện di,… Bản đồ di truyền lại dùng các phép lai và có đơn vị là khoảng cách tương đối giữa các gen đã xét Trong kì thi học sinh giỏi quốc gia, ở vòng I trước tới nay chỉ có các bài lập bản đồ di truyền còn ở vòng hai có xuất hiện các bài lập bản đồ vật lí dưới dạng các bài điện di (sẽ được trình bày trong chuyên đề điện di) II. LẬP BẢN ĐỒ DI TRUYỀN a. Khái Khái niệm niệm tái tái ttổổ hợp hợp Khi các gen liên kết không hoàn toàn, xuất hiện các giao tử dạng mới không giống với bố mẹ, hiện tượng này gọi là hiện tượng tượng tái tổ hợp. Để đánh giá mức độ liên kết, nhóm Morgan nêu lên khái niệm tần số tái tổ hợp. Đó là tỉ lệ phần trăm số cá thể tái tổ hợp trên tổng số cá thể. Tần số tái tổ hợp cũng được dùng để lập bản đồ di truyền – đơn vị là cM ứng với 1% tái tổ hợp. b. b. Các Các khá kháii niệ niệm m cần cần ôn 1. Trao đổ đổi ch chéo 2. Mô hình hình Holi Holida day% y% 3. Cơ sở tế tế bào học của của tái tổ tổ hợp (Trang (Trang 116-117 116-117 sách sách của thầy thầy Phạm Phạm Thành Hổ) 4. Tần Tần số hình hình trao trao đổi đổi chéo chéo Bộ bốn là một cặp NST kép tương đồng bắt cặp với nhau. Mỗi bộ bốn có ít nhất một hình chéo, Bộ bốn càng dài càng nhiều hình chéo xuất hiện. Tần số hình chéo = 2 x tần số tái tổ hợp Bởi vì mỗi hình chéo xảy ra, trung bình chỉ có 50% sản phầm là tái tổ hợp ( giống câu hỏi tại sao tần số trao đổi chéo không lớn hơn 50% - câu hỏi trước đây vẫn giải thích là do chỉ có một trong hai NSTử chị em trao đổi chéo nên tần số là 50% nhưng bây giờ được giải thích bởi khoảng cách càng dài thì tần số các trao đổi chéo bậc cao xuất hiện càng nhiều nên làm giảm tần số tái tổ hợp) 5. Đa trao trao đổi chéo chéo (đượ (đượcc nhắc đến đến ở phần phần phân phân tích tích bộ bốn) bốn) 6. Nhiễu Người ta nhận xét rằng hình chéo ở một chỗ sẽ hạn chế tần số xuất hiện hình chéo ở gần nó. → Trong lập bản đồ di truyền ba điểm, tần số trao đổi chéo kép thực tế nhỏ hơn lí thuyết (tích của trao đổi chéo đơn) là do hiện tượng nhiễu. Người ta còn đưa ra hệ số trùng hợp : C = (tần số trao đổi chéo thu được)/(tần số trao đổi chéo lí thuyết) c. LẬP BẢN ĐỒ DI TRUYỀN Ở SINH VẬT NHÂN CHUẨN 1. Liên kết gen dễ dạng phát hiện ở F1 của phép lai phân tích
Do đồng hợp lặn chỉ sinh ra một loại giao tử lặn (không biểu hiện khi đứng cạnh alen trội tương ứng) nên dễ dàng đánh giá tần số các giảo tử tái tổ hợp thông qua kiểu hình ở đời con. Ví dụ: rất nhiều bài tập 2. Có thể phát hiện và lập bản đổ liên kết gen trong phép lai F1Xf1 Đây là dạng toán hay gặp và có rất nhiều í dụ. 3. Dùng phép lai phân tích ba điểm để xác định trật tự gen Đây là phương pháp sử dụng phép lai phân tích đối với cá thể dị hợp tử về ba cặp gen. Thông qua tỉ lệ các kiẻu hình thu được ở F1 cho biết thứ tự và khoảng cách giữa các gen. Các bước giải dạng bài tập này Xác định kiểu hình chiếm tỉ lệ cao nhất → biết các kỉểu giao tử liên kết Xác định kiểu hình chiếm tỉ lệ thấp nhất → là kết quả của trao đổi chéo kép nên cho biết gen nào ở giữa → cho biết thứ tự của gen. Xác định khoảng cách của gen ở hai bên đầu với gen ở giữa. Dùng định nghĩa tái tổ hợp, tính tần số tất cả các kiểu tái tổ hợp của hai gen đang xét. Xác định hệ số trùng hợp và hệ số nhiễu Ví dụ (Các ví dụ sau lấy từ Genetics – Practice problems and solutions của Joseph Chinici và David Mathes) Bài 1: Bảng sau liệt kê kiểu hình của một kiểu hình có tần số lớn nhất và một kiểu hình có tần số cao nhất trong bốn phép lai phân tích. Cho biết kiểu di truyền của cá thể dị hợp tử. Phép lai phân tích Kiểu hình nhiều nhât Kiểu hình ít nhất a I rLE RLE b II RsQ rSQ c III Fma MaF d IV pXn xPn Bài 2: Ở Drosophila, ba locú ở trên NST thứ ba được xác định là đột biến p( mắt hông), Pr (lông có gai ?) và Cu (cánh cong). Ruồi cái dị hợp tư về ba đột biến trên được lai phân tích. Cho kết quả: Mắt Cánh Lông Số cá thể Bình thường Bt Bt 2 Hồng Bt Bt 195 Bt Bt Có gai 17 Bt Cong Bt 796 Hồng Cong Bt 18 Hồng Bt Có gai 784 Bt Cong Có gai 185 Hồng cong Có gai 3 a. Cho biết kiểu hình của cá thể đực (CHÚ Ý QUI ƯỚC viết thường là lặn VIẾT HOA là trội so với kiểu dại) b. Gen nào ở giữa c. Lập bản đồ di truyền d. Xác định hệ số trùng hợp e. Xác định hệ só nhiễu
B ài giải: a. Con đực có mắt hồng, nhưng cánh và lông bình thừơng b. Dựa vào lớp kiểu hình nhiều nhất và ít nhất xác định locus Cu nằm giũa. c. Ta tính như sau: Tần số lớp giao tử không tái tổ hợp: 79% Trao đổi chéo đơn ở giữa p và Cu là 1.75% Thao đổi chéo đơn ở giữa Cu và Pr là 19% Trao đổi chéo kép là 0.25% d p-Cu = 1.75 + 0.25 d Pr –Cu = 19.25 + 0.25 Hay chỉ trình bày đơn giản đúng định nghĩa của Morgan: d p – Cu = (17+18+3+2)/total d Pr – Cu = (185+ 195+3+2)/total d. Tính theo công thức: trao đổi chéo kép thực tế / tích trao đổi chéo đơn e. I = 1 –C Bài 3: Ở ruồi giấm, bản đồ của ba gen lặn liên kết với nhiễm sắc thể giới tính X là ,v (vermilion eyes), s (sable body), sd (scalloped wings) v (33.3), s (43), sd(51.5) ( các số là vị trí tương đối trên NST) Con cái có kiểu hình vermilion, sable với con đực có có kiểu hình scalloped, và con cái F1 dị hợp tử được đem lai phân tích. Gỉa sử không có nhiễu, nếu có 1000 con con từ phép lai phân tích, bao nhiêu con sẽ có kiểu hình như sau: a. vermilions eyes, tất cả còn lại bình thường b. Scalloped eyers, tất cả còn lại bình thường c. Kiểu dại d. Sable body color, tất cả còn lại bình thường e. Tính toán lại với hệ số nhiễu là 0.7 Kết quả: a. 42 b. 4118 c. 382 d. 458 e. Kết quả a. 13 b. 4088 c. 412 d. 487 Bài 4: Ba cặp gen Aa, Bb, Cc qui định chiều cao của cây theo kiểu cứ một gen trội thì làm tăng 2cm trên chiều cao cơ bản 2cm(các gen đều lặn). d A –B = 9mu và d B – C = 10mu. Nếu một cá thể dị hợp cả ba gen theo kiểu đồng lai phân phân tích.Cho biết chiều cao ở đời con. Bài 5: Không thể biết được các gen có liên kết hay không cho đến khi thực hiện các phép lia sau PL1 PL2 PL3 P aaBBDD X AAbbdd bbEEGG x BBeegg ddGGHH X DDgghh F1 AaBbDd BbEeGg DdGgHh
F2
ABD:124 BEG:73 DGH:4 abd:120 beg: 77 dgh: 6 ABd: 122 BEg: 76 DGh: 75 abD: 126 beG:74 dgH: 65 Abd: 128 Beg: 176 Dgh: 401 aBD: 130 bEG: 174 dGH: 389 AbD:127 BeG: 179 DgH:35 aBd: 123 bEg: 171 dGh: 25 Tổng 1000 1000 1000 a. Gen nào liên kết ( dựa vào các số liệu đặc trưng để nhận xét) b. Có mấy nhóm gen liên kết c. Vẽ bản đồ di truyền Thực ra lập bản đồ ở sinh vật nhân chuẩn còn nhiều phương pháp đặc trưng khác sẽ được trình bày ở phần tiếp theo. d. LẬP BẢN ĐỒ DI TRUYỀN BẰNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC I. DÙNG TRAO ĐỔI CHÉO NGUYÊN PHÂN ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA GEN. 1. Quan sát hiện tượng Các ruồi giấm cái dị hợp tử về các đột biến lặn liên kết X là y(lông vàng), f (lông xẻ), sn (lông xám). Ta nhận thấy, ở ruồi cái dị hợp tử đồng y-sn/++ ở một số vùng cơ thể biểu hiện cả hai đột biến (y-sn/y-sn). Ở ruồi cái dị hợp tử đối y-+/+-sn ở một số vùng cơ thể có hai mô đột biến từng tính trạng nằm liền kề nhau. 2. Kết luận Có hiện tượng trao đổi chéo giữa NST tương đồng trong quá trình nguyên phân. Còn một điều chưa tường minh là hai nhiễm sắc tử chị em sau khi trao đổi chéo có phân li cùng nhau được hay không? - Nếu không bắt buộc: số lượng thể đột biến quan sát được chỉ bằng một nửa so với số trao đổi chéo thực sự xảy ra - Nếu bắt buộc: số lượng thể đột biến quan sát được bằng số trao đổi chéo thực sự xảy ra. 3. Ứng dụng trao đổi chéo nguyên phân để xác định vị trí của gen. Trao đổi chéo nguyên phân sẽ sinh ra các tế bào là đồng hợp tử về tất cả các gen từ vị trí trao đổi chéo đến đầu mút của NST. Tần số các dòng tế bào soma phản ánh tần số trao đổi chéo nguyên phân và có thể dùng để lập bản đồ NST - Bản đồ nguyên phân . Khoảng cách giữa hai gen được tính bằng tần số trao đổi chéo giữa hai gen tạo ra. Bài I: Ở một thể dị hợp tử về 5 locus abcde, người ta phát hiện được 300 dòng tế bào soma với số lượng như sau:
Kiểu hình cácd dòng abcde bcde cde de e Tổng số
Số lượng 100 60 75 40 25 300
Gợi ý giải: - Bất kì dòng nào đồng hợp tử về a đều đồng hợp tử về b, c, d, e. Nhưng đồng hợp tử về b chưa chắc đã đồng hợp tử về a a gần tâm động nhất Thứ tự các gen là a, b, c, d, e - Ví dụ: RF(a-tâm động) = 100/300x100=33.3 m.u - RF(b-tâm động)=160/300x100=53.3 m.u - RF(b-a)=60/300x100=20 m.u Một số lưu ý quan trọng: - Tổng khoảng cách của bản đồ luôn là 100 Không cộng các kết quả liên tiếp với nhau được - Ở ví dụ trên ta xem xét trường hợp liên kết đều (cùng nằm trên 1 NST) nhưng nếu là liên kết đối thì sẽ tạo thành tế bào sinh đôi. (Ví dụ: a+c+/+b+d: Trao đổi chéo giữa a và tâm động tạo ra 2 dòng sinh đôi là ac và bd, giữa a và b tạo ra c và bd v.v…) - So sánh bản đồ nguyên phân và giảm phân có các đặc điểm khác biệt sau : o Trật tự các locus giống nhau nhưng khoảng cách thì khác nhau nhiều o Trao đổi chéo nguyên phân xảy ra chủ yếu ở vùng dị nhiễm sắc trong khi đó trao đổi chéo giảm phân chủ yếu xẩy ra ở vùng nguyên nhiễm sắc (ở tế bào sinh tinh). - Tần số trao đổi chéo nguyên phân thấp hơn rất nhiều so với trao đổi chéo giảm phân (=1/1000) tuy nhiên có thể tăng tần số lên nếu chiếu xạ. - Trao đổi chéo nguyên phân là phương tiện quan trọng để lập bản đồ gen cho nhiều loài nấm không có chu kì hữu tính. Ví dụ: Aspegilus thường là đơn bội nhưng đôi khi các sợi nấm kết hợp để tạo thành tế bào dị nhân và tiến hành nguyên phân Hình thành các vùng đồng hợp tử trên sợi nấm lưỡng bội. Bài II: ( © Bảo Anh) Trong một phép lai giữa hai cá thể Aspergilus tạo thành một thể dị nhân dị hợp tử về 5 locus a-b-c-d-e, thu được tần số các dòng đồng hợp tử như sau: Dòng tế bào a-c-e b-d c-e d
Số lượng 120 140 60 80
E Tổng số: -
-
50 450
Gợi ý giải: Dị hợp tử về 5 cặp gen nhưng lại thể hiện các dòng tế bào kiểu hình lặn Trao đổi chéo trong nguyên phân. Các dòng tế bào song song tương ứng với nhau là: ace-bd (x), bd-ce (y), ce-d(z), e-d (m), e(n). Ta có ace = x, bd= x+y, ce = y+z, d =z + m, e =m+n Ta có thể có bảng như sau: Dòng tế bào Số lượng ace + bd 120x2 ce +bd 20x2 ce + d 40x2 e+d 40x2 e 10 Tổng số 450
Ta có thể coi mỗi dòng tế bào sinh đôi trên tương tự như một dòng tế bào đồng hợp trong ví dụ I. II. LAI TẾ BÀO SOMA ĐỂ LẬP BẢN ĐỒ GEN NGƯỜI Phương pháp này áp dụng cho người bời vì: - Không thể thực hiện phương pháp lai đối với người - Phương pháp phả hệ cho kết quả rất hạn chế về số lượng gen và mối tương tác giữa các gen và cho kết quả phân tích rất lâu và độ chính xác kém 1. Cơ sở khoa học Hai tế bào khác loài có thể được lai với nhau để tạo thành tế bào lai. Qúa trình này rất hiếm xảy ra một cách ngẫu nhiên (tần số khoảng 1/106) nhưng có thể thúc đẩy nhờ sử dụng virus Sendai (thúc đẩy hai tế bào kết hợp với nhau) hay ethylene glicol (thay đổi tính chất màng tế bào giúp dễ kết hợp với nhau hơn) Tế bào lai có thể có hai nhân độc lập với nhau được gọi là Tế bào dị nhân hay kết hợp với nhau tạo thành tế bào đồng nhân. Tế bào chất cũng xảy ra quá trình tương tự. Trong quá trình chọn lọc tiếp theo một số NST sẽ bị loại bỏ một cách chọn lọc hay ngẫu nhiên tạo thành một quần thể các tế bào có số lượng NST đa dạng. Qúa trình trên xảy ra tương tự ở phép lai tế bào người và chuột. Tế bào lai sau một thời gian có xu hướng giữ lại NST chuột và loại bỏ NST người. Phân tích sản phẩm và dựa vào sự hiện diện hay vắng mặt của NST để kết luận vị trí của gen. Bài III (©Joseph Chinici & David Matthes) 4 dòng tế bào lai chuột - người được nêu trong bảng dưới đây với NST người có trong mỗi tế bào. Mỗi dòng tế bào được thử để phát hiện 5 loại enzim của người. Có (+) không có (-). Xác định NST chịu trách nhiệm với từng enzim. Hoạt tính enzim Dòng NST người hiện diện A B C D E 1 5, 17, 21 + - + 2 2, 5 - + - 3 2, 20, 17 + + - + +
4
4, 5, 20
-
-
+
+
-
Bài IV(Joseph and David): Cả tế bào chuột và người đều tỏng hợp nên một loại enzim. Tuy nhiên, enzim của mỗi loài phân tách khác nhau khi điện di: Kết quả điện di ở 3 dòng tế bào lai được trình bày trong bảng sau (-)Không có, (+) có Băng điện di Dòng tế bào NST người hiện diện Băng điện di “nhẹ” “nặng” 1 2, 4, 8, 21 + 2 2, 6, 8, 9, 18 + 3 2, 6, 17, 21 + Hỏi NST người tổng hợp nên enzim là NST nào? III. LẬP BẢN ĐỒ NHỜ CÁC ĐỘT BIẾN MẤT ĐOẠN Có thể xác định xem gen có nằm trong vùng bị mất hay không nhờ vào hiện tượng bổ sung đoạn khuyết . Một cá thể dị hợp tử có một trong các NST tương đồng mang các alen lặn và NST kia mang mất đoạn sẽ có hai khả năng xảy ra: 1. Cá thể có kiểu hình đột biến Alen dại nằm trên vùng mất đoạn. 2. Cá thể có kiểu hìnhbình thường nhiễm sắc thể mang mất đoạn bổ trợ với alen đột biến Gen kiểu dại không nằm ở vùng mất đoạn. Điểm quan trọng nhất là có thể phân xác định vị trí mất đoạn bằng phương pháp tế bào học. Nghiên cứu hiện tượng bổ trợ của một alen với nhiều mất đoạn ta có thể xác định được vị trí của alen đó. Cơ sở phân tích khi dùng hiệnt tượng bổ trợ với NST mất đoạn là hiện tượng giả trội . Alen lặn nằm trong vùng mất đoạn sẽ được biểu hiện như một tính trạng trội (Khi lai hai dòng đồng hợp với nhau) Lưy ý khi giải bài tập - Dựa vào các hiện tượng giả trội để thu hẹp phạm vi phân tích - Quan sát cả những trường hợp bình thường để xác định các mất đoạn không liên quan. Bài V (Joseph & David Mathes): Ở ruồi giấm, con đực với kiểu gen đồng hợp lặn rrssttuu được lai với con cái từ dòng đồng hợp trội với kiểu gen các alen dại tương ứng. Kết quả thu được một nửa dạng hoang dại và một nửa thể hiện tính trạng lặn đối với s và t. Các gen trên liên kết trên NST số hai theo trật tự r-s-t-u. Giải thích kết quả? Nhận xét: - Kết quả trên đang lẽ phải là 100% kiểu dại nhưng lai xuất hiện kiểu hình lặn s và t trong khi các gen này liên kết trên NST thường Có hiện tuợng mất đoạn ở con cái - S-T nằm ở giữa vị trí mất đoạn. - Kiểu gen con cái R-S-T-U/RU. - Kiểu gen đời con R-S-T-U/r-s-t-u (kiểu hình hoang dại) và R-U/ r-s-t-u (kiểu hình lặn với s-t) Bài VI (Joseph & David Mathes): Một số gen liên kết gần ở ruồi quả được định vị ở NST khổng lồ ở các băng được đánh số từ 1-14. Một ruồi đực (QQRRSSTT) được
chiếu xạ và đem lai với một con cái đồng hợp tử lặn. Các dòng tế bào giả trội được ghi nhận và các vùng NST bị mất do chiếu xạ được ghi nhận trong bảng dưới đây: Nhóm quan sát 1 2 3 4 5 6 7 8
Kiều hình giả trội qRST QRsT QRST QRsT QrsT QRSt qrST QRSt
Các băng NST thể bị mất 1-2 6-9 11-14 4-8 3-7 10-14 1-5 8-14
Xác định chính xác băng NST mà các gen Q R S T định vị? Nhận xét: - Bước 1: Ta xem các trường hợp giả trội Giới hạn phạm vi có thể của locus gen - Bước 2: So sánh với các mất đoạn trùng lặp đoạn nào vẫn thể hiện kiểu hình dại thì loại bỏ băng đó ra - Bước 3: Kết luận: q (1-2), R (3), S (6-7) và T (10) Bài VII (Joseph & David Mathes): Một vùng của nhiễm sắc thể khổng lồ có 13 băng NST. Một cuộc nghiên cứu đã phát hiện 5 mất đoạn khác nhau và 6 lặp đoạn khác nhau. Lai cái có một trong các lặp mất đoạn trên với đực đồng hợp tử các gen lặn aabbccddeeff thu được các dữ liệu được trình bày trong bảng I. Đo số lượng enzim sinh ra bởi gen G ở cái dị hợp tử về một trong các lặp đoạn trên với một NST bình thường thu được dữ liệu được trình bày ở bảng II. Cho biết số lượng đơn vị enzim ở một cá thể đồng hợp bình thường là 100. Xác định vị trí chính xác của 7 locus ứng với các băng trên NST. Mất đoạn I II III IV V Lặp đoạn VI VII VIII IX X XI
Băng NST bị mất 1-3 2-3 2-4 3-5 4-6 Băng lặp đoạn 7-10 8-13 9-10 9-11 9-13 10-13
Kiểu hình của cái dị hợp tử a b c D E F a B c D E F a B c D e F A B c D e F A B C D e f Lượng enzim G sản xuất bởi con cái dị hợp tử về lặp đoạn 143 đơn vị 152 đơn vị 160 đơn vị 148 đơn vị 155 đơn vị 98 đơn vị
IV. LẬP BẢN ĐỒ CẤU TRÚC TINH VI CỦA GEN Gen có thể bị phân nhỏ về đơn vị đột biến và tái tổ hợp Trao đổi chéo có thể xảy ra ở giữa các gen hay ngay ở trong gen. Một locus có thể có chứa một vài đơn vị chức năng di truyền có thể bị đột biến độc lập nhau. Trao đổi chéo trong gen là cơ sở để hình thành bẩn đồ tinh vi của gen. 1. Quan sát hiện tượng Ở loài ruồi giấm, khi nghiên cứu mắt thoi lz (mắt thoi) trên NST X của Drosophila melanogaster. Các đột biến ở gen này đều cho những kiểu hình rối loạn trong sự sắp xếp của các mắt đơn và suy giảm sắc tố đỏ và đều có kiểu hình giống nhau. Lai hai dòng, ruồi cái ls và ruồi đực lg cho ra con cái lg/ls có kiểu hình đột biến. Tất cả đều có kiểu hình mắt thoi giống nhau Thuộc cùng một locus. Khi lai ruồi cái trên với ruồi đực lz thì thu được khoảng 0.2% ruồi kiểu dại Trao đổi chéo bên trong một locus. Để làm sáng tỏ thêm là do trao đổi chéo trong một locus người ta dùng thêm locus sn liền kề để chứng minh có sự trao đổi chéo bên trong một gen. Từ tần số tái tổ hợp có thể tính đươc khoảng cách giữa các alen trong một locus. 2. Xác định cistron – đơn vị chức năng của gen bằng lập bản đồ bổ trợ Trước đây, người ta quan niệm một locus chỉ có một đơn vị di truyền nhưng sau này người ta phát hiện một số alen thuộc cùng một locus có khả năng bổ trợ cho nhau một locus có thể có nhiều đơn vị chức năng di truyền. Các đột biến trên cùng một locus không bổ trợ cho nhau được gọi là 1 Cistron. Mỗi cistron xác định một chức năng di truyền. Các đột biến thuộc cùng một cistron cùng thay đổi một chức năng nên không bổ trợ cho nhau được, còn đột biến có thể bổ trợ nhau nằm trên những cistron khác nhau làm thay đổi các chức năng di truyền khác nhau. Một locus chỉ có một cistron được gọi là một locus đơn giản còn có nhiều cistron được gọi là locus phức tạp. Bài IX: Nếu mối quan hệ giữa locus, cistron, gen? Theo nguồn thông tin của thầy Phạm Thành Hổ: Khái niệm locus được đưa ra để chị vị trí của gen trên NST là vị trí của tất cả các alen của dãy đa alen. Gen là một đoạn của DNA tổng hợp nên các sản phẩm sinh học phục vụ cho hình thành cấu trúc hay hoạt động chức năng của tế bào. Đơn vị chức năng cở bản nhất là cistron. Nhưng cistron mang tính lịch sử và thực chất là gen. (Nếu áp dụng khái niệm locus là vị trí của gen thì locus ban đầu bị phân nhỏ tương ứng mới mỗi cistron). Tuy nhiên trong sách của thầy Đỗ Lê Thăng một locus vẫn có thể chứa nhiều gen. Bài VIII: (Thầy Đỗ Lê Thăng) Người ta phát hiện 10 đột biến khuyết dưỡng arginin ở nấm men và các đột biến đó đều thuộc cùng một locus. Người ta tiến hành lai giữa các dòng nấm men đơn bội thu được ma trận bổ trợ như sau: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
+ 0
+ + 0
+ + + 0
+ R + + 0
+ + + R + 0
+ R + + R + 0
R R + + R + 0 0
+ R 0 R 0 R R R 0
+ + R 0 + R + + 0 0
(0: không bổ trợ, R: có sự tái tổ hợp, +: có hiện tượng bổ trợ) Lập bản đồ thể hiện thứ tự của 10 đột biến. Gợi ý: - Khi tiến hành lai giữa các chủng đơn bội ta có 3 khả năng xảy ra: Có hiện tượng bổ trợ: không cùng một cistron (hay gen theo quan điểm o gen= cistron hay một locus nếu theo quan điểm locus=gen=cistron (tuy nhiên trong trường hợ này giả thiết cho là cùng một cistron) Xuất hiện khuẩn lạc bình thường trên đĩa nuôi cấy. Không có hiện tượng bổ trợ, nhưng qua quá trình giảm phân xuất hiện thể o tái tổ hợp nên có một vài khuẩn lạc trên đĩa nuôi cấy. (Tần số thấp bởi tương đương với sự tái tổ hợp trong cùng một gen). o Khi không có hiện tượng bổ trợ lại có hai khả năng nhỏ xảy ra: hai đột biến thuộc cùng một cistron nhưng do số lượng không đủ lớn nên không phát hiện được hiện tượng tái tổ hợp. Thứ hai là đột biến mất đoạn làm không có hiện tượng bổ trợ hay tái tổ hợp. Không có khuẩn lạc nào được phát hiện. - Đột biến không bổ trợ đồng thời với hai cistron thì khả năng nhiều nhất đó là đột biến mất đoạn. - Dựa vào kết quả bổ trợ không cho ta biết chính xác thứ tự của các cistron (gen) - Đột biến mất đoạn không bổ trợi đồng thời với hai cistron chứng tỏ hai cistron đó phải ở kề nhau. - Đột biến mà không tái tổ hợp được vớí mất đoạn thì chứng tỏ đột biến nằm trên vùng mất đoạn Bản đồ theo thứ tự chính xác nếu kết quả được cung cấp một cách đầy đủ: (1)-(725)(3)-(46). Bài IX: (Bảo Anh) Người ta thu được 10 đột biến liên quan đến tính trạng mắt trắng ở ruồi. Thực hiện phép lai giữa các dòng đột biến với nhau. Sau đó lấy con lai đem lai phân tích thu được bảng dữ liệu về kết quả bổ trợ như sau và tái tổ hợp như sau: 1
