Di truyền học và sinh học phân tử

Đột biến thêm hoặc mất một cặp nu - Đột biến dạng mất hoặc thêm một cặp nu làm ