Giáo trình này do ThS.. Hoàng Tr ng Phán ch biên, TS.. Tr ng Th Bích Ph ng và TS... Hi n t ng đa allele multiple allelism 46 II.. Nguyên phân mitosis 76 IV... Các promoter các prokaryo
Trang 2I H C HU
- w(v -
Hoàng Tr ng Phán (Ch biên)
Giáo trình
Hu 2008
Trang 3L i nói đ u
n nay, di truy n h c ra đ i ch m i h n m t tr m n m song nó đã phát tri n v i m t t c đ h t s c nhanh chóng c bi t là, trong vòng 50
n m l i đây k t ngày James Watson và Francis Crick khám phá ra c u trúc phân t DNA, 25/4/1953 S hoàn thành vi c gi i mã di truy n b i hai nhóm nghiên c u c a Marshall Nirenberg và Har Gobind Khorana vào tháng 6 n m 1966 và s ra đ i c a K thu t Di truy n và Công ngh
DNA tái t h p vào gi a th p niên 1970 là hai s ki n n i b t nh t k t
sau khi sinh h c phân t ra đ i K đó, s hoàn t t c a D án B gene
Ng i vào tháng 4 n m 2003 đ c xem là m t trong nh ng k công thám
hi m v đ i nh t c a loài ng i L n đ u tiên con ng i có th đ c đ c
m t cách đ y đ toàn b trình t 3.164.700.000 c p base trong b gene
c a mình T t c nh ng s ki n n i b t này minh ch ng m t đi u r ng: S phát tri n cùng v i nh ng thành t u đ t đ c c a di truy n h c trong th i gian qua qu là vô cùng to l n!
góp ph n đ i m i n i dung giáo trình Di truy n h c theo h ng
c p nh t ki n th c c ng nh ph ng pháp d y và h c b môn b c i
h c, chúng tôi đã tham c u nhi u tài li u khác nhau và n l c biên so n giáo trình trên tinh th n y Chúng tôi hy v ng r ng giáo trình này s đáp
ng đ c ph n nào nhu c u gi ng d y và h c t p c a gi ng viên và sinh viên, và c ng có th s d ng nh m t tài li u tham kh o b ích cho giáo viên Sinh h c các tr ng THPT trong b i c nh đ i m i giáo d c hi n nay
N i dung giáo trình g m ph n M đ u c ng v i 12 ch ng bao quát
các ki n th c đ i c ng c a m t giáo trình Di truy n h c Các ch ng
1-4 đ c p ch y u n i dung thu c Di truy n h c c đi n, các ch ng 5-10
t p trung vào ph n Di truy n h c phân t và ch ng 12 đ c xem là ph n
nh p môn c a Di truy n h c qu n th , còn ch ng 11 là s k t h p gi a các ki n th c di truy n c đi n và hi n đ i trên đ i t ng là con ng i
Cu i m i ch ng đ u có các ph n Câu h i và Bài t p và Tài li u Tham
kh o đ b n đ c ti n ôn t p và tra c u
Giáo trình Di truy n h c đ c ra đ i trong khuôn kh c a D án Giáo
d c thu c i h c Hu , vì v y m t s ki n th c nâng cao s đ c đ c p trong m t giáo trình riêng, nh : Di truy n Vi sinh v t và ng d ng,và
Công ngh DNA Tái t h p Bên c nh đó, m t s thu t ng khoa h c
đ c th ng nh t s d ng b ng ti ng Anh đ giúp ng i h c d dàng h n trong vi c ti p c n v i thông tin qua sách báo n c ngoài ho c internet
Trang 4Giáo trình này do ThS Hoàng Tr ng Phán (ch biên), TS Tr ng Th Bích Ph ng và TS Tr n Qu c Dung là nh ng gi ng viên đang công tác
t i Khoa Sinh h c các tr ng i h c S ph m và i h c Khoa h c thu c i h c Hu biên so n, v i s phân công nh sau:
ThS Hoàng Tr ng Phán biên so n ph n M đ u và các ch ng 1, 2,
3, 4, 5, 6, 10 và 12;
TS Tr ng Th Bích Ph ng biên so n các ch ng 7, 8 và 9; và
TS Tr n Qu c Dung biên so n ch ng 11
giáo trình này k p th i ra m t b n đ c, chúng tôi xin trân tr ng
c m n D án Giáo d c i h c Hu đã tài tr cho vi c biên so n và xu t
b n giáo trình trong khuôn kh c a D án Giáo d c i h c m c B Chúng tôi xin bày t lòng c m n đ c bi t đ n GS TS Phan C Nhân,
Tr ng i h c S ph m Hà N i, đã dày công đ c b n th o và cho nhi u
ý ki n quý báu c ng nh đã khích l chúng tôi r t nhi u k t khi đ c ng giáo trình b t đ u đ c hình thành
Do kh n ng còn h n ch , ch c ch n giáo trình còn nhi u thi u sót Chúng tôi r t mong nh n đ c s phê bình và ch b o c a các đ ng nghi p và b n đ c đ giáo trình đ c hoàn ch nh h n trong l n in sau
Hu , ngày 25 tháng 6 n m 2005
Các tác gi
Trang 5M c l c
M đ u
Hoàng Tr ng Phán 13
III i t ng và các l nh v c nghiên c u c a di truy n h c 17
IV Các ph ng pháp nghiên c u c a di truy n h c 18
V.Các nguyên t c nghiên c u và ph ng pháp h c t p di truy n h c 20
VI Di truy n h c v i công ngh sinh h c, tin h c và các v n đ xã h i 21
Hoàng Tr ng Phán 24
I Ti u s Mendel - Cha đ c a di truy n h c 24
II i t ng và ph ng pháp thí nghi m c a Mendel 25
III Lai m t tính và nguyên lý phân ly 26
1 K t qu thí nghi m lai m t tính 26
2 Gi i thích và ki m ch ng nguyên lý phân ly 27
3 Nguyên lý phân ly và tính ph bi n c a nó 28
IV Lai hai tính và nguyên lý phân ly đ c l p 28
1 K t qu thí nghi m lai hai tính 28
2 Gi i thích và n i dung nguyên lý phân ly đ c l p 29
VI Lý thuy t xác su t trong d đoán và phân tích di truy n h c 33
1 M t s khái ni m và tính ch t c b n c a xác su t 33
2 M t s nguyên lý xác su t c b n 34
VII Ph ng pháp χ2
(Chi-square method) trong đánh giá đ phù
h p gi a các s li u quan sát và k v ng 39
Trang 6Ch ng 2: M r ng và Áp d ng c a Di truy n h c
Mendel
Hoàng Tr ng Phán 43
I Các ki u quan h gi a các gene allele đ i v i m t tính tr ng 43
1 Các ki u tr i hoàn toàn, không hoàn toàn và đ ng tr i 43
3 Hi n t ng đa allele (multiple allelism) 46
II Tính đa hi u c a gene (pleiotropy) 47
III Các ki u t ng tác gi a các gene không allele 48
3 T ng tác c ng g p- s di truy n đa gene và các tính tr ng s l ng 54
IV Các m i quan h ki u gene - ki u hình 59
2 thâm nh p (penetrance) và đ bi u hi n (expressivity) 60
và Bi n d
Hoàng Tr ng Phán 67
I Sinh s n h u tính và tính n đ nh c a các b nhi m s c th 67
II Hình thái h c nhi m s c th eukaryote 70
3 Các ki u b ng nhi m s c th (chromosomal bands) 72
III Chu k t bào và nguyên phân 74
1 Chu k t bào (cell cycle) 75
2 Nguyên phân (mitosis) 76
IV Gi m phân, s phát sinh giao t và th tinh 78
1 Gi m phân (meiosis) 78
2 S phát sinh giao t (gametogenesis) 81
Trang 7Ch ng 4: Di truy n h c Nhi m s c th
Hoàng Tr ng Phán 103
I Tr ng phái Morgan v i thuy t di truy n nhi m s c th 103
1 T m quan tr ng c a ru i gi m Drosophila 103
2 Thuy t di truy n nhi m s c th 107
II S xác đ nh gi i tính (sex determination) 108
1 S xác đ nh gi i tính do ki u gene (GSD) 108
2 S xác đ nh gi i tính do môi tr ng (ESD) 112
III S di truy n liên k t v i gi i tính (sex-linked inheritance) 113
1 c đi m di truy n c a các gene trên nhi m s c th X và Y 113
2 S b t ho t c a nhi m s c th X và m t s v n đ liên quan 117
3 Các tính tr ng gi i h n b i gi i tính và ch u nh h ng c a
IV Liên k t và tái t h p c a các gene trên m t nhi m s c th 121
1 Khám phá v s trao đ i chéo ru i gi m 122
2 Liên k t gene hoàn toàn (gi m phân không có trao đ i chéo) 124
1 T n s tái t h p 125
VI L p b n đ gene t các phép lai phân tích ba đi m 134
1 Trao đ i chéo kép v i vi c xác đ nh tr t t và kho ng cách các gene 134
2 nhi u và h s trùng h p (coefficient of coincidence) 137
VII L p b n đ b ng phân tích b b n (tetrad analysis) 139
Di truy n
Hoàng Tr ng Phán 147
I B ng ch ng v t ch t di truy n là các nucleic acid 147
1 Các thí nghi m bi n n p vi khu n 147
2 Tính n đ nh c a hàm l ng DNA các sinh v t b c cao 148
II Thành ph n hoá h c và c u trúc c a DNA 150
1 C u trúc c a m t nucleotide 150
Trang 82 C u trúc chu i polynucleotide 151
3 Thành ph n hoá h c và c u trúc c a chu i xo n kép DNA 152
4 S l c v các đ c tính hoá lý c a các nucleic acid 155
III Kích th c b gene và tính ph c t p v m t ti n hoá 157
1 S l c v b gene c a các virus, prokaryote và eukaryote 157
2 M i quan h gi a kích th c b gene và tính ph c t p v ti n hoá 159
3 Hàm l ng DNA và ngh ch lý giá tr C 159
4 V kích th c DNA các bào quan 161
IV T ch c phân t c a các nhi m s c th 161
1 C u trúc ch t nhi m s c 161
2 S l c các thành ph n DNA trong b gene eukaryote 163
V Tái b n DNA (DNA replication) 164
1 Các nguyên t c và đ c đi m chung c a tái b n DNA 164
2 Các enzyme tham gia tái b n DNA 167
VI Tái b n c a các b gene RNA (RNA genomes) 174
1 c đi m tái b n c a các b gene RNA virus 174
Ch ng 6: Gene và Quá trình Sinh t ng h p Protein
Hoàng Tr ng Phán 179
I S phát tri n c a khái ni m gene 179
1 Các quan ni m c a Mendel và Morgan v gene 179
2 Gi thuy t m t gene - m t enzyme c a Beadle và Tatum 180
3 Quan ni m c a Benzer v các đ n v c u trúc và ch c n ng di
truy n 180
4 M i quan h gene - cistron các prokaryote và eukaryote 182
II C u trúc và ch c n ng c a protein 186
1 B ng ch ng di truy n h c v mã b ba 190
2 Gi i mã di truy n 190
Trang 93 Các đ c tính c a mã di truy n 191
4 Nh ng ngo i l so v i mã di truy n "ph bi n" 192
5 S linh ho t trong vi c k t c p anticodon-codon 193
IV C ch phiên mã (transcription) và s a đ i sau phiên mã 194
1 Các RNA và đ c đi m chung c a phiên mã 194
2 Các RNA polymerase c a prokaryote và eukaryote 196
3 Các promoter các prokaryote và eukaryote 196
4 Các giai đo n c a quá trình phiên mã 197
5 S s a đ i sau phiên mã đ i v i các mRNA eukaryote 198
V C u trúc và ch c n ng c a các lo i RNA và ribosome 200
1 RNA thông tin (messenger RNA = mRNA) 200
2 RNA v n chuy n (transfer RNA = tRNA) 200
3 RNA ribosome (ribosomal RNA = rRNA) 201
VI C ch d ch mã (translation) 202
2 C ch c a quá trình d ch mã (t ng h p polypeptide) 202
Ch ng 7: S i u hoà Bi u hi n c a Gene
Tr ng Th Bích Ph ng 208