1 0
2 +
3 +
4 0
5 +
6 +
7 0
8 +
9 +
10 +
2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
+ 0
+ + 0
R + + 0
+ R + + 0
+ R 0 + 0 0
+ + 0 + + + 0
+ R + + R 0 + 0
R 0 + 0 R 0 + 0 0
Trong đó: + có hiện tượng bổ trợ ở F1, R: có con lai tái tổ hợp bình thuờng ở F2, 0: không có con lai dạng dại ở cả F1 và F2. Xác định thứ tự của các đột biến theo? Đáp án: (8) – (1)-(693)-(52) [4, 7, 10 là mất đoạn] e. LẬP BẢN ĐỒ DI TRUYỀN THÔNG QUA PHÂN TÍCH BỘ BỐN I. ĐỐI TƯỢNG Đối tượng nghiên cứu là những sinh vật có vòng đời phần lớn là đơn bội ví dụ như: Clamydomonas, Neurospora crasa…Ưu điểm của những sinh vật này so với những sinh vật nhân thực lưỡng bội là: - Sinh sản nhanh - Dễ nuôi cấy - Kiểu hình của cá thể giống với kiểu hình của bào tử do bộ gen của chúng là đơn bội Không cần thực hiện phép lai phân tích - Dễ dàng thực hiện các phép lai. - Một số loài còn có trật tự nghiêm ngặt giúp cho dễ dàng phân tích hơn. Đơn giản nhưng có thể xây dựng mô hình chung cho các sinh vật nhân thực. II. MỐI QUAN HỆ GIỮA BỘ BỐN VÀ BẢN ĐỒ GEN a. Cách thức hình thành bộ bốn Khi hai thể đơn bội kết hợp để hình thành thể lưỡng bội, thể lưỡng bội này giảm phân để hình thành nên trong một túi bào tử chứa 4 – 8 bào tử. Gọi chung là bộ bốn. Ta phân thành 3 loại bộ bốn là: - PD: Parental ditype (kiểu đôi giống bố mẹ. - NPD: Nonparental ditype (kiểu đôi không giống bố mẹ) - T: tetratype (kiểu bốn) Các bào tử trong nang có thể xếp thẳng hàng hay lộn xộn tuỳ theo từng loài. Nguồn gốc của các dạng bộ bốn: PD: Không có sự trao đổi chéo giữa hai NST tương đồng hay có trao đổi chéo kép trong cùng 1 cặp chromatid Hoàn toàn giống bố mẹ. NPD: Chỉ thu được trong trường hợp có trao đổi chéo kép đồng thời ở cả hai cặp chromatid. T: Thu được trong các trường hợp: trao đổi chéo 1 lần giữa 2 chromatid, trao đổi chéo 2 lần trong 3 sợi chromatid Gọi số lần trao đổi chéo kéo là DCO và số lần trao đổi chéo đơn là SCO ta có: b. Khoảng cách giữa các gen thông qua phân tích bộ bốn
Hai gen có thể được kết luận là liên kết trên cùng một NST khi số lượng PD >> NPD Để đơn giản khoảng cách của hai gen được tính theo công thức
Tuy nhiên, công thức trên chỉ mới xết đến trao đổi chéo ở mức cơ sở chứ chưa xét đến trao đổi chéo ở mức độ cao hơn như trao đổi chéo kép giữa hai chromatid hay giữa 3 chromatid: Ta có: m là số trao đổi chéo có ý nghĩa: Do mỗi trao đổi chéo trung bình tạo ra 50% số thể tái tổ hợp nên: Công thức 1.5 cho độ chính xác cao hơn công thức 1.4 do tính đến các trao đổi chéo ở mức độ cao hơn. Nhưng để giải bài tập ta thường áp dụng công thức 1.4 và chỉ sử dụng công thức 1.5 khi yêu cầu nói rõ là tính chính xác. c. Khoảng cách giữa gen và tâm động Neurospora và một số loài nấm khác rất hữu ích vì chúng tạo thành dãy bào tử có thứ tự sắp xếp. Từ đó có thể tính được khoảng cách từ gen cho tới tâm động. Người ta chia ra làm hai loại mô hình phân li là MI và MII dựa vào thứ tự của các bào tử: Gọi RF là khoảng cách giữa gen và tâm động ta có:
Phải nhân với ½ vì trong quá trình trao đổi chéo chỉ có ½ số chromatid thực hiện trao đổi chéo. Tính chính xác không bằng giữa locus với locus vì không tính được tần số của các trao đổi chéo kép. MÔT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TẬP 1. Trong phép phân tích bào tử ngẫu nhiên, khoảng cách trên bản đồ của hai gen bằng tần số của các bào tử tái tổ hợp chia cho tổng số nhân với 100. 2. Với hai gen không liên kết, kiểu bốn có thể được tạo ra do sự trao đỏi chéo giữa gen và tâm động. 3. Nếu PD >> NPD thì 2 gen liên kết. 4. RF = ½ T + NDP 5. Trong bộ bốn khoảng cách từ gen đến tâm động bằng : ½ tỉ lệ phân li theo mô hình MII / tổng số x 100. 6. Những gen nằm về hai phía của tâm động có kiểu phân chia MII độc lập với nhau trong khí đó những gen nằm cùng phía có tỉ lệ trao đỏi chéo với tâm động cùng nhau có tỉ số rất cao. 7. Khi tính số cá thể hay bào tử tái tổ hợp liên quan đến các tính trạng kháng kháng sinh hay khuyết dưỡng, số cá thể sống sót trên môi trường tối thiểu hay chứa kháng sinh chỉ là một nửa số thể tái tổ hợp. 8. Khi khoảng cách giữa hai gen nhỏ, ta có thể giả sử không có trao đổi chéo kép giũa hai gen hay không có dạng NPD.
MỘT SÓ BÀI TẬP CHỌN LỌC Câu 1: Các bào tử ngẫu nhiên sau đây nhận được từ phép lai a++ x +bc : abc :52, ab+:34, a+c:6, +bc: 112, a++: 102, +b+:8, ++c: 28, +++: 58. Hãy lập bản đồ gen. Câu 2: Lai hai chủng nic- và thi-, thu được 500 bào tử, trong đó có 35 bào tử mọc được trên môi trường tối thiểu. Tính khoảng cách giữa 2 gen? Câu3:Nếu gen q nằm cách tâm động 12 đơn vị bản đồ, thì trong phép lai q x +, tỉ lệ phần trăm nang bào tử thể hiện mô hình phân li MII là bao nhiêu? Câu4: Xét phép lai ở nấm tạo ra các bào tử nang sau: Phép lai a+ x a+ x a+ x b+ x
PD +b +c +d +d
NPD 48 90 51 60
T 52 1 49 10
0 9 0 30
a. Các gen nào liên kết với nhau? b. Tính khảng các giữa các gen liên kết ( b.1 theo công thức đơn giản b2. Theo công thức có độ chính xác cao hơn) Câu 6: Nếu các gen a, b liên kết và cách nhau 2 đơn vị bản đồ thì có bao nhiêu kiểu bốn T trong 100 bào tử từ phép lai a+ x +b? Câu 7: Ở Neurospora , phép lai ad trp x + + tạo ra các bộ bốn xếp hàng sau: I ad trp ad trp ++ ++ 126
II ad + ad + + trp + trp 6
III ad trp ad + + trp ++ 30
IV ad trp + trp ad + ++ 18
V ad trp ++ ad trp ++ 6
VI ad + + trp ad + + trp 2
VII +trp ++ ad trp ad + 12
a. Xác định khoảng cách giữa tâm động và gen. b. Nếu các gen liên kết tính khoảng cách giữa các gen và lập bản đồ. Câu 8: Ở nấm men, khoảng cách từ gen a đến b là 12 và từ a đến c là 28 đợn vị bản đồ. Tính PD, NPD và T nếu trong một phép lai ta có: a. a + x + b, T/NPD=4 b. a + x + c, T/NPD=6 Câu9: Nâm nang đơn bội Sordaria có nang bào tử màu đen bình thường. Hai dạng nang có bào tử biến đổi có màu sắc được phân lập. Khi thể đột biến 1 được lai với dạng
dại các nang được tạo thành chứa 4 bào tử màu đen và và 4 bào tử màu trắng. Khi thể đột biến 2 được lai với dạng dại thu được nang gồm có 4 bào tử màu đen và 4 bào tử màu vàng nâu. Khi lai hai thể đột biến với nhau ta thu được một số nang có 4 bào tử màu trắng 4 bào tử màu đen. Một số nang có chứa 4 bào tử màu trắng và 4 bào tử màu vàng nâu. Một số nang có chứa 4 bào tử màu trắng 2 bào tử màu đen và 2 bào tử màu vàng nâu. Giải thích?
