“ Tính quy luật của hiện tượng di truyền” thuộc chương trình sinh học 12 đề cập rất nhiều quy luật di truyền trong đó Hoán vị gen là một trong những quy luật di truyền tương đối phức
Trang 1I TÊN ĐỀ TÀI
VẬN DỤNG TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT
CỦA HOÁN VỊ GEN ĐỂ GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP DI TRUYỀN
II ĐẶT VẤN ĐỀ
Di truyền học là phần trọng tâm trong nội dung chương trình sinh học cấp THPT “ Tính quy luật của hiện tượng di truyền” thuộc chương trình sinh học 12 đề cập rất
nhiều quy luật di truyền trong đó Hoán vị gen là một trong những quy luật di truyền
tương đối phức tạp với nhiều bài tập khó và đa dạng
Đề thi tuyển sinh ĐH&CĐ các năm hầu như thường xuyên có những bài tập về hoán vị gen ở mức độ khó đòi hỏi các em phải nắm thật chắc kiến thức cơ bản mặt khác cần nắm một số tính chất đặc biệt mới có thể vận dụng một cách linh hoạt
Hình thức thi trắc nghiệm, thời gian trung bình để hoàn thành một bài tập quá ít, nếu giải bằng phương pháp thông thường đòi hỏi mất rất nhiều thời gian, điều đó thôi thúc Thầy (Cô) giáo và học sinh phải nghĩ đến việc tìm ra phương pháp để giải quyết vấn đề một cách nhanh nhất
Để giúp bản than, đồng nghiệp cùng các em học sinh tháo gỡ những khó khăn có thể gặp đối với bài tập DT Hoán vị, với kinh nghiệm tích lũy được trong nhiều năm giảng dạy phần DTH ở cấp THPT tôi đã chọn đề tài:
"VẬN DỤNG TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT CỦA HOÁN VỊ GEN ĐỂ GIẢI NHANH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP DI TRUYỀN"
Để vấn đề nghiên cứu đơn giản hơn, mặt khác là yêu cầu cơ bản của chuẩn kiến thức nên trong giới hạn đề tài tôi chỉ đề cập đến quần thể (2n) với bố và mẹ gồm hai cặp gen dị hợp, mỗi gen gồm 2 alen trội lặn hoàn toàn nằm trên NST thường, quá trình giảm phân diễn ra bình thường và không xét đến sự phát sinh đột biến
Trang 2III CƠ SỞ LÍ LUẬN
- Hoán vị gen là quy luật di truyền khó nhất trong các quy luật di truyền Mặc dầu ở cấp THCS các em đã được trang bị về kiến thức này, lớp 12 các em được học lại ở mức sâu hơn tuy nhiên thời lượng trên lớp quá ít nên học sinh khó nắm chắc kiến thức cơ bản
- Tính chất cơ bản của hoán vị gen là hệ quả của quy luật chứ không phải là kiến thức hoàn toàn mới, song không được đề cập trong SGK Bản thân các em không thể tự nhận thức được các tính chất này nếu không có sự giúp đỡ của Thầy Cô
Đây là kiến thức hết sức bổ ích, cần thiết cho cả người học và người dạy, mặt khác giúp các em có thêm niềm hứng thú và tự tin
IV CƠ SỞ THỰC TIỄN
Lý thuyết là cơ sở để giải quyết những vấn đề thực tiễn tuy nhiên một số tính chất đặc biệt của di truyền hoán vị lại không được đề cập trong sách giáo khoa
Việc bổ trợ thêm kiến thức về phần này cho học sinh, theo tôi là rất cần thiết và phù hợp bởi:
- Vấn đề nhận thức đơn giản, nhẹ nhàng, hoàn toàn nằm trong chuẩn kiến thức, không đòi hỏi phải mất nhiều thời gian hay gây quá tải
- Khi nắm được kiến thức cơ bản này, các em có thể vận dụng một cách linh hoạt để giải quyết những vấn đề liên quan
- Bài tập về HVG là phần trọng tâm trong các đề thi HSG, tuyển sinh ĐH&CĐ hằng năm Có những bài tập nếu giải bằng phương pháp thông thường sẽ mất quá nhiều thời gian tuy nhiên nắm được những tính chất cơ bản này và nếu vận dụng tốt sẽ giúp các
em tiết kiệm được rất nhiều thời gian khi giải các bài tập tương đối khó một cách chắc chắn, tự tin
Trang 3
V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1 KHẢO SÁT SỰ PHÂN TÍNH KIỂU GEN VÀ KIỂU HÌNH TRONG HOÁN VỊ GEN
1.1 Bài toán tổng quát
Cho phép lai với bố, mẹ đều có 2 cặp gen dị hợp(Aa và Bb) cùng nằm trên một cặp NST thường Các gen trội lặn hoàn toàn, mỗi gen quy định một tính trạng và tác động riêng rẽ Hoán vị có thể xảy ra ở một hoặc 2 bên với tần số bất kỳ f1 và f2
a) Xác định tỉ lệ các nhóm kiểu gen của F1 trong trường hợp bố và mẹ dị hợp đều; dị hợp chéo; một bên dị hợp đều, một bên dị hợp chéo
b) Xác định tỉ lệ các nhóm kiểu hình của F1 trong trường hợp bố và mẹ dị hợp đều; dị
hợp chéo; một bên dị hợp đều, một bên dị hợp chéo
1.2 Khảo sát sự phân tính về các nhóm kiểu gen và kiểu hình ở F 1
● Quy ước:
- Điều kiện:
0 ≤ f1; f2 ≤ 0,5
- Quy ước: (%)
f1 (♂ hoặc ♀) = 2n1 ; 2m1 = (1 – 2n1)
Tỉ lệ mỗi loại giao tử LK hoàn toàn = m1 ; Tỉ lệ mỗi loại giao tử HV = n1
f2 (♀ hoặc ♂) = 2n2 ; 2m2 = (1 – 2n2)
Tỉ lệ mỗi loại giao tử LK hoàn toàn = m2 ; Tỉ lệ mỗi loại giao tử HV = n2
(m1+ n1) = 0,5 ; (m2+ n2) = 0,5
(Kể cả trường hợp HV chỉ xảy ra ở một bên, khi đó bên không xảy ra HV có
m = 0,5 ; n = 0)
Trang 4● Bảng khảo sát các phép lai có thể xảy ra ở P
a) Về tỉ lệ các nhóm kiểu gen ở F 1
Kiểu gen
F 1
Tần số kiểu gen của F 1 tương ứng với phép lai của P P:
ab
AB
x
ab AB
(f 1 =2n 1 và f 2 =2n 2 )
♂(♀):AB = ab = m 1 ;
Ab = aB = n 1
♀(♂):AB = ab = m 2 ;
Ab = aB = n 2
P :
aB
Ab
x
aB Ab
(f 1 =2n 1 và f 2 =2n 2 )
♂(♀):AB = ab = n 1 ;
Ab = aB = m 1
♀(♂):AB = ab = n 2 ;
Ab = aB = m 2
P:
ab
AB
x
aB Ab
(f 1 =2n 1 và f 2 =2n 2 )
♂(♀):AB = ab = m 1 ;
Ab = aB = n 1
♀(♂):AB = ab = n 2 ;
Ab = aB = m 2
AB
ab
Ab
aB
aB
ab
Ab
ab
ab
aB
Trang 5b) Về tỉ lệ các nhóm kiểu hình ở F 1
KH
F 1
KG
F 1
Tần số kiểu gen của F 1 tương ứng với phép lai của P P:
ab
AB
x
ab
AB
P :
aB
Ab
x
aB
Ab
P:
ab
AB
x
aB Ab
A-B-AB
ab
aB
aB
Ab
Tổng
2(m 1 m 2 +n 1 n 2 +
m 1 n 2 +m 2 n 1 )+m 1 m 2
=2(m 1 +n 1 )(m 2 +n 2 )+m 1 m 2
= 0,5+m 1 m 2
2(m 1 m 2 + n 1 n 2 +
m 1 n 2 +m 2 n 1 )+m 1 m 2
=2(m 1 +n 1 )(m 2 +n 2 )+n 1 n 2
= 0,5+n 1 n 2
2(m 1 m 2 + n 1 n 2 +
m 1 n 2 +m 2 n 1 )+m 1 m 2
=2(m 1 +n 1 )(m 2 +n 2 )+m 1 n 2
= 0,5+m 1 n 2
ab
Tổng m 1 n 2 + m 2 n 1 +n 1 n 2
=0,25 – m 1 m 2
m 1 n 2 + m 2 n 1 +m 1 m 2
=0,25 – n 1 n 2
m 1 m 2 + n 1 n 2 +m 2 n 1
=0,25 – m 1 n 2
ab
Tổng m 1 n 2 + m 2 n 1 +n 1 n 2
=0,25 – m 1 m 2
m 1 n 2 + m 2 n 1 +m 1 m 2
=0,25 – n 1 n 2
m 1 m 2 + n 1 n 2 +m 2 n 1
=0,25 – m 1 n 2
aabb
ab ab
Trang 61.3 Một số tính chất cơ bản về sự phân tính tỉ lệ các nhóm kiểu gen và kiểu hình ở
F 1
Qua khảo sát về sự thay đổi tỉ lệ các nhóm kiểu gen của F1 trong các trường hợp, có thể rút ra các tính chất cơ bản:
Nếu bố và mẹ mỗi bên đều mang hai cặp gen dị hợp (Aa và Bb ), bất kể tần số hoán
vị gen bao nhiêu, F1 luôn có tỉ lệ kiểu gen và kiểu hình thoả mãn các hệ thức sau :
a) Về tỉ lệ kiểu gen
b) Về tỉ lệ kiểu hình
1.4 Phương pháp xác định tỉ lệ các loại KG và KH
Thông thường, nếu yêu cầu xác định tỉ lệ tất cả các loại KG và KH ở F1 thì ta nên tiến hành tuần tự theo các bước sau đây
a) Xác định tỉ lệ các loại KG:
● Từ kiểu gen của P và tần số HVxác định tỉ lệ mỗi loại giao tử.
● Dựa vào loại giao tử của Pxác định tỉ lệ các kiểu gen lần lượt theo trình tự:
AB
AB
=
ab
ab
ab AB
Ab
Ab
=
aB
aB
aB Ab
Ab
AB
=
ab
aB
=
aB
AB
=
ab
Ab
=
4
1
[ 1 – 2(
ab
AB
+
aB
Ab
)]
a) Xác định tỉ lệ các loại KH:
● Dựa vào tỉ lệ loại giao tử của P→ xác định tỉ lệ KH lặn (aabb)
● Dựa vào KH lặn (aabb) → xác định các loại KH còn lại: (A-B-); (A-bb); (aaB-)
Tuy nhiên tùy theo giả thiết và yêu cầu của bài toán, cần vận dụng một cách hợp lý để giải quyết vấn đề nhanh nhất có thể
● %
AB
AB
= %
ab
ab
=
2
1
.(%
ab
AB
)
● %
Ab
Ab
= %
aB
aB
=
2
1
.(%
aB
Ab
)
● %
Ab
AB
= %
aB
AB
= %
ab
Ab
= %
ab
aB
● %(A-B-) = 0,5+%(aabb)
● %(A-bb) = %(aaB-) = 0,25 – %(aabb) = 0,75 – %(A-B-)
Trang 71.5 Một vài điều cần lưu y
a) Khi biết tần số hoán vị → tỉ lệ phân tính kiểu hình ở thế hệ sau và ngược lại nếu biết tỉ lệ một kiểu hình nào đó sẽ xác định được tỉ lệ các kiểu hình còn lại và có thể xác định được tần số HV gen:
b) Trường hợp bố và mẹ cùng kiểu gen và hoán vị 2 bên với cùng tần số thì:
▪ Nếu KH lặn >6,25% Bố và mẹ dị hợp đều
▪ Nếu KH lặn <6,25% Bố và mẹ dị hợp chéo
▪ Nếu KH lặn =6,25% Bố và mẹ dị hợp đều hoặc chéo, và f= 50%
▪ Nếu biết được tỉ lệ 1 KH nào đó KH lặn tần số HV
c) Tần số HV chỉ có thể xác định được ở những trường hợp nhất định, các trường hợp không thể xác định được tần số HV:
▪ Tần số HV 2 bên bố và mẹ khác nhau.
