Phương pháp nghiên cứu di truyền học

Cơ chế truyền đạt thông tin di truyền thực hiện qua ba quá trình: tái bản DNA, phiên mã, dịch mã. Theo luận thuyết này, DNA tổng hợp ra RNA, RNA tổng hợp protein chỉ diễn ra theo một chiều duy nhất. Ngày nay, chúng ta còn biết là chuỗi RNA cũng có khi được làm khuôn để tổng hợp chuỗi DNA theo trình tự bổ sung, nhưng việc này hiếm khi xảy ra. Vì vậy, luận thuyết trung tâm được công nhận ban đầu cách đây khoảng 50 năm vẫn giữ giá trị quan trọng.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN

ĐHYD TP.HCM KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN - BỘ MÔN SINH HỌC

ThS Trần Khánh Linh Email: trankhanhlinh08@yahoo.com - ĐTDĐ: 0985274284

4/13/2016

Sau khi học bài này, sinh viên phải :

1 Hệ thống hố được di truyền học Mendel, và một

số kiểu di truyền khơng theo thuyết nhiễm sắc thể

2 Phân tích được sơ đồ phả hệ để ứng dụng trong tư

vấn di truyền

3 Xác định vai trị của di truyền và mơi trường lên sự

biểu hiện tính trạng

4 Mơ tả được hai phương pháp nghiên cứu tế bào

ứng dụng trong chẩn đốn trước sinh

MỤC TIÊU TỔNG QUÁT

4/13/2016

Phần 1

Mở rộng di truyền học Mendel

Di truyền ngoài nhiễm sắc thể

Mở rộng di truyền học Mendel

Mục tiêu cụ thể:

1 Tóm tắt được PP thí nghiệm của Mendel

2 Định nghĩa được một số khái niệm của DTH.

3 Phân biệt các kiểu di truyền theo thuyết

1 Các thí nghiệm của Mendel

Tám tính trạng ở cây đậu

• Dạng hạt - Trơn (R) or nhăn (r)

• Màu hạt Vàng (Y) or Xanh (y)

• Vỏ quả - Trơn (V) or nhăn (v)

• Màu vỏ - Xanh (G) or Vàng (g)

• Màu vỏ hạt -Xám (A) or Trắng (a)

• Vị trí hoa -Quanh trục (F) or Đỉnh (f)

• Chiều cao cây - Cao (L) or thấp (l)

1 Các thí nghiệm của Mendel

2 Một số khái niệm của DTH

• Kiểu gen — toàn bộ các gen trong tế bào sinh vật.

• Kiểu hình — toàn bộ tính trạng và đặc tính cơ thể

• Gen alen ≠ gen không alen

• Alen — trạng thái ≠ của 1 gen (trội or lặn)

• Lưỡng bội — 2n

• Đơn bội — n

• Đồng hợp tử — 2 alen # của cùng 1 gen.

• Dị hợp tử — mang 2 alen khác nhau của cùng 1 gen.

• Dòng thuần — con sinh ra hoàn toàn giống bố mẹ

• Phân tích cơ thể lai —theo dõi thế hệ con cháu của các cặp bố mẹ thuần chủng khác nhau về các tính

–F : con (thế hệ lai)  F1 : đời con thứ nhất

F2 :đời sau của F1

2 Một số khái niệm của DTH

 Alen – hai dạng của 1 gen (trội & lặn)

 Trội – mạnh hơn biểu hiện ở thể lai; kí hiệu một

3 Các kiểu di truyền theo thuyết

b Một số qui luật di truyền sau Mendel

- Liên kết gen - Hoán vị gen

- Di truyền liên kết giới tính

12 4/13/2016

a Các qui luật di truyền của Mendel

Định luật 3 [PLĐL]

Khi ta lai hai cơ thể TC khác nhau khác nhau về haihay nhiều cặp TT tương phản thì sự DT của cặp TTnày không phụ thuộc vào sự DT của cặp TT kia

13 4/13/2016

a Các qui luật di truyền của Mendel

– Các gen trên cùng NST liên kết với nhau # Gen

trong cùng nhóm = nhóm gen liên kết  nhóm gen

LK ~ số NST đơn bội(n).

