Đề cương môn sản xuất giống cây trồng

Quần thể là một nhóm cá thể sống trong một khoảng không gian xác định có những đặc điểm sinh thái đặc trưng như là mật độ, sức sinh sản, khả năng thích ứng với các điều kiện sinh thái củ

Đề 1

Câu 1 Gen sinh vật nhân chuẩn có cấu trúc như thế nào? Ý nghĩa của nó?

1 Khái niệm gen:

Gen là một đoạn ADN mã cho một sản phẩm cần thiết đối với hoạt động sống của tế bào Gen -> protein, rARN, tARN và các loại ARN khác tham gia kiểm soát hoạt động của genome

2 Cấu trúc gen:

Gồm hai vùng:

• Vùng DNA điều khiển : nằm trước các đoạn gen mang mã, bắt đầu từ -1, gồm các vị trí:

– Promoter: nhận biết và liên kết với enzim RNA

polymerase Promoter thường nằm ngay trước vị trí +1 của gen (vị trí Nu đầu tiên được phiên mã sang ARN) Ở

procaryota: nằm khoảng từ -35 -> -10, ở eucaryota từ -25 (-30) -> - 75(-90)

– Vị trí hoạt hóa (A) hoặc vị trí ức chế (O): được nhận biết

bởi các Pr điều khiển, chúng có thể liên kết với AND hoặc ARN pol làm tăng cường hoặc kìm hãm hoạt động của gen trong sao mã

 Vùng DNA mang mã di truyền : Là đoạn AND được phiên mã sang mRNA theo chiều 5’ à 3’ trên sợi đang tổng hợp (bd từ +1) Gồm:

 Vùng 5’ và 3’ không dịch mã: liên quan tính bền vững của

mRNA; tham gia kiểm soát dịch mã

+TT không dịch mã đầu 5’ (5’UTR): tính từ Nu phiên mã đầu tiên đến bộ 3 Nu khởi đầu dịch mã (AUG hoặc GUG).

+ TT không dịch mã đầu 3’ (3’ UTR): tính từ một trong 3 codon dừng dịch mã đến hết trình tự kết thúc phiên mã

 Khung đọc mở:

• Phần DNA của gen mã hóa tạo chuỗi polypeptide

• Bắt đầu bằng một codon khởi đầu (AUG hoặc GUG) và kết thúc bằng một trong 3 mã kết thúc là UAA/UAG/UGA.

• Mỗi bộ 3 Nu của khung đọc mở tương ứng với một codon mã hóa cho một aa.

• Đọc từ đầu 5’ -> 3’, đọc theo phân tử mRNA, đọc từng mã một, đọc không chồng chéo và đọc cho đến tận mã kết thúc thì dừng lại

3 Ý nghĩa

Chức năng của gen thể hiện ở 3 quá trình:

• Tái bản DNA

• Phiên mã tạo ra mRNA, hoặc rRNA hay tRNA

• Dịch mã hoặc sinh tổng hợp protein dựa trên khuôn mRNA xuyên qua ribosome để lắp ráp các amino acid nhờ các tRNA vận chuyển đến

Câu 2 Khái niệm về thích ứng phát triển cá thể và thích ứng quần thể, mối quan hệ giữa chúng Phân tích khái niệm : khả năng thích ứng chung và thích ứng đặc thù.

Quần thể là một nhóm cá thể sống trong một khoảng không gian xác định

có những đặc điểm sinh thái đặc trưng như là mật độ, sức sinh sản, khả năng thích ứng với các điều kiện sinh thái của môi trường xung quanh… Như vậy

khả năng thích ứng chung của quần thể cũng là khả năng thích ứng của mỗi cá thể trong quần thể Mỗi cá thể đều mang những đặc điểm chung của quần thể

Trong sự thích ứng tiến hóa của sinh vật có những nguyên tắc và trật tự nhất định Trước áp lực chọn lọc phần lớn các cá thể của quần thể bị chết, số còn lại phát sinh những đột biến với gen mới được hình thành Những cá thể này sẽ sinh sản và những gen mới được truyền cho hậu thế Các cá thể với gen mới này ngày càng đông đảo và quần thể tồn tại trước áp lực của chọn lọc

Ví dụ: sự tiến hóa thích nghi kháng thuốc trừ sâu và kháng sinh gặp phổ biến Sự kháng thuốc ở vi khuẩn gây bệnh cho người, khi quần thể vi khuẩn gặp một thứ thuốc đặc biệt hầu hết chúng bị chết Đôi khi quần thể có một số cá thể

có đột biến kháng thuốc chúng sống lâu hơn và sinh sôi nảy nở nhanh chóng Người ta thấy ở plasmid có những gen kháng thuốc kháng sinh Những gen này được sao lại ở hậu thế và lan tràn trong quần thể chẳng bao lâu trở thành phổ biến

Như vậy hệ thống thích ứng cá thể và quần thể có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, các cá thể trong quần thể mang những đặc tính thích ứng chung của quần thể, còn khả năng thích ứng đặc thù của một số cá thể trong quần thể khi điều kiện môi trường thay đổi lại tạo ra một quần thể mới có những đặc điểm tiến bộ hơn, là cơ sở cho sự tiến hóa của sinh vật Sự thích ứng đã mở ra khả năng cho sự tồn tại và phát triển của sinh vật Những sự thích ứng xuất hiện luôn là kết quả của chọn lọc tự nhiên đối với những loại gen khác nhau được sinh ra một cách ngẫu nhiên

Trải qua quá trình tiến hóa, dưới tác động của chọn lọc tự nhiên, sinh vật

đã hình thành những đặc điểm thích ứng với môi trường Sinh vật đa dạng phong phú như hiện nay là nhờ phát sinh các biến dị và tích lũy dần qua các thế

hệ để thích nghi với môi trường luôn biến đổi Quá trình thích ứng của sinh vật với môi trường rất lâu dài và phức tạp, bao gồm các giai đoạn: phôi, chưa trưởng thành và trưởng thành Phản ứng lại trước tác động của môi trường, sự

thích ứng của môi trường thể hiện rất đa dạng: thích ứng sinh lý, hình thái, màu sắc, thích ứng giữa loài này với loài khác…

- Khả năng thích ứng chung: là khả năng thích ứng của một loài sinh vật với môi trường sống thay đổi

Trong mọi điều kiện môi trường (thuận lợi, bất lợi…) ta đều có đánh giá giống nhau trên các chỉ tiêu về sinh trưởng và sinh sản để xác định mức độ thích ứng của quần thể thực vật với điều kiện môi trường nghiên cứu Các hệ thống gen kiểm soát các chỉ tiêu trên quyết định tiềm năng thích ứng chung của quần thể

- Khả năng thích ứng đặc thù là khả năng thích ứng riêng biệt của một hay một nhóm cá thể sinh vật với một điều kiện nhất định của môi trường sống

Trong mỗi một môi trường cụ thể ta đánh giá những biểu hiện tính trạng đặc thù biểu hiện trong những môi trường cụ thể để nói lên khả năng thích ứng của quần thể trong môi trường nghiên cứu Những biểu hiện đặc thù đó phản ánh khả năng thích ứng đặc thù

Ví dụ: tất cả các loài lúa nước đều có khả năng sống trong điều kiện đất

có nước đó là khả năng thích ứng chung Cây lúa đều có chung đặc điểm để thích ứng với điều kiện đất ngập nước: thân nhỏ chia nhiều lóng đốt, thân có nhiều ống xốp nhỏ để dẫn khí xuống cho rễ hô hấp, lúa có khả năng đẻ nhánh chứ không phân cành Có một số giống có khả năng chịu mực nước cao ngập đó

là khả năng thích ứng đặc thù của giống đó Các lóng thân của giống lúa này có khả năng vươn dài theo chiều cao của mực nước dâng lên giúp cây lúa vẫn quang hợp được và lấy được oxi từ không khí

Khi cơ thể sinh vật gặp một sự cố nào đó mà ảnh hưởng đến khả năng thích ứng chung thì làm ảnh hưởng đến khả năng thích ứng đặc thù Khả năng thích ứng đặc thù nằm trong khả năng thích ứng chung

Sự thích ứng được biểu hiện rõ ở hầu hết các bộ phận của sinh vật Ví dụ: Cánh của chim không chỉ thích hợp về mặt đại thể mà còn về chi tiết cấu trúc cho việc bay lượn Hình dạng cánh nói chung tạo nên sức nâng và khi điều

chỉnh thích hợp nó còn giúp cho việc cất và hạ cánh cũng như mức độ bay Các lông vũ bay nhẹ và khỏe, trong khi đó những lông mao nhỏ hơn tạo nên mặt trơn khí động học Ngoài ra các xương hỗ trợ có các thanh chống bên trong làm tăng thêm các đặc tính cơ học mà không phải tăng khối lượng cơ thể Ở hầu hết các loài chim, các cơ để bay thường rất to, khỏe và phần lớn khối lượng của nó tập trung gần gốc cánh, nơi các cơ được bám vào xương ức đã được biến dạng một cách đặc biệt.

Các kiểu hình biểu hiện của sự thích ứng là những biểu hiện phức tạp mang tính chất tổng hợp:

+ Nhóm thích ứng hình thức giải phẫu cấu trúc: biến đổi về giải phẫu cấu trúc để phù hợp với sự thay đổi của môi trường

+ Thích ứng sinh lý: ở điều kiện biến đổi cơ thể tạo nên những cân bằng

về hoạt động sinh lý để sống được trong điều kiện môi trường biến đổi đó

Khi tiếp cận nghiên cứu về khả năng thích ứng cần phân lập rõ ràng các cấu phần tham gia vào thích ứng, tìm gen kiểm soát cấu phần, tìm những cấu phần chủ chốt và những biểu hiện mang tính chất chỉ thị Hệ thống gen dị hợp

tử ưu thế lai làm tăng cường khả năng thích ứng của cơ thể Hệ thống gen kiểm soát thích ứng có mối liên hệ với nhau tạo nên khối đồng thích ứng

- Những yếu tố điều hòa của operon và đặc điểm của chúng

Ở tế bào sinh vật nhân chuẩn, giữa các gen thường được phân tách bởi đoạn lớn AND không tham gia mã hóa ở vùng này phát hiện ra những trật tự AND đóng vai trò điều hòa sự sao mã của gen

1 Promotor( vùng khởi động): Cần phân biệt các promotor của ba loại

ARN- Polymerase

- Cách không xa điểm tạo mũ của gen, đã phát hiện ra trật tự ADN có khả năng khởi động , là nơi gắn vào của ARN polymeraza II để tiến hành sao mã ra các ARNm Khi vung khởi động bị bất hoạt thì sự sao mã bị đình trệ

- Vùng khởi động của các gen do ARN- polymerase III sao mã không nằm ở phía trước gen, mà thường ở bên trong gen đó

- Vùng khởi động của ARN- polymerase I nằm ở phía trước gen ARNr, nhưng chưa hoàn toàn xác định rõ được vị trí, hơn nữa các trật tự AND ở vùng khởi động này ít mang tính chất đặc trưng và biến động mạnh ở các loài

2 Enhancer(vùng tăng cường sao mã)

Nhiều đoạn AND, chúng nằm ở những vị trí khác nhau của gen, có chức năng tiếp nhận thông tin làm tăng cường sao mã, chúng được gọi là vùng tăng cường sao mã

Vùng tăng cường sao mã có những đặc điểm sau:

- Vùng tăng cường sao mã là yếu tố tác động theo hướng đồng, chúng chỉ

có hoạt tính khi nằm trong khối thống nhất chứa gen mà chúng điều khiển

- Vùng tăng cường không có tính hướng, vị trí của chúng có thể thay đổi

mà không ảnh hưởng tới chức năng hoạt động của chúng Vị trí của vùng tăng cường thay đổi rất rộng, có thể ở phía trước gen, hoặc ở sau gen, hay ở trong gen- nằm ở đoạn intron Thường quan sát thấy những vùng tăng cường nằm ở phía trước gen là phổ biến nhất

- Vùng tăng cường không mang tính đặc trưng cho từng gen mà chúng điều khiển, tức chúng có ý nghĩa hầu như cho mọi gen

- Vùng tăng cường có tính chất đặc trưng rất yếu ở góc độ phân loại

- Ở một số trường hợp vùng tăng cường có tính chất đặc trưng cho từng mô của cơ thể đa bào bậc cao

- Một gen có thể mang một số vùng tăng cường

3 Silencer(vùng gây giảm sao mã)

Bên cạnh các enhancer đã phát hiện ra những đoạn AND có tác động ngược lại làm giảm sự sao mã

Tuy nhiên ảnh hưởng hạn chế sao mã của nó có thể bị loại trừ khi có các tác động kích thích, như tác động phức hợp của protein tiếp nhận- hoocmon lên AND Khi tách bỏ vùng gây giảm sao mã thì sự sao mã ở mức độ nào đó, vẫn xảy ra mà không cần có tác động kích thích Các silencer cũng có một số đặc điểm tương tự enhancer

Như vậy bộ máy di truyền là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của tế bào, được thể hiện ở 4 cấp độ bao gồm:

- Cấp độ sợi nhiễm sắc gồm:

+ Tổ chức các gen ở genome

+ Các yếu tố di truyền di động

+ Biến thái cấu trúc sợi nhiễm sắc qua các pha của chu kỳ tế bào

- Cấp độ sao mã(mô hình operon)

- Cấp độ ARNm sơ cấp(cơ chế thành thục hoá)

- Cơ chế dịch mã, tổng hợp protein Các protein có thể tham gia vào các hoạt động trao đổi chất của tế bào, cũng có thể tham gia vào hoạt động của chính bộ máy di truyền

Như vậy, 4 cấp độ này tạo ra gen theo 1 cơ chế điều hoà: đáp ứng nhu cầu

về không gian và thời gian, số lượng và đúng loại sản phẩm

Bộ máy di truyền sinh ra một cơ thể sống thích ứng với điều kiện môi trường trong một phạm vi thích ứng

Tuy nhiên bộ máy di truyền có thể rơi vào trạng thái hoạt động rối loạn do

cơ chế thị trường mà con người đã can thiệp thô bạo vào cơ chế điều hoà của gen

Hậu quả: Cơ thể sinh vật bị rối loạn, dễ bị bệnh virut và dẫn đến chết

Giải pháp:

- Làm lành mạnh hoá thị trường hoocmon trong trồng trọt và chăn nuôi

- Xây dựng cho mỗi đối tượng sự tối ưu hóa cho tăng trọng hợp lý bằng các biện pháp kỹ thuật phù hợp

Câu 2 Các đạng biểu hiện thích ứng, các giai đoạn khủng hoảng Đặc điểm kiểm soát di truyền các biều hiện thích ứng ở cây trồng.

- Các dạng biểu hiện thích ứng

Về nguyên lý cũng sử dụng tiếp cận về biểu hiện tính trạng chất lượng và số lượng nhưng kèm với tư duy biến động, biến đổi so với điều kiện bình thường.

Ta phân ra 2 nhóm biểu hiện thích ứng:

1 Thích ứng hình thái, giải phẫu, cấu trúc: Những biểu hiện về mặt hình thái, giải phẫu, cấu trúc (khác biệt với điều kiện bình thường).

2 Thích ứng sinh lý: là những thay đổi về các hoạt động chức năng sinh lý của thực vật tạo nên những cân bằng mới đáp ứng cho thực vật phát triển ở điều kiện thay đổi (bất thuận).

Những biểu hiện ở 2 góc độ trên mang tính chất rất rõ nét và ổn định, ta có thể coi đó là các chỉ thị áp dụng trong chọn lọc.

- Các giai đoạn khủng hoảng

Trong chu kỳ phát triển cá thể, cơ thể thực vật phải chịu tác động của các yếu tố môi trường biến động Ở một số giai đoạn nào đó trong quá trình phát triển cá thể, thực vật rất mẫn cảm với tác động yếu tố môi trường bất thuận - đó là giai đoạn khủng hoảng Một dạng thực vật được gọi là thích ứng tốt với môi trường cụ thể nào đó (ngoài các thông số đánh giá trên) khi nó tạo ra chu kỳ phát triển cá thể tránh được các tác động bất thuận rơi vào giai đoạn khủng hoảng.

Có một số giai đoạn khủng hoảng sau:

+ Giai đoạn khủng hoảng lớn nhất đó là giai đoạn ra hoa (chuyển

từ sinh trưởng sinh dưỡng sang sinh thực).

+ Giai đoạn cây con 3 lá (chuyển từ dinh dưỡng chủ yếu từ hạt sang dinh dưỡng nhờ đất).

+ Giai đoạn chín sáp (chuyển sang quá trình chín - già hoá).

- Những đặc điểm chung trong nghiên cứu về kiểm soát di truyền của các biểu hiện thích ứng

+ Có tính chất phức tạp, nhiều gen kiểm soát Về mặt kiểu hình (như trên) phải cố gắng phân ra các cấu phần chi tiết (nhiều thông số đánh giá), trong đó cố gắng phát hiện những biểu hiện trọng yếu hoặc mang tính chỉ thị Từ đó ta triển khai các nghiên cứu về kiểm soát di truyền theo từng cấu phần đó Ở mỗi cấu phần cũng phải sử dụng các tiếp cận: định tính hoặc định lượng.

+ Các biểu hiện thích ứng có mối quan hệ với nhau, vì thế phân tích kiểu gen cần quán triệt mối quan hệ này để: một mặt tránh sự xác định kiểu gen chồng chéo, mặt khác phát hiện các khối đồng thích ứng các gen.

+ Vai trò của các hệ thống gen dị hợp tử - tạo nên các hiệu ứng trội (hiệu ứng dị hợp tử) có tác động tích cực nâng cao khả năng thích ứng (đặc biệt là khả năng thích ứng chung) của thực vật Ví dụ các giống lai có khả năng thích ứng rộng hơn, cao hơn các giống thuần,… + Các dạng hoang dại, bán hoang dại có nhiều hệ thống gen quyết định khả năng thích ứng cao hơn Hay nói cách khác là có nhiều hệ

thống gen kiểm soát các khả năng chống chịu, chúng thường sử dụng làm vật liệu chọn giống để khai thác các hệ gen này.

+ Trong nhiều trường hợp các kiểu gen đa bội thể (ví dụ dạng tứ bội) có khả năng thích ứng cao hơn kiểu gen lưỡng bội.

Đề 3.

Câu 1 Tổng quát về các cấp độ và các cơ chế điều hòa hoạt động của gen cho thấy bộ máy di truyền là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của tế bào, ý nghĩa.

Chúng ta đều biết cơ sở tạo nên bộ máy di truyền là gen, mà gen chứa thông tin quy định tổng hợp protein Vậy sự điều hòa tổng hợp protein ở các cơ thể khác nhau là sự điều khiển biểu hiện gen hay nói cách khác là bộ máy di truyền hoạt động theo cơ chế điều hòa

- Khái niệm điều hoà:

+ Định tính: Đáp ứng không gian

Đáp ứng thời gian

+ Định Lượng: đáp ứng liều lượng (nhiều, ít)

1 Cấp độ sợi nhiễm sắc, bao gồm các cơ chế sau:

- Chu kỳ biến thái cấu trúc nhiễm sắc thể, tái tạo sợi nhiễm sắc sau tái bản ADN qua các chu kỳ tế bào

- Tổ chức các gen ở genome, các yếu tố di truyền di động

2 Cấp độ sao mã - theo cơ chế hoạt động của Operon

3 Cấp độ sau sao mã

3.1 Cấp độ sợi ARNm sơ cấp: liên quan đến các cơ chế thành thục hoá 3.2 Cấp độ dịch mã: liên quan đến các cơ chế về tổng hợp Protein ở Ribosome

- Bộ máy di truyền là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của tế bào (tính chất tự điều khiển)

+ Khi có sự can thiệp thô bạo vào quá trình tự điều khiển này có thể dẫn tới hoạt động của bộ máy di truyền bị rối loạn

+Lý thuyết về kiểm chứng sự rối loạn:

Tồn tại của các axit Nucleic xung quanh bộ máy di truyền của tế bào: đó là Virus, khi bộ máy di truyền rơi vào tình trạng rối loạn thì không còn cấp độ cao hơn để điều chỉnh, chỉ còn con đường duy nhất là bị tiêu diệt Yếu tố kiểm chứng: Virus - sẽ xuất hiện bệnh virus mới để tiêu diệt sinh vật

Quán triệt lý thuyết này sẽ hiểu biết được lý thuyết trung trong nông nghiệp điều khiển

Các ý nghĩa ứng dụng trong điều khiển

Câu 2 Quần thể thực vật loài tự thụ phấn có cấu trúc di truyền như thế nào?

Cấu trúc di truyền của quần thể loài tự thụ phấn:

+ Tính chất đồng hợp tử: Sự tự thụ phấn liên tục sẽ dẫn đến đồng hợp tử hóa các kiểu gen Tính di truyền của đời sau thường ổn định, ít phân ly ở dạng đồng hợp tử Dù trong quần thể cây tự thụ phấn vẫn xuất hiện hiện tượng đột

biến và lai giống tự nhiên, xuất hiện kiểu gen dị hợp tử, sau một số đời tự thụ liên tục sẽ dẫn đến tỷ lệ % cây dị hợp tử giảm đi, xấp xỉ bằng 0 còn tỷ lệ đồng hợp tử tăng lên xấp xỉ bằng 1, Mendel đã đưa ra công thức biểu hiện về sự biến động tương đối giữa kiểu gen đồng hợp tử ở một quần thể tự thụ phấn, lúc chưa

có chọn lọc nhân tạo:

(2n – 1) AA : 2Aa : (2n – 1) aaVới n: Số thế hệ quần thể ban đầu (2n = 1)

+ Dòng thuần: là dòng đồng hợp tử về kiểu gen và đồng nhất về một loạt kiểu hình (cấu trúc đồng hợp tử ( 1-1/2n) chiếm đa số đứng cạnh nhau)

+ Sàng lọc cấu trúc đồng hợp tử thích ứng, hạn chế hoặc triệt tiêu gánh nặng di truyền của quần thể

+ Giá trị dị hợp tử tàn dư gồm các nguồn: tự có, bổ sung do giao phấn chéo ngẫu nhiên (Giữa các dòng tự thụ, các thế hệ vẫn thường xảy ra một tỷ lệ giao phấn chéo nhỏ nào đó), đột biến tự nhiên làm cho quần thể bị phân hoá

Các kiểu dị hợp tử xuất hiện vẫn nằm trong quy luật chịu tác động của chọn lọc tự nhiên, chúng vẫn được lưu giữ trong quần thể, mặc dù phương thức

tự thụ phấn kéo theo sự giảm tỷ lệ dị hợp tử đi một nửa qua mỗi thế hệ

Do vậy trong chọn giống, đặc biệt là tạo giống ưu thế lai cần diệt bộ phận đực

để ngăn chặn tự thụ và tăng cường khả năng nhận phấn ngoài từ dòng, giống bố Có thể ứng dụng phương thức khử đực, thụ phấn bằng tay, hoặc sử dụng bất dục đực: bất dục đực nhân, bất dục đực chức năng di truyền nhân (TGMS, PGMS), bất dục đực tế bào chất (CMS)

Đề 4

Câu 1 Ý nghĩa của trạng thái lưỡng bội vật chất di truyền, giải

thích cơ chế tính trội.

•Khái niệm về sinh vật đơn bội và sinh vật lưỡng bội

- Sinh vật đơn bội: vật chất di truyền tồn tại một bản (vi khuẩn, nấm)

- Sinh vật lưỡng bội: vật chất di truyền tồn tại trạng thái đôi (đôi NST tương đồng)

Xen kẽ pha đơn bội và lưỡng bội trong chu kỳ sống của các nhóm sinh vật:

- Sinh vật đơn bội trong chu kỳ sống xuất hiện trạng thái lưỡng bội do hiện tượng tiếp hợp (vi khuẩn), hiện tượng hữu tính (nấm)

- Sinh vật lưỡng bội:

giảm phân giao tử

+ Động vật: 2n 1n, sản phẩn của giảm phân (1n)

(Giảm phân) hình thành nên giao tử đực, cái

•Ý nghĩa của trạng thái lưỡng bội vật chất di truyền

1 Liên quan sinh sản hữu tính - giảm phân, tái tổ hợp tạo đa dạng các tổ hợp giao tử, đa dạng các tổ hợp hợp tử (cơ thể đời sau)