▪ Tỉ lệ KH lặn =0 hoặc khi kg của bố mẹ khác nhau, hoán vị 1 bên dị hợp đều.
▪ Cách xác định tần số HV và kiểu gen khi biết một KH nào đó:
- Dựa vào tỉ lệ KH lặn để xác định tỉ lệ gt ab ở bên có HV(khi bố mẹ cùng kg và cùng
tần số HV).
+ Nếu ab = 25% f = 50% và cơ thể HV có thể dị hợp đều hoặc chéo (trường hợp
này rất ít gặp).
+ Nếu ab > 25% → ab là gt liên kết hoàn toàn f = (1 – 2ab) và cơ thể HV là dị hợp đều
+ Nếu ab < 25% → ab là gt hoán vị f = (2ab) và cơ thể HV là dị hợp chéo
- Với phép lai phân tích thì f = số cá thể chiếm tỉ lệ KH thấp/tổng số cá thể thu được:
+ Nếu KH lặn nằm trong số cá thể có tỉ lệ thấp → Dị hợp chéo (
aB
Ab
)
+ Nếu KH lặn nằm trong số cá thể có tỉ lệ cao → Dị hợp đều (
ab
AB
)
- Trường hợp bố và mẹ có cùng tần số hoán vị nhưng kg khác nhau thì nhất thiết phải giải phương trình với (m+n) = 0,5 và (m.n) là tỉ lệ kh lặn, sau đó chọn giá trị n≤0,25 f
= 2n
2 MÔÔT SỐ VÍ DU
2.1 Ví dụ 1:
Cho P : ♂
ab
AB
x ♀
ab
AB
(Hoán vị ở cả bố và mẹ với tần số f = 20%)
Xác định tỉ lệ KG và tỉ lệ KH của F1
▲ Cách giải thông thường (mất khoảng 10 -15phút)
● Xác định tỉ lệ giao tử mỗi loại: Từ tần số f suy ra:
(AB = ab = 0,4 ; Ab = aB = 0,1) (AB = ab = 0,4 ; Ab = aB = 0,1)
● Lập khung pennet:
Trang 8Gt ♂
Gt♀
0,4 AB 0,1 Ab 0,1 aB 0,4ab
0,4 AB
0,16 AB
AB
0,04 Ab
AB
0,04 aB
AB
0,16 ab AB
0,1 Ab
0,04 Ab
AB
0,01 Ab
Ab
0,01 aB
Ab
0,04 ab Ab
0,1 aB
0,04 aB
AB
0,01 aB
Ab
0,01 aB
aB
0,04 ab aB
0,4 ab
0,16 ab
AB
0,04 ab
Ab
0,04 ab
aB
0,16 ab ab
(Có thể dùng phép nhân đai số thay cho lập khung Pennet)
● Thống kê tỉ lệ kiểu gen của F 1 :
-
AB
AB
=
ab
ab
= 0,16
-
ab
AB
= 2.(0,16) = 0,32
-
Ab
Ab
=
aB
aB
= 0,01
-
aB
Ab
= 2.(0,01) = 0,02
-
Ab
AB
=
ab
aB
=
aB
AB
=
ab
Ab
= 2.(0,04) = 0,08
● Thống kê tỉ lệ kiểu hình của F 1 :
- (aabb) = 0,16
- (A-B-) = 0,16+0,32+0,02+ 2 0,08 = 0,66
- (A-bb) = 0,01+0,08 = 0,09
- (aaB-) = 0,01+0,08 = 0,09
▲ Cách giải nhanh thông qua vận dụng các tính chất cơ bản (mất khoảng 2-3 phút)
1) Tỉ lệ các kiểu gen ở F 1 :
● Xác định tỉ lệ giao tử mỗi loại: Từ tần số f suy ra:
(AB = ab = 0,4 ; Ab = aB = 0,1) (AB = ab = 0,4 ; Ab = aB = 0,1)
● Xác định tỉ lệ các KG:
Trang 9-
AB
AB
=
ab
ab
= 0,16
ab
AB
= 2.(0,16) = 0,32
-
Ab
Ab
=
aB
aB
= 0,01
aB
Ab
= 2.(0,01) = 0,02
-
Ab
AB
=
ab
aB
=
aB
AB
=
ab
Ab
=1/4[1 – 2(0,32+0,02)] = 0,08 hoặc = 2 (0,4.0,1) = 0,08 2) Tỉ lệ các kiểu hình ở F 1 :
- (aabb) = 0,16
- (A-B-) = 0,5+0,16 = 0,66
- (A-bb) = (aaB-) = 0,25-0,16 = 0,09
2.2 Ví dụ 2:
Cho phép lai P : ♂
ab
AB
dd x ♀
aB
Ab
Dd Biết mỗi gen quy định một tính trạng, trội lặn hoàn toàn, tác động riêng rẽ Khoảng cách giữa 2 gen A và B = 30cM, hoán vị gen chỉ xảy ra trong quá trình phát sinh giao tử
ở cơ thể bố
1) F1 có bao nhiêu kiểu gen?
2) Xác định tỉ lệ các nhóm kiểu hình ở F1
▲ Cách giải thông thường (mất 15-20 phút và dể sai sót)
● Xác định tỉ lệ các loại giao tử của P: ♂
ab
AB
dd x ♀
aB
Ab
Dd Gp: ♂( AB d = ab d = 0,35; Ab d = aB d =0,15) ♀ ( Ab D = Ab d = aB D = aB d =0,25) ● Lập khung Pennet
Gt ♂
Gt♀ 0,35 AB d 0,15 Ab d 0,15 aB d 0,35 ab d
0,25 Ab D 0,0875
Ab
AB
Ab
Ab
Ab
aB
Ab
ab Dd
0,25 Ab d
0,0875
Ab
AB
Ab
Ab
Ab
aB
ab
Ab dd
0,25 aB D
0,0875
aB
AB
aB
Ab
aB
aB
aB
ab Dd
0,25 aB d 0,0875
aB
AB
aB
Ab
aB
aB
aB ab dd
Trang 10● Thống kê KG và KH:
1) Số KG = 14 kg gồm:
Ab
AB
Dd ;
Ab
Ab
Dd ;
Ab
aB
Dd ;
Ab
ab
Dd ;
aB
AB
Dd ;
aB
aB
Dd ;
aB
ab
Dd
Ab
AB
dd ;
Ab
Ab
dd ;
Ab
aB
dd ;
Ab
ab
dd ;
aB
AB
dd ;
aB
aB
dd ;
aB
ab
dd 2) Tỉ lệ các KH:
(A-B-D-) = 0,075 + 2.0,0875 = 0,25
(A-B-dd) = 0,075 + 2.0,0875 = 0,25
(A-bbD-) = 0,0875 + 0,0375 = 0,125
(A-bbdd) = 0,0875 + 0,0375 = 0,125
(aaB-D-) = 0,0875 + 0,0375 = 0,125
(aaB-dd) = 0,0875 + 0,0375 = 0,12
▲ Cách giải nhanh thông qua vận dụng các tính chất cơ bản (mất 3-4 phút nhưng
chắn chắn)
1) Số kiểu gen của F 1 :
Vì mẹ LK hoàn toàn nên không cho được 2 loại giao tử AB và ab
F 1 không thể có 3 kg (
AB
AB
;
ab
ab
;
ab
AB
) Vậy số kg của F 1 = (10-3).2 = 7.2 = 14
2) Tỉ lệ các nhóm kiểu hình:
Xét riêng các gen ở mỗi cặp NST
P : ♂
ab
AB
dd x ♀
aB
Ab
Dd
● Xác định tỉ lệ giao tử của P
♂( AB = ab = 0,35; Ab = aB = 0,15) ♀ ( AB = ab = 0 ; Ab = aB = 0,5)
(d = 1) (D = 0,5 ; d = 0,5)
● Xác định tỉ lệ các nhóm kiểu hình của F 1
* Cặp
ab
AB
x
aB Ab
- (aabb) = 0 (A-B-) = 0,5+0 = 0,5
- (A-bb) = (aaB-) = 0,25-0 = 0,25
* Cặp dd x Dd
- (D) = 0,5
- (dd) = 0,5
* Kết hợp 2 cặp NST tỉ lệ KH chung
- (A-B-D-) = 0,25
- (A-B-dd) = 0,25
- (A-bbD-) = 0,125
- (A-bbdd) = 0,125
Trang 11- (aaB-D-) = 0,125
- (aaB-dd) = 0,125
2.3 Ví dụ 3:
Ở một loài thực vật, A quy định thân cao trội hoàn toàn so với alen a quy định thân thấp; B: quả màu đỏ, D: quả tròn là trội hoàn toàn so với alen tương ứng b: quả vàng, d: dài Các gen trên đều nằm trên NST thường trong đó 2 gen quy định màu sắc và hình dạng quả cùng nằm trên một cặp NST, gen quy định chiều cao thân nằm trên cặp NST khác
Cho phép lai P : ♂Aa
bd
BD
x ♀Aa
bD
Bd
Thế hệ F1 thu được 4,75% cây thân thấp, quả đỏ, dài Biết trong phát sinh giao tử của P, hoán vị chỉ xảy ra ở một bên
Không xét sự phát sinh đột biến, về lý thuyết thì
1) Khoảng cách giữa 2 gen B và D bằng bao nhiêu cM?
2) Kiểu gen Aa
Bd
BD
ở F1 chiếm tỉ lệ bao nhiêu?
3) Kiểu hình thân cao, quả đỏ, tròn dị hợp về cả 3 cặp gen ở F1 chiếm tỉ lệ bao nhiêu? 4) Cây thân cao, quả đỏ, tròn thuần chủng về 3 cặp gen trong số thân cao, đỏ, tròn thu được ở F1 chiếm tỉ lệ bao nhiêu?
▲ Cách giải thông thường ( Có thể mất ít nhất 30 phút)
▲ Cách giải nhanh thông qua vận dụng các tính chất cơ bản (mất 3-5 phút)
1) Khoảng cách giữa 2 gen B và D
F1 cho thấp, đỏ, dài =4,75% đỏ, dài (B-dd) = 4,75%.4 = 19% (19% ≠25% hay nói
cách khác bbdd = 6%)
HV xảy ra ở ♀ (
bD
Bd
)
Vì bố cho giao tử bd = 50% → mẹ cho giao tử bd = 6%.2 = 12% f = 24%, tức
khoảng cách B&D = 24cM
2) Tỉ lệ kiểu gen Aa
Bd
BD
ở F 1
- Tỉ lệ gt về 2 cặp gen LK ở P: ♂
bd
BD
x ♀
bD
Bd
♂(BD =bd = 0,5) x ♀(Bd =bD = 0,38 ; BD = bd = 0,12)
- Xét riêng tỉ lệ kiểu gen trên từng cặp NST:
Aa = 1/2
Bd
BD
= 0,5 0,38 = 19%
TL chung = 1/2 19% = 9,5%
3) Tỉ lệ kiểu hình thân cao, quả đỏ, tròn dị hợp về cả 3 cặp gen ở F 1
- Xét riêng tỉ lệ các cặp gen dị hợp ở mỗi cặp NST
Aa = 1/2