– Khi giảm phân, Gen trong cùng nhóm di truyền

cùng nhau Hạn chế biến dị tổ hợp và đảm bảo DT bền vững nhóm tính trạng

Liên kết gen

14 4/13/2016

b Các qui luật di truyền sau Mendel

– Gen chiếm 1 locus trên NST  có thể đổi chỗ do trao đổi chéo  HVG

– HVG tăng cường biến dị tổ hợp,tổ hợp lại nhóm gen quí có lợi cho tiến hóa-chọn giống

– Tần số hoán vị xác định khoảng cách giữa các alen  lực liên kết gen

• Tần số lớn  gen cách xa  lực liên kết yếu

• Tần số nhỏ  gen gần nhau  lực lkết mạnh

15 4/13/2016

Hoán vị gen

b Các qui luật di truyền sau Mendel

NST thường: là các cặp NST giống nhau ở 2 giống

đực, cái : NST tương đồng

NST giới tính: là các cặp NST khác nhau ở 2 giống

đực, cái : chỉ tương đồng ở 1 giới

Giảm phân tạo giao tử

• Khi 2 NST giới tính giống nhau  1 loại giao tử

• Khi 2 NST giới tính khác nhau  2 loại giao tử

16 4/13/2016

Di truyền liên kết giới tính

b Các qui luật di truyền sau Mendel

17 4/13/2016

Di truyền liên kết giới tính

b Các qui luật di truyền sau Mendel

Khái niệm: sự di truyền các tính trạng có gen nằm

trên NST giới tính

• Gen trên X : gen nằm trên NST X & không có alen

trên Y sẽ di truyền chéo

• Gen trên Y : gen nằm trên NST Y & không có alen

trên X sẽ di truyền thẳng

Di truyền ngoài nhiễm sắc thể

Mục tiêu cụ thể:

1 Phân tích cụ thể 1 dạng di truyền ngoài NST

(di truyền ti thể)

2 Mô tả cấu trúc bộ gen ti thể

3 Ứng dụng kiến thức để giải thích kết quả xét

nghiệm nhận dạng pháp y theo dòng mẹ.

19 4/13/2016

Di truyền ti thể

Ở người, bộ gen

ti thể di truyền theo dòng mẹ rất nghiêm ngặt.

Hình: Sự di truyền mtDNA

Cấu trúc bộ gen ti thể

Di truyền ti thể

Di truyền ti thể

Di truyền ti thể

Phương pháp nghiên cứu phả hệ

Mục tiêu cụ thể:

1 Vẽ được sơ đồ phả hệ.

2 Phân tích được qui luật di truyền của

bệnh/tính trạng trong sơ đồ phả hệ.

3 Dùng toán xác suất để xác định khả năng

mắc bệnh của thế hệ tiếp theo.

4 Xác định được người mang gen bệnh lặn.

5 Ứng dụng phân tích 1 trường hợp tư vấn di

truyền trước sinh (bệnh Duchene).

Nam giới

Nữ giới Không phân định được giới Người lành

Người bệnh Người có h/chứng không đầy đủ Người mang gen bệnh lặn

Đương sự

Các ký hiệu dùng để lập bảng phả hệ

4/13/2016

Con sinh đôi một hợp tử

Con sinh đôi hai hợp tử

Không rõ kiểu sinh đôi

Con nuôi

4/13/2016

 Đặc điểm DT trội, lặn NST thường

 Đặc điểm DT trung gian NST thường

 Đặc điểm DT trội, lặn NST giới tính

Phân tích phả hệ

4/13/2016

Đặc điểm DT trội NST thường

Dính ngón tay Dính cả ngón tay và ngón chân

Đặc điểm DT lặn NST thường

Gia hệ bệnh Phenylceton – niệu

4/13/2016

Đặc điểm DT trung gian NST thường

Mức độ nặng nhẹ của bệnh phụ thuộc vào KG

• Người đồng HT mang cả hai alen bệnh thì bệnh

Bệnh beta thalassaemia

M giảm hoặc không tổng hợp chuỗi beta globin

  không ảnh hưởng

Gồm 2 loại chính theo kiểu gien

 M/ M  thiếu máu nặng, phải truyền máu

 M/   thiếu máu nhẹ, không có biểu hiện trên lâm sàng

4/13/2016

Đặc điểm DT trội NSTGT X

Bệnh biểu hiện liên tục qua các thế hệ

Bệnh xuất hiện ở cả 2 giới tỉ lệ ≈ nhau

Bố bị bệnh :

+ con gái sẽ mắc bệnh,

+ con trai không mắc bệnh

Mẹ bị bệnh :

+ 50% số con trai và gái lành

+ 50% số con trai và gái bị bệnh

4/13/2016

Phả hệ bệnh còi xương do giảm phosphate máu

4/13/2016

Đặc điểm DT trội NSTGT X

 Tỉ lệ mắc bệnh ở nam giới > nữ giới

 Dòng DT bệnh về nam giới có tính chất đứt đoạn, ngắt quãng

(vì bố không trực tiếp truyền alen bệnh cho con trai mà truyền alen bệnh cho con gái, qua đó truyền bệnh tới cháu ngoại)

- Dày sừng lông bàn chân

- Chứng nhiều lông ở tai

4/13/2016

Đặc điểm DT trên NSTGT Y

Phả hệ mắc “chứng nhiều lông ở tai”

4/13/2016

Đặc điểm DT trên NSTGT Y

PP nghiên cứu con sinh đôi

Mục tiêu cụ thể:

1 Phân biệt được 2 loại sinh đôi khác nhau

2 Áp dụng toán xác suất tính tỉ lệ sinh con cùng

giới, khác giới.

3 Phân tích khái niệm độ tương hợp.

4 Tính được hệ số di truyền (chỉ số H) dựa trên

độ tương hợp

5 Phân tích một số bệnh để xác định mức độ di

truyền, tác động của môi trường

và tác động của môi trường đến sự hình thành các tính chất của cơ thể.

yếu tố di truyền đối với một tính

t r ạ n g h o ặ c m ộ t b ệ n h n à o đ ó

4/13/2016

PP nghiên cứu con sinh đôi

Phân loại đa thai

 Đa thai : là hiện tượng sinh 2, 3, 4…

1 trứng thụ tinh với 1 tinh trùng -> 1 HT

HT phân chia -> 2 hoặc nhiều phôi.

2/n trứng thụ tinh với 2/n tinh trùng -> 2/n HT khác nhau.

4/13/2016

PP nghiên cứu con sinh đôi

Sinh đôi một hợp tử (Monozygotic twins – MZ)

Trứng Tinh trùng

Hợp tử Phôi

Phôi phân cắt Hai phôi

100% giống nhau

v ề d i t r u y ề n

Đa thai một hợp tử

4/13/2016

Sinh đôi hai hợp tử (Dizygotic twins – DZ)

Trứng Tinh trùng Trứng Tinh trùng

Hợp tử Hợp tử

Phôi Phôi

50% giống nhau

v ề d i t r u y ề n

Đa thai nhiều hợp tử

4/13/2016

Đa thai 1 hợp tử Đa thai 2 hợp tử

4/13/2016

Có 2 kiểu sinh đôi

Kiểu SĐ 1 HT (MZ – Monozygotic twins) Kiểu SĐ 2 HT (DZ – Dizygotic twins)

Ở người, xs đẻ con trai là ½, con gái là ½

Xác suất để cặp SĐ cùng là 2 con trai :

½ x ½ = ¼

Xác suất để cặp SĐ cùng là 2 con gái :

½ x ½ = ¼ Xác suất số lần SĐ cùng giới và khác giới

4/13/2016

PP nghiên cứu con sinh đôi

suất cùng sinh gái hoặc cùng sinh trai

¼ + ¼ = ½

xác suất hai sự kiện

p = p(trai1, gái2) + p(gái1, trai2) = ¼ + ¼ = ½

Vậy xác suất số lần SĐ khác giới bằng

số lần SĐ cùng giới (50%)

4/13/2016

PP nghiên cứu con sinh đôi

Phát hiện các biến dị xảy ra do yếu tố

MT , các nhân tố cụ thể của MT làm tăng lên hoặc giảm đi sự biểu hiện của TThoặc bệnh DT đã có trước….

4/13/2016

PP nghiên cứu con sinh đôi

Một tính trạng hoặc 1 bệnh nào đó biểu hiện

- Ở 2 thành viên của cặp SĐ  tương hợp

- Ở 1 thành viên của cặp SĐ  ko tương hợp

Màu da chịu ảnh hưởng của yếu tố di truyền và

yếu tố môi trường

4/13/2016

PP nghiên cứu con sinh đôi

% số cặp MZ tương hợp - % số cặp DZ tương hợp

100 - %số cặp DZ tương hợp

Nếu H = 1  bệnh do yếu tố DT quyết định

Nếu H = 0  bệnh do yếu tố MT gây nên

Mức độ tác động của môi trường : C = 100% - H

Ví dụ 1 : Khi điều tra về sự di truyền của hệ nhóm

máu ABO, người ta thấy 100% các cặp sinh đôi MZ

là tương hợp nhau, còn ở các cặp sinh đôi DZ chỉ

có 40% cặp của chúng là tương hợp nhau

Độ tương hợp

4/13/2016

PP nghiên cứu tế bào

Mục tiêu cụ thể:

1 Phân tích được kết quả bộ NST.

2 Viết được karyotype của 1 số bệnh di truyền.

3 So sánh ưu điểm giữa PP xét nghiệm NST và

FISH để ứng dụng trong chẩn đoán di truyền.

4 Hệ thống các PPNC tế bào, ứng dụng trong

chẩn đoán trước sinh.

Phương pháp xét nghiệm NST

PP nghiên cứu tế bào

Công thức bộ NST

Gồm 3 phần, cách nhau dấu phẩy :

1 Số lượng NST2.NST giới tính

3 Các rối loạn về số lượng và cấu trúc NST

Ví dụ : 46, XY, del (5p) : nam bị mất 1 phần NST số 5

Phân tích bộ NST

Phương pháp xét nghiệm NST

chuỗi ADN của đoạn dò có gắn màu huỳnh quang.

PP lai tại chỗ phát huỳnh quang

Đoạn dò

Các tế bào ở gđ gian kỳ hoặc

kỳ giữa trên slide (tại chỗ)

Vi trường quan sát

(gian kỳ)

Đọc kết qủa bằng KHV huỳnh quang

Trisomi 21

PP lai tại chỗ phát huỳnh quang

mà Karyotyping không phát hiện được

Xác định được các trường hợp mất đoạn nhỏ

mà Karyotyping không phát hiện được

PP lai tại chỗ phát huỳnh quang

- âm tính với hội chứng Down

- âm tính với Trisomy 13

Mẫu này :

- dương tính với hội chứng Down

- âm tính với Trisomy 13

1 2 3 4

3 2 1 2 1 5 4 3 2 1 1 2

3 1 2 3 1

2, 3 4 1 2 3

del(7)(q11.23)

Ví dụ: một số trường hợp mất đoạn nhỏ

• Trọng lực tăng nhanh chóng (1-6yr)

• Phát triển giới tính ko bình thường

• Chậm phát triển

Prader-Willi Syndrome (PWS)

Digeorge Syndrome (DGA)

Nguyên nhân: mất đoạn trên NST 22

• Cằm nhỏ, miệng rộng, môi dày, mắt sưng

• Trọng lượng lúc sinh thấp, tăng cân chậm

• Dễ bị kích độngHẹp động mạch chủ

• Có những bất thường về răng, thận

21 21

Tư vấn di truyền và chẩn đoán trước sinh

Một số phương pháp đã được dùng trong chẩn đoán trước sinh:

(1) Chọc dò dịch ối

(2) Sinh thiết tua nhau thai

(3) Lấy máu của bào thai

Chỉ định chẩn đoán trước sinh:

- Người mẹ mang thai từ 40 tuổi trở lên, vì

có nguy cơ sinh con bị trisomi 21, 13, 18

- Bố hoặc mẹ có mang NST chuyển đoạn

- Tiền sử đã có con bị trisomi 21

- Khi cần xác định giới tính trong những

trường hợp bệnh DT lặn liên kết giới

tính

Tư vấn di truyền và chẩn đoán trước sinh

Tư vấn di truyền và chẩn đoán trước sinh

Qui trình tư vấn di truyền

Chẩn đoán bệnh Xác định bệnh bằng các xét nghiệm

Lập cây gia hệ Tính tỷ suất nguy cơ của thai

Chẩn đoán trước sinh Kết luận và cung cấp lời khuyên

Cảm ơn các anh chị đã lắng nghe



Câu hỏi ?

1

MỤC TIÊU

Sinh viên định nghĩa, giải thích và trình bày được

 Các chứng minh acid nucleic là cơ sở phân tử của hiện tượng di truyền

 Cấu trúc, chức năng phân tử ADN, đặc điểm của bộ gen

 Cấu trúc của phân tử ARN, phân loại ARN

 Cấu trúc của phân tử protein, đặc điểm mã di truyền

 Phân biệt cấu trúc gen Eukaryote và Prokaryote

2

ADN (Acid Deoxyribonucleic)

 Lịch sử của ADN

 Quá trình khám phá cấu trúc ADN

 Cấu trúc phân tử ADN

3

LỊCH SỬ CỦA ADN

Năm 1871,Friedrich Miescher (BS Thụy Sỹ)- nuclein

- Phát hiện ra nhân tb bạch cầu có chứa P (ngoài các nguyên tố

C, H, O, N cấu tạo protein)

- Gọi hợp chất không phải protein: nuclein

- sau được đặt tên là acid nucleic (Deoxyribonucleic Acid)

4

LỊCH SỬ CỦA ADN

Năm 1928: Frederick Griffith (Anh)- sự biến nạp ở vi khuẩn

- TN với phế cầu khuẩn Diplococus pneumoniae

(Streptococcus pneumonia)

 Chủng S (smooth) gây bệnh: có vỏ bao

 Chủng R(rough)không gây bệnh: không có vỏ bao

5

Thí nghiệm biến nạp ở chuột

6

 Vi khuẩn S không thể tự sống khi bị đun chết, nhưng

chúng đã truyền tính gây bệnh cho tế bào R

gọi là biến nạp (transformation)

7

Năm 1944 xác định rõ tác nhân biến nạp là DNA

Avery, MacLeod và McCarty(BS Mỹ)- kt tinh khiết hóa ADN

8

LỊCH SỬ CỦA ADN

Năm 1953, A.D.Hershey và M Chase (Mỹ)→

chính acid nhân (chứ không phải protein) là vật liệu di truyền

 Thực khuẩn thể bacteriophage

 Dùng chất đồng vị phóng xạ là P 32 và S 35

9

E.Coli

KL: DNA là vật chất di truyền

10

Virus đốm thuốc lá

11

Quá trình khám phá cấu trúc ADN

Phoebus Levine (nhà sinh hóa Nga – Mỹ)

 1909: tìm ra đường ribose 5C

 1929: đường deoxyribose

 Phát hiện một Nu có 3 thành phần với tỉ lệ bằng nhau: nhóm phosphate-đường 5C-base

12

Quá trình khám phá cấu trúc ADN

Năm 1951,Erwin Chargaff (nhà sinh hóa Áo-Mỹ), trong tất cả các loại ADN, thành phần base

Adenin = Thi min và Guanin = Cytosin

2 loại nucleotide trong cặp luôn hiện diện với cùng tỉ lệ

13

Quá trình khám phá cấu trúc ADN

Năm 1952, Rosalind Franklin và Maurice Wilkin (Anh) - kt

phân tích sự nhiễu xạ tia X để nghiên cứu ADN

-Franklin thu được bức hình dạng B của ADN (100 giờ)

→ ADN là một cấu trúc xoắn với các đvị được tổ chức đối xứng

Rosalind Franklin

14

R.Franklin (1921-1958) và hình chụp nhiễu xa ïtia X với mẫu DNA

15

Quá trình khám phá cấu trúc ADN

Năm 1953, James Watson

và Francis Crick

(ÐH Cambridge)

xây dựng một mô hình cấu

trúc của phân tử ADN

16

Glycosidic bond

18

CÁC CHẤT NUCLEOTIT ĐƠN

19

 ATP

dNTPs

CẤU TRÚC PHÂN TỬ ADN

 Bậc 1: là trình tự nucleotide trên ADN

CẤU TRÚC PHÂN TỬ ADN

Base nitric: Purines Pyrimidines

Adenine Guanine

Thymine Cytosine

21

CẤU TRÚC PHÂN TỬ ADN

CAÁU TRUÙC DNA

24

SỰ BẮT CẶP BỔ SUNG

25

QUI LUẬT CHARGAFF

Lưu ý tính chất đối song song (5’  3’và 3’  5’) 27

CẤU TRÚC PHÂN TỬ ADN

CẤU TRÚC PHÂN TỬ ADN

 Bậc 2: xoắn phải hoặc xoắn trái

29

CẤU TRÚC PHÂN TỬ ADN

CẤU TRÚC PHÂN TỬ ADN

CẤU TRÚC PHÂN TỬ ADN

 Bậc 3: phân tử ADN dạng vòng (virus, vi khuẩn)

32

ĐẶC ĐIỂM PHÂN TỬ ADN

ĐẶC ĐIỂM PHÂN TỬ ADN

Cấu trúc sợi đôi của ADN có thể bị tách ra

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Nhiệt độ cao: 80 – 95 0 C

- Nồng độ muối (MgCl2…)

- Chiều dài phân tử ADN

- Thành phần base C-G của ADN

Biến tính (Denaturation)

35

Sự hồi tính (Renaturation)

- Là sự bắt cặp trở lại của 2 sợi đơn

- Các nhân tố ảnh hưởng: nhiệt độ, nồng độ muối, nồng độ ADN, thời gian

 Ứng dụng 2 tính chất biến tính và hồi tính của DNA trong các phản ứng sinh học phân tử :

phản ứng PCR (Polymerase chain reaction)

36

Đặc điểm cấu trúc DNA

của tế bào Eukaryote

 Kích thước rất lớn

 Kết hợp với protein Histon → Nhiễm sắc thể

 Kích thước DNA không liên quan đến mức độ tiến hóa của sinh vật

 DNA Prokaryote đều mang thông tin di truyền mã hóa protein

 DNA Eukaryote có những trình tự mã hóa ( Exon ) xen lẫn trình tự không mã hóa (Intron) với intron nhiều hơn exon

37

Các trình tự lặp lại trong ADN ở Eukaryote

- Trình tự lặp lại cao (trăm-triệu lần)

+ Ngắn (10 – 200bp); Không mã hóa

+Tập trung tại các vùng chuyên biệt trên NST (CEN / TEL) ADN vệ tinh:tiểu vệ tinh (VNTR), vi vệ tinh (STR)

- Trình tự lặp lại trung bình(10-trăm lần)

+ Kích thước lớn (100 – 1000 bp); mã hóa hay không mã hóa

+ Phân tán trên toàn bộ DNA của bộ gen

- Trình tự gen duy nhất

39