- Từ những thành tựu của kỷ thuật di truyền trong chọn tạo giống mới, học sinh hình thành đợc niềm tin vào khoa học.. Giống là một tập hợp cá thể sinh vật do con ngời chọn tạo ra, có phả
Trang 1Chơng IV-ứng dụng DTH vào CG-Đ5.Kỹ thuật di truyền- Biên soạn: Nguyễn Văn Vu
chơng iV
ứng dụng di truyền học vào chọn giống
Đ 5 - Kỹ thuật di truyền I.
Mục đích yêu cầu :
Qua bài học này học sinh phải:
- Giải thích đợc kỷ thuật di truyền
- Nêu đợc các khâu của kỷ thuật cấy gen bằng sơ đồ kỷ thuật cấy gen.
- Giải thích đợc nội dung của từng khâu trong kỷ thuật cấy gen.
- Nêu đợc những ứng dụng kỷ thuật di truyền trong thực tiễn tạo giống mới.
- Từ những thành tựu của kỷ thuật di truyền trong chọn tạo giống mới, học sinh hình thành đợc niềm tin vào khoa học.
Tranh vẽ phóng to hình 13 và 14 SGK hoặc 1 sơ đồ cấy gen khác
1- ổn định kiểm diện lớp.
2- Kiểm tra bài cũ : Chữa bài tập hoặc bài thực hành.
3- Nội dung bài mới:
- Giống là gì? Giống là một tập hợp cá thể sinh vật do con
ngời chọn tạo ra, có phản ứng nh nhan trớc cùng một Đ/K ngoại cảnh, có những tập tính di truyền đặc trng chất lợng tốt, NS cao và ổn định, thích hợp với những Đ/K khí hậu, đất đai và KT
SX nhất định
- Nhiệm vụ của ngành chọn giống là gì? Nhiệm vụ của ngành chọn giống là cải tiến
những giống hiện có, tạo ra những giống mới nhằm đáp ứng yêu cầu của SX và đời sống
- Đặc điểm của công tác chọn giống cổ
truyền và hiện đại là gì?
Từ xa, loài ngời đã biết chọn giống theo kinh
nghiệm …
- Đặc điểm của công tác chọn giống cổ truyền: + Chủ yếu là chọn lọc các cá thể có những biến
dị tốt đã nảy sinh ngẫu nhiên, tự phát
Hiện nay: các thành tựu về lai tạo, gây đột
biến nhân tạo, đặc biệt là những thành tựu về
KT di truyền phát triển
- Đặc điểm của công tác chọn giống hiện đại + Chủ động tạo ra nguồn biến dị cho chọn giống
đồng thời hoàn thiện các phơng pháp CL nhằm củng cố và tăng cờng những tính trạng mong muốn
+ KT là gì? (là phơng pháp SD các phơng
tiện, công cụ để chế tạo ra những giá trị vật
chất)
+ Công nghệ là gì ? (Là KT sử dụng công
cụ, máy móc, trang thiết bị để SX ra những SP
công nghiệp )
+ Phân biệt KT di truyền và CNSH ?
Công nghệ sinh học đợc hiểu là KT sử dụng
các đối tợng sống, các quá trình sinh học theo
quy trình công nghệ và trên quy mô công
nghiệp.
KT di truyền là
- Là kỷ thuật thao tác trên vật liệu DT
Trang 2Chơng IV-ứng dụng DTH vào CG-Đ5.Kỹ thuật di truyền- Biên soạn: Nguyễn Văn Vu
dựa vào những hiểu biết về cấu trúc hoá học của axit nuclêic và DT VSV
trong CNSH nhng đặt trong chơng CG Đ5 chỉ
đề cập KT DT dới góc độ là một hớng cải biến
tính DT ở cấp độ phân tử phục vụ cho việc cải
tiến giống và tạo giống mới
Một trong những KT DT đợc sử dụng phổ
biến và có nhiều ý nghĩa thực tiện là KT cấy
gen
cho sang tế bào nhận bằng cách dùng plasmit làm thể truyền
- Plasmit là gì?
