PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẦN SỐ TRAO ĐỔI TRONG PHÉP LAI PHÂN TÍCH 3 CẶP TÍNH TRẠNG

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÌNH DƯƠNGTRƯỜNG THPT LÊ LỢI ----*---- SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẦN SỐ TRAO ĐỔI CHÉO ĐƠN, TẦN SỐ TRAO ĐỔI CHÉO KÉP TRONG PHÉP LAI PH

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÌNH DƯƠNG

TRƯỜNG THPT LÊ LỢI

*

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẦN SỐ TRAO ĐỔI CHÉO ĐƠN, TẦN SỐ TRAO ĐỔI CHÉO KÉP TRONG

PHÉP LAI PHÂN TÍCH 3 CẶP TÍNH TRẠNG

I ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Tính cấp thiết của đề tài

Sinh học là môn khoa học thực nghiệm có ứng dụng rộng rãi ở hầu hết cáclĩnh vực của đời sống xã hội cũng như trong sản xuất Trong quá trình giảng dạy,song song với nhiệm vụ giảng dạy kiến thức thì việc rèn luyện cho học sinh kĩnăng giải bài tập là nhiệm vụ rất quan trọng

Trong chương trình sinh học có rất ít tiết bài tập và thời lượng mỗi tiết dạytrên lớp nội dung lý thuyết nhiều nên hầu hết giáo viên không thể hướng dẫn kỹcho học sinh phương pháp giải bài tập, đặc biệt là những dạng bài tập khó

Bài tập xác định tần số trao đổi chéo trong các bài toán lai 3 cặp tính trạng làtương đối khó đối với học sinh và thường gặp trong các đề thi Olympic, học sinhgiỏi tỉnh, học sinh giỏi quốc gia và cả đề thi Đại học - Cao đẳng Ví dụ đề thiOlympic quốc tế năm 2008, phần B câu số 14 hay câu 35 xác định trật tự phân bốcác gen trong đề thi đại học năm 2009, mã đề 462

Trong năm học vừa qua khi được Tổ chuyên môn phân công nhiệm vụ bồidưỡng học sinh giỏi 12, khi dạy cho học sinh phần này bản thân tôi đã thu thậpnhiều nguồn tài liệu khác nhau Tuy nhiên các tài liệu sinh học hầu hết nói rõphương pháp xác định tần số trao đổi chéo trong trường hợp 2 cặp gen, rất ít thấy

đề cập đến việc xác định tần số trao đổi chéo đơn và tần số trao đổi chéo kép trongphép lai 3 cặp gen hoặc chỉ đưa ra phương pháp chung chung không rõ ràng Mặtkhác nhiều nguồn tài liệu giải theo các cách khác nhau điều này đã gây sự lúngtúng cho học sinh khi gặp phải dạng bài này

Xuất phát từ những lý do đó tôi chọn đề tài “Phương pháp xác định tần số

trao đổi chéo đơn, tần số trao đổi chéo kép trong phép lai phân tích 3 cặp tính trạng”

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu xây dựng công thức tìm các chỉ số để giảibài toán của hoán vị 3 cặp gen mà nhiều giáo viên và học sinh thắc mắc

1 Tần số trao đổi chéo đơn giữa 2 gen liền kề

2 Tần số trao đổi chéo kép quan sát được - thực tế

3 Tần số trao đổi chéo kép lý thuyết

4 Khoảng cách giữa 2 gen liền kề trên bản đồ gen

5 Khoảng cách giữa 2 gen đầu mút trên bản đồ gen

Trong đề tài tập trung tìm hiểu ở ba dạng toán trong phép lai phân tích:

+ Trao đổi chéo đơn tại một điểm

+ Trao đổi chéo đơn tại hai điểm và không có trao đổi chéo kép

+ Trao đổi chéo đơn tại hai điểm và có xảy ra trao đổi chéo kép

3 Đối tượng và thời gian nghiên cứu

- Đối tượng:

Đề tài tập trung nghiên cứu về cách xác định tần số trao đổi chéo đơn và tần sốtrao đổi chéo kép

- Thời gian nghiên cứu:

Đề tài này được áp dụng nghiên cứu trong năm học 2013 – 2014

4 Phương pháp nghiên cứu

- Qua nghiên cứu đề thi quốc gia, đề thi Olympic, đề thi học sinh giỏi tỉnh, đề thiĐại học - Cao đẳng nhiều năm qua dành cho môn Sinh học về các bài tập liên quanđến tần số trao đổi chéo

- Dựa vào kết quả khảo sát dạng bài này ở các em học sinh đội tuyển học sinhgiỏi, tham gia thi Đại học năm học 2012 – 2013 và ôn thi Đại học - Cao đẳng năm

2013 - 2014

- Qua nghiên cứu, tham khảo các tài liệu có liên quan

- Phương pháp chuyên gia

- Từ thực tế giảng dạy môn Sinh học, ôn thi học sinh giỏi tỉnh và ôn thi Đại học –

- Dựa trên cơ sở của quá trình giảm phân và những biến đổi bất thường xảy trongquá trình giảm phân tôi đã phân loại các dạng có hệ thống, đúc kết phương phápgiải chính xác, dễ hiểu, dễ vận dụng Đối với mỗi dạng bài tập đều có phươngpháp làm, ví dụ áp dụng

5 Giới hạn nghiên cứu

Đề tài chỉ nghiên cứu cách xác định tần số trao đổi chéo đơn và tần số trao đổichéo kép trong phép lai phân tích 3 cặp tính trạng, 3 cặp gen cùng nằm trên mộtcặp NST thường

II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1.Cơ sở lí luận

Di truyền liên kết là sự di truyền mà trong đó, các tính trạng có phụ thuộcvào nhau; quá trình di truyền của tính trạng này kéo theo sự di truyền các tính trạngkhác Nguyên nhân của di truyền liên kết là do các gen quy định các tính trạngkhác nhau phân bố trên cùng một nhiễm sắc thể (NST) Qúa trình này có thể cácgen sẽ liên kết hoàn toàn hoặc không hoàn toàn

Khi các gen liên kết không hoàn toàn xảy ra hiện tượng trao đổi chéo trongquá trình giảm phân hình thành giao tử ở kỳ đầu I của giảm phân I Trong đó cótrường hợp xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm hoặc xảy ra 2 trao đổi chéo đơnnhưng không có trao đổi chéo kép; cũng có lúc vừa có 2 trao đổi chéo đơn lại cóthêm 1 trao đổi chéo kép Ở đây, trong phạm vi nghiên cứu chỉ xét trao đổi chéokép giữa 2 crômatit không chị em trong cùng một cặp NST đồng dạng ở kỳ đầugiảm phân I

Thường thì sự trao đổi chéo ở một chỗ làm giảm xác suất trao đổi chéo thứhai gần kề nó, đó là hiện tượng nhiễu (I) Để đánh giá kết quả người ta dùng hệ sốtrùng hợp (C)

Trong hầu hết tài liệu chỉ đề cập đến quá trình trao đổi chéo ở 2 cặp genhoặc 3 cặp gen nằm trên 2 cặp NST thường khác nhau; rất ít tài liệu viết về trườnghợp 3 cặp gen cùng liên kết trên một NST có xảy ra trao đổi chéo, đặc biệt là traođổi chéo kép

2 Cơ sở thực tiễn

Nghiên cứu vấn đề này tôi nhận thấy ngoài việc các tài liệu ít đề cập mà thậm chícác tác giả nêu những quan điểm khác nhau, nhất là khi có 2 chéo đơn và 1 chéokép

Theo giáo trình Di truyền học tập 2 của Phan Cự Nhân (chủ biên), Nguyễn Minh

Công, Đặng Hữu Lanh (1999), NXB Giáo dục, khoảng cách trên bản đồ gen của

2 gen AB = tần số trao đổi chéo đơn A/B + ½ tần số trao đổi chéo kép (cách 1) Nhưng theo Ngô Văn Hưng (chủ biên), Vũ Đức Lưu, Chu Văn Mẫn, Phạm Văn

Lập trong tài liệu Hướng dẫn thực hiện chương trình, sách giáo khoa lớp 12 môn

Sinh học (2008), NXB Giáo dục; Vũ Đức Lưu trong tài liệu Sinh vật 12 chuyênsâu tập 1 (2009), NXB Đại học Quốc gia Hà Nội; Hoàng Trọng Phán trong giáo

trình Di Truyền học (2006), NXB Đà Nẵng thì khác, khoảng cách trên bản đồ

gen của 2 gen AB = tần số trao đổi chéo đơn A/B + tần số trao đổi chéo kép (cách 2)

Từ đó có những công thức tính khác nhau về tần số hoán vị kép lý thuyết và hệ số

trùng hợp

Đặc biệt ở Hà Tĩnh trong 2 cuốn tài liệu của Phan Khắc Nghệ đã xuất bản, mộtcuốn là Phương pháp giải nhanh bài tập di truyền, NXB Giáo dục Việt Nam viếttheo cách 1 (câu 8, trang 99); một cuốn là Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Sinh học

12 (2013), NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, thì giải theo quan điểm của cách 2 (bài

11, trang 108) Điều này gây không ít khó khăn cho giáo viên và học sinh trongquá trình ôn luyện Với trách nhiệm của một người trực tiếp giảng dạy khi học sinhthắc mắc tôi quyết đi tìm đáp số cho các em

Từ việc thu thập và nghiên cứu nhiều nguồn tài liệu khác nhau tôi nhận thấynhững cuốn sách nếu lấy nguồn tài liệu tham khảo theo cuốn Phan Cự Nhân là giảitheo cách 1; những tài liệu có nguồn tham khảo theo Ngô Đức Hưng giải theo cách

2 Vì vậy tôi đã trao đổi với Thầy Hoàng Trọng Phán (Giảng viên chính - KhoaSinh học - Trường ĐHSP Huế) về vấn đề này, theo Thầy hầu hết các cuốn ditruyền học ở Việt Nam được xuất bản đều dựa trên những bản dịch từ sách nướcngoài như bản dịch do Phan Cự Nhân trong tài liệu Di truyền học động vật củaF.B.Hutt (1978), NXB Khoa học và Kỹ thuật, tất cả đều giải theo cách thứ 2 vàtrong nhiều cuốn tài liệu của mình về di truyền học Hoàng Trọng Phán cũng viếtvới quan điểm cách 2

Nhìn nhận từ nhiều khía cạnh tôi đã tổng hợp và xây dựng công thức theoquan điểm của cách 2

3 Phương pháp xác định giao tử

1 Trường hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường, xảy

ra liên kết hoàn toàn giảm phân bình thường cho 2 loại giao tử có tỉ lệ bằng nhau

Ví dụ: Cơ thể có kiểu gen giảm phân cho 2 loại giao tử: ABD = abd =

2 Trường hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường, xảy

ra trao đổi chéo đơn tại 1 điểm với tần số f giảm phân bình thường sẽ cho 4

trong đó có 2 loại giao tử liên kết có tỉ lệ bằng nhau ( ), 2 loại giao

2 f

tử có gen hoán vị có tỉ lệ bằng nhau (

3 Trường hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường, xảy

ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm với tần số f1 và f2 (f1 > f2), không xảy ra trao đổi chéo kép giảm phân bình thường sẽ cho 6 loại giao tử trong đó có 2 loại giao tử

Giải

Tỷ lệ 2 loại giao tử liên kết ABD = abd = (100% - 20% -30%) / 2 = 25%

Tỷ lệ 2 loại giao tử Abd = aBD = 30% / 2 = 15%

Tỷ lệ 2 loại giao tử ABd abD = 20% / 2 = 10%

4 Trường hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường,

xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm với tần số f1 và f2 (f1 > f2), có xảy ra trao đổichéo kép với tần số f3 giảm phân bình thường sẽ cho 8 loại giao tử trong đó có 2

loại giao tử chiếm tỉ lệ cao ( ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ vừa

Tần số trao đổi chéo kép lý thuyết là 0,3 x 0,2 = 0,06

Hệ số trùng hợp = Tần số trao đổi chéo kép thực tế / tần số trao đổi chéo kép lýthuyết = 0,7 => tần số trao đổi chéo kép thực tế = 0,7 x 0,06 = 0,042

 tỉ lệ giao tử trao đổi chéo kép thực tế AbD = aBd = 0,042 / 2 = 0,021

Tần số trao đổi chéo đơn giữa A và B là: 0,3 – 0,042 = 0,258

 tỉ lệ giao tử aBD = Abd = 0,258 / 2 = 0,129

Tần số trao đổi chéo đơn giữa B và D là: 0,2 – 0,042 = 0,158

 tỉ lệ giao tử ABd = abD = 0,158 / 2 = 0,079

 tỉ lệ giao tử liên kết hoàn toàn

ABD = abd = [1- (0,042 + 0,258 + 0,158)] / 2= 0,271

4 Phương pháp xác định trật tự gen trên NST

a Trường hợp chỉ xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm

Ví dụ: Xét phép lai phân tích một cá thể mang 3 cặp gen dị hợp Aa, Bb, Dd

P: A-B-D- x aabbdd => Fa: Thu được 4 loại kiểu hình

Dựa vào nhóm kiểu hình có tỉ lệ cao để xác định nhóm gen nằm trên cùng 1NST Dựa vào nhóm kiểu hình có tỷ lệ thấp ở đời con lai để xác định hoán vị xảy

ra ở vị trí nào (gen nào)

b Trường hợp chỉ xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm, không xảy ra trao đổi chéo kép

Ví dụ: Xét phép lai phân tích một cá thể mang 3 cặp gen dị hợp Aa, Bb, Dd

P: A-B-D- x aabbdd => Fa: Thu được 6 loại kiểu hình

Dựa vào 2 kiểu hình có tỉ lệ cao để xác định nhóm gen nằm trên cùng 1NST

Xét 2 kiểu hình có tỉ lệ vừa nếu thấy có 2 cặp tính trạng luôn đi cùng vớinhau giống như kiểu hình có tỉ lệ cao thì 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng liênkết hoàn toàn với nhau với nhau Sự xuất hiện 2 kiểu hình này là do trao sự đổichéo giữa cặp gen quy định cặp tính trạng còn lại Cặp gen này nằm ở đầu mút củaNST

Tương tự xét 2 kiểu hình có tỉ lệ bé nếu thấy có 2 cặp tính trạng luôn đi cùngvới nhau giống như kiểu hình có tỉ lệ cao thì 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạngliên kết hoàn toàn với nhau Sự xuất hiện 2 kiểu hình có tỉ lệ bé là do trao sự đổichéo giữa cặp gen quy định cặp tính trạng còn lại Cặp gen này cũng nằm ở đầu

mút còn lại của NST => Kiểu gen cơ thể đem lai

c Trường hợp chỉ xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm, có xảy ra trao đổi chéo kép

Ví dụ: Xét phép lai phân tích một cá thể mang 3 cặp gen dị hợp Aa, Bb, Dd

P: A-B-D- x aabbdd => Fa: Thu được 8 loại kiểu hình

Dựa vào 2 kiểu hình có tỉ lệ cao để xác định nhóm gen nằm cùng phía trên 1NST

Xét 2 kiểu hình có tỉ lệ vừa nếu thấy có 2 cặp tính trạng luôn đi cùng vớinhau giống như kiểu hình có tỉ lệ cao thì 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng liênkết hoàn toàn với nhau với nhau Sự xuất hiện 2 kiểu hình này là do trao sự đổichéo giữa cặp gen quy định cặp tính trạng còn lại Cặp gen này nằm ở đầu mút củaNST

Tương tự xét 2 kiểu hình có tỉ lệ bé nếu thấy có 2 cặp tính trạng luôn đi cùngvới nhau giống như kiểu hình có tỉ lệ cao thì 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạngliên kết hoàn toàn với nhau Sự xuất hiện 2 kiểu hình này có tỉ lệ bé là do trao sựđổi chéo giữa cặp gen quy định cặp tính trạng còn lại Cặp gen này nằm ở đầu mútcòn lại của NST => Kiểu gen cơ thể đem lai

Ta có thể dựa vào 2 kiểu hình có tỉ lệ rất bé để xác định kiểu gen cơ thể đem lai như sau: Hai kiểu hình có tỉ lệ rất bé tạo thành là do sự trao đổi chéo đồng thời của 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng ở 2 đầu mút, căn cứ vào nhóm gen liên kết

quy định 2 kiểu hình có tỉ lệ cao ta xác định kiểu gen cơ thể đem lai

5 Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo đơn, tần số trao đổi chéo kép trong phép lai phân tích 3 cặp tính trạng

(Trong trưường hợp một gen quy định 1 tính trạng,các gen nằm trên NST thường)

a Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo đơn xảy ra tại 1 điểm *

Phương pháp:

Trước hết ta xét tỉ lệ kiểu hình ở thế hệ sau, nếu phép lai kết quả thu đượcgồm 4 loại kiểu hình trong đó có 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ cao và có 2loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ thấp Khẳng định đây là phép lai phân tíchtuân theo quy luật hoán vị gen và xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm trongnhóm gen liên kết

Trường hợp 1: Nếu bài toán cho biết tỉ lệ giao tử

Tính tần số trao đổi chéo: f = Tổng tỉ lệ % 2 loại giao tử có tỉ lệ thấp

Trường hợp 2: Nếu bài toán cho biết dưới dạng số lượng (hoặc tỉ lệ % kiểu

hình)

Tính tần số trao đổi chéo: f = Tổng tỉ lệ % 2 loại kiểu hình có tỉ lệ thấp Hoặc

f = (Tổng số cá thể của 2 loại kiểu hình chiếm số lượng thấp) / (Tổng số cáthể thu được Fa)

, quăn Cho F1 lai với cơ thể khác được F2 có tỉ lệ kiểu hình :

41,75% Chân cao, lông dài, quăn 41,75% Chân thấp, lông ngắn, thẳng 8,25% Chân cao, lông ngắn, thẳng 8,25% Chân thấp, lông dài, quănHãy biện luận và viết sơ đồ lai từ P đến F2

Biết rằng mỗi gen quy định một tính trạng, các gen đều nằm trên NST thường

(Bài 12, trang 348, tuyển tập 234 bài tập sinh học, Nguyễn Văn Sang, NXB Đại

học quốc gia TP HCM)

Giải

- Ta thấy ở F2 gồm 4 loại kiểu hình đôi một bằng nhau => 3 cặp gen đang xétcùng nằm trên cùng 1 cặp NST thường Đây là phép lai phân tích tuân theoquy luật hoán vị gen và xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm trong nhómgen liên kết - Hai loại kiểu hình có tỉ lệ cao là do giao tử có gen liên kếthoàn toàn tạo thành nên các gen quy định các tính trạng Chân cao, lôngdài, quăn nằm trên cùng 1 NST và các gen quy định các tính trạng Chânthấp, lông ngắn, thẳng nằm trên cùng 1 NST Các tính trạng lông dài, quăncũng như lông ngắn, thẳng luôn được di truyền cùng nhau, điều đó chứng

tỏ các gen quy định các tính trạng này ở trạng thái liên kết hoàn toàn, còntrao đổi chéo xảy ra giữa cặp gen quy định chiều cao chân (Aa)

b Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo đơn xảy ra tại 2 điểm và không

có trao đổi chéo kép

*Phương pháp:

Ta xét tỉ lệ kiểu hình ở thế hệ sau, nếu kết quả phép lai thu được gồm 6 loại

kiểu hình trong đó có 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ cao và có 2 loại kiểuhình bằng nhau chiếm tỉ lệ vừa, có 2 kiểu hình còn lại bằng nhau chiếm tỉ lệ bé.Khẳng định đây là phép lai phân tích tuân theo quy luật hoán vị gen và xảy ra trao

đổi chéo đơn tại 2 điểm và không có trao đổi chéo kép

Trường hợp 1: Nếu bài toán cho biết tỉ lệ giao tử

Tính tần số trao đổi chéo đơn giữa 2 gen liền kề:

f1 = Tổng tỉ lệ % 2 loại giao tử có tỉ lệ vừa f2

= Tổng tỉ lệ % 2 loại giao tử có tỉ lệ bé

Trường hợp 2: Nếu bài toán cho biết dưới dạng số lượng (hoặc tỉ lệ % kiểu hình)

Tính tần số trao đổi chéo đơn giữa 2 gen liền kề:

f1 = Tổng tỉ lệ % 2 loại kiểu hình có tỉ lệ vừa

Hoặc f1 = (Tổng số cá thể của 2 loại kiểu hình chiếm số lượng vừa) / (Tổng số cá thể thu được Fa) f2 = Tổng tỉ lệ % 2 loại kiểu hình

tròn, ngọt Cho F1 lai phân tích thu được kiểu hình như sau:

110 cây quả đỏ, tròn, ngọt 66 cây quả vàng, dẹt, ngọt

108 cây quả vàng, dẹt, chua 18 cây quả đỏ, dẹt, ngọt

68 cây quả đỏ, tròn, chua 20 cây quả vàng, tròn, chua