I Các nguyên lý đi u hoà và m c đ ki m soát phiên mã 202
II i u hoà bi u hi n gene prokaryote 209
2 i u hoà d ng tính operon lactose 212
3 i u hoà âm tính operon tryptophan 213
4 Phiên mã d (attenuation) 215
III i u hoà bi u hi n gene eukaryote 217
3 Nh ng trình t t ng c ng phiên mã (enhancer) 219
4 Trình t b t ho t gene (gene silencing) 220
5 Promoter ch n l c (alternative promoter) 220
Trang 10Ch ng 8: t bi n Gene, Tái t h p và các Y u t
Di truy n V n đ ng
Tr ng Th Bích Ph ng 223
2 Các tác nhân gây đ t bi n gene 228
3 C ch phân t c a các đ t bi n gene 228
III Các y u t di truy n v n đ ng (transposable genetic elements) 237
1 Các y u t di truy n v n đ ng prokaryote 237
2 Các y u t di truy n v n đ ng eukaryote 239
Ch ng 9: S Di truy n T bào ch t
Tr ng Th Bích Ph ng 245
1 S di truy n c a các gene l p th 245
2 S di truy n c a các gene ty th 246
3 Hi u qu dòng m lên chi u xo n v c 249
III Di truy n h c phân t các bào quan 254
1 Các b gene l p th (cpDNA) 254
2 Các b gene ty th (mtDNA) 255
Hoàng Tr ng Phán 258
I Các công c chính c a k thu t t o dòng DNA tái t h p 258
2 Các vector thông d ng trong k thu t di truy n 260
3 Thi t l p phân t DNA tái t h p in vitro 261
II T o dòng gene hay DNA tái t h p 263
2 Quy trình t o dòng gene tái t h p 264
3 T ng h p và t o dòng cDNA 267
Trang 11III Các ph ng pháp bi u hi n các gene đ c t o dòng 267
IV ng d ng c a công ngh DNA tái t h p 269
1 Công ngh DNA tái t h p v i vi c nghiên c u b gene 269
2 Công ngh DNA tái t h p v i y-d c h c 271
3 K thu t di truy n v i các sinh v t bi n đ i gene 274
Tr n Qu c Dung 278
I Các ph ng pháp nghiên c u di truy n h c ng i 278
1 Ph ng pháp phân tích ph h (genealogy analysis) 278
5 Các k thu t sinh h c phân t 280
II Các ph ng pháp l p b n đ di truy n ng i 280
1 Phân tích liên k t (linkage analysis) 280
2 Các ph ng pháp l p b n đ v t lý (physical mapping) 280
III Nhi m s c th Y và ch t nhi m s c gi i tính c a ng i 283
IV S di truy n các gene tr i-l n trên nhi m s c th th ng và
1 S di truy n các gene tr i-l n trên nhi m s c th th ng 285
2 S di truy n các gene tr i-l n trên nhi m s c th gi i tính 286
V Di truy n y h c 288
1 Các b nh di truy n do r i lo n chuy n hoá và các b nh nhi m
s c th 288
2 C s di truy n ung th 291
VI T v n di truy n y h c 292
Hoàng Tr ng Phán 296
I Các khái ni m c b n c a di truy n h c qu n th 296
1 Qu n th (population) 296
2 Các h th ng giao ph i 296
Trang 123 V n gene (gene pool) 297
4 T n s ki u gene và t n s allele 297
II Nguyên lý Hardy-Weinberg và tr ng thái cân b ng c a qu n th 299
2 Nh ng ng d ng c a nguyên lý Hardy-Weinberg 302
III M r ng nguyên lý Hardy-Weinberg 305
1 a allele (multiple alleles) 305
2 T n s allele sai bi t gi a hai gi i tính 308
IV N i ph i (inbreeding) 310
1 T th tinh (self-fertilization) 311
2 H s n i ph i (inbreeding coefficient) 312
3 Tính toán h s n i ph i 313
V Các nhân t tác đ ng lên thành ph n di truy n qu n th 315
2 Bi n đ ng di truy n ng u nhiên 316
3 Dòng gene hay s di nh p c 316