Plasmit là những cấu trúc nằm trong tế bào
chất của vi khuẩn Tuỳ loài VK, mỗi TB chứa
từ vài chục đến vài trăm plasmit Plasmit chứa
ADN dạng vòng, gồm khoảng 8.000 - 200.000
cặp nucleotit ADN của plasmit tự nhân đôi
độc lập với ADN của NST
- Quá trình cấy gen thông qua sử dụng plasmit
làm thể truyền gồm 3 khâu chủ yếu:
Bớc 1:
KT cấy gen gồm 3 khâu:
1- Tách ADN NST của tế bào cho và tách plasmit ra khỏi tế bào.
Tiến trình nh sau:
- Chọn, phân lập đoạn ADN mang gen mong
muốn từ cơ thể sống
- Cắt ADN bằng E đặc hiệu.Trong nhiều trờng
hợp số đoạn ADN đợc cắt ra rất lớn, do đó phải
chọn đúng đoạn ADN có gen mong muốn
(Ph-ơng pháp đợc dùng phổ biến là dùng mẫu ARN
đặc hiệu có đánh dấu phóng xạ: các đoạn ADN
đợc lai với mẫu ARN đánh dấu để chọn đúng
ADN có mang gen, đợc phát hiện qua ảnh chụp
phóng xạ tự ghi , sau đó đợc tách ra) Đôi khi
đoạn ADN mong muốn đợc tổng hợp in vitro
(trong phòng thí nghiệm)
- Tách plasmit ra khỏi tế bào VK
ADN plasmit ở những điểm xác định, tạo nên ADN tái tổ hợp.
Thao tác cắt, tách đoạn ADN đợc thực hiện
nhờ Ecắt (restrictaza) Các phân tử E này nhận
ra và cắt đứt ADN ở những nucleotít xác định
nhờ đó ngời ta có thể tách các gen mã hoá
những protein nhất định Đoạn ADN đã đợc
phân lập mang gen mong muốn và plasmit đợc
cắt bởi cùng một loại enzim cắt (cho phép tạo
nên các đầu mút ăn khớp với nhau theo nguyên
tắc bổ sung trên đoạn ADN mang gen mong
muốn và plasmit,tạo d/k cho việc gắn nối đoạn
ADN vào plasmit) Plasmit sẽ bị cắt và mở
vòng
- Ecắt ↓ Ecắt ↓
ADNcủa TB cho
↓
Đoạn bị cắt ra
( 2 ) (1)
Đặc điểm của E cắt (restrictaza) là nhận ra và cắt
phân tử ADN ở những nucleotit xác định VD:
restrictaza E coli RI chỉ cắt ADN ở giữa G và A,
restritaza Hind III lại cắt ADN giữa A và A Nhờ các
''dao cắt '' chính xác đó, có thể cắt tách các gen mã hoá
Trang 3Chơng IV-ứng dụng DTH vào CG-Đ5.Kỹ thuật di truyền- Biên soạn: Nguyễn Văn Vu
những protein xác định.
nối (ligaza): Qua sự xúc tác của enzim ligaza,
đoạn ADN mang gen mong muốn đợc gắn vào
ADN của plasmit, plasmit đóng vòng tạo thành
phân tử plasmit mang ADN tái tổ hợp
Gắn đoạn bị cắt vào plasmit nhờ Enối
ADN tái tổ hợp
+ Cắt nhờ E cắt + Nối nhờ E nối
nhận, tạo điều kiện cho gen đã ghép đ ợc biểu hiện.
- Quá trình chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào
nhận đợc làm nh sau:
+ Trộn plasmit ADN tái tổ hợp với VK chủ
(VK đợc dùng phổ biến hiện nay là E.coli), đã
+ Thông qua vai trò CaCl2, plasmit dễ xâm
nhập qua màng E.coli ADN tái tổ hợp trong
plasmit vẫn còn nguyên vẹn và VK chủ vẫn
sống bình thờng
+ Các VK chủ sau đó đợc kiểm tra để bảo đảm
là đã nhận đợc plasmit tái tổ hợp
- Sự biểu hiện của ADN tái tổ hợp trong TB VK
chủ :
+ ADN tái tổ hợp sẽ đợc nhân lên cùng với sự
nhân lên của VK theo cơ chế tơng tự cơ chế tự
nhân đôi của ADN VK
+ Dựa vào cơ sở vật chất của VK chủ , ADN tái
tổ hợp sẽ thực hiện sao mã qua xúc tác của
enzim polimeraza và sau đó tham gia vào quá
trình giải mã để tổng hợp nên các prôtêin do nó
mang tính trạng
+ Do VK có chế độ phân chia cực nhanh, nên
ADN tái tổ hợp trong chúng cũng nhân đôi
nhanh chóng cho phép sản xuất 1 lợng prôtêin
tơng ứng rất lớn đem lại hiệu quả kinh tế rất
cao
ADN tái tổ hợp đợc phân phối cho các tế bào con khi
phân bào hoặc di chuyển vào tế bào vi khuẩn khác bằng
cách xuyên qua màng tế bào (Cơ chế biến nạp) Một số
plasmit có khả năng đính vào NST của TBVK nhận
Tế bào nhận đợc dùng phổ biến là VK E.coli do khả năng sinh sản của nó
Tế bào E.coli cứ 30 phút sinh sản 1 lần Sau
ruột
- Vai trò của plasmit trong KTDT?
Plasmit nhận đoạn ADN của TB cho tạo
thành plasmit mang ADN tái tổ hợp
Plasmit mang ADN tái tổ hợp đi vào TB
nhận
Trang 4Chơng IV-ứng dụng DTH vào CG-Đ5.Kỹ thuật di truyền- Biên soạn: Nguyễn Văn Vu
Trong TB nhận, plasmit mang ADN tái tổ
hợp này tồn tại và tự nhân đôi độc lập với ADN
trong NST ở 1 số plasmit có khả năng cấy
đoạn ADN tái tổ hợp vào ADN NST của TB
nhận
- Phân biệt ADN của NST và ADN của
plasmit?
+ Giống nhau: Đều có cấu trúc là các nuclêôtit
và có khả năng tự nhân đôi đúng mẫu
+ Khác nhau:
Trong nhân TB (ở SV
có nhân)
Trong TBC của VK
nhiều Không làm thể
truyền các gen
Có thể làm thể truyền các gen từ TB cho
đến TB nhận
- Trong KT cấy gen ngời ta còn dùng thể thực khuẩn làm thể truyền
- Thể thực khuẩn là gì? (Thể thực khuẩn
là những vi rút ký sinh trong các TBVK)
Thờng dùng thể thực khuẩn lambđa để
chuyển gen vào VK ADN của thể thực khuẩn
lambđa chứa khoảng 5 nghìn cặp nucleotit
Tiến trình nh sau :
+ Dùng enzim cắt giới hạn cắt 1 đoạn của ADN
thể cho (tơng ứng với 1 hay 1 số gen) và 1 đoạn
ADN tơng ứng ở ADN của thể thực khuẩn
lambđa nhằm tạo các đầu nối ăn khớp với
nhau
ADN thực khuẩn thể ADN TB cho
Ecắt
(1) (2)
+ Sử dụng enzim nối để gắn đoạn ADN thể cho
vào ADN của thể thực khuẩn tạo thành ADN
tái tổ hợp
+ Cho thực khuẩn thể mang ADN tái tổ hợp
xâm nhập vào TB VK nhận nh E.coli
trên đĩa petri để phân lập các dòng VK có
mang ADN tái tổ hợp bằng cách căn cứ các vết
tan trên đĩa thạch petri
E nối
ADN tái tổ hợp (lai) ↓
Hỗn hợp ADN lai và E.coli
Vết phân lập trên đĩa petri
Sơ đồ cấy gen nhờ thực khuẩn thể
II ứng dụng KT di truyền
Dùng KTDT để tạo ra các chủng VSV
có khả năng SX 1 số lợng rất lớn các chế phẩm sinh học có hoạt tính cao nh: axit amin, prôtêin, VTM, E, hoocmon, kháng sinh
Trang 5Chơng IV-ứng dụng DTH vào CG-Đ5.Kỹ thuật di truyền- Biên soạn: Nguyễn Văn Vu
Ngời ta đã nắm đợc cấu trúc của nhiều loại
hoocmôn (hoocmôn tuyến giáp, trên thận )
nhng việc tổng hợp hoá học của các hoocmôn
này rất tốn kém ứng dụng KTDT, ngời ta đã
cắt tách gen mã hoá cấu trúc của hoocmôn cấy
vào VK để chúng SX ra hoocmôn đó Đã có dự
án XDXN hoocmôn bằng plasmit VK , có thể
đạt hiệu suất 2mg hoocmôn/25g sinh khối VK
VD1: Insulin là hoocmôn của tuyến tuỵ nội
tiết, có chức năng điều hoà lợng gluco trong
máu Cơ thể thiếu insulin dẫn đến bệnh đái
tháo đờng Chuyển gen tổng hợp hoocmôn
insulin của ngời vào VK E.coli đã tổng hợp ra
1 số lớn insulin để chữa bệnh đái tháo đờng
cho ngời với giá thành rẻ hơn rất nhiều
+ Tạo chủng VK Ecoli có khả năng tổng hợp insulin để chữa bệnh đái tháo đòng nhờ chuyển gen mã hoá hoocmôn insulin của ngời vào VK
VD2: Hoocmôn somatostatin do vùng dới
đồi thị của não ngời và ĐV SX có vai trò điều
hoà hoocmon sinh trởng và insulin đi vào máu
Gen mã hoá somatostatin đợc tổng hợp trong
phòng thí nghiệm, đợc gắn vào ADN plassmit
cấy vào E.coli Với 7.5l VK E.coli nuôi cấy ,
SX đợc 5mg somatostatin nguyên chất, để có
l-ợng somatostatin này phải chiết tách từ não của
nửa triệu con cừu
+ SX somatostatin bằng KT plasmit.
+ Tạo các chủng VK SX kháng thể miễn
dịch cúm, VK SX hoocmon sinh trởng, interferon
Interferon đợc tổng hợp trong các TB
ĐVCXS và ngời, có vai trò bảo vệ cơ thể
chống virut Trớc đây interferon đợc tách từ
bạch cầu, dùng chống cúm, chữa viêm gan rất
đắt Ngời ta đã tách dòng gen interferon từ cơ
thể sống và ghép vào ADN plasmit, đa vào VK
E.coli SX interferon đa ra thị trờng từ năm
1982
Một số chủng VK có khả năng cắt mạch
cácbua hiđro dầu mỏ ở những vị trí xác định
Bằng KT cấy gen, ngời ta đã tổ hợp 4 gen của 4
chủng VK khác nhau vào cùng 1 chủng và sử
dụng chủng VK này để phá huỷ lớp dầu mỏ bị
loang trên mặt biển khi đắm tàu chở dầu
+ Tạo các chủng VK làm sạch nớc thải công nghiệp, nớc thải công rãnh thành phố.
+ Tạo chủng VK SX các loại kháng sinh
Nhóm xạ khuẩn có khả năng tổng hợp các
loại kháng sinh quý nhng với tốc độ rất chậm
nên giá thành cao Để khắc phục ngời ta cấy
gen tổng hợp kháng sinh của xạ khuẩn vào các
chủng VK dễ nuôi và có tốc độ sinh sản nhanh,
từ đó tạo ra một lợng chất kháng sinh rất lớn
với giá thành rẻ
- Dùng KTDT để chuyển gen từ SV này sang SV khác từ đó tạo ra những giống vật nuôi, cây trồng mang các gen quy
định các tính trạng mong muốn
DT giữa các loài mà với phơng pháp lai hữu
tính truyền thống không thể thực hiện đợc
+ Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ từ loài thuốc lá cảnh petunia vào cây bông và cây đỗ tơng ( 1909)
Trang 6Chơng IV-ứng dụng DTH vào CG-Đ5.Kỹ thuật di truyền- Biên soạn: Nguyễn Văn Vu
+ Cấy gen quy định khả năng chống đợc một số chủng virut vào một giống cây khoai tây ( 1990)
giống hoặc gây ĐB nhân tạo Nghĩa là tác động
vào vật liệu DT ở cấp độ cơ thể hay TB thì ngày
nay đã có thể chủ động gây những biến đổi
yếu của KT cấy gen.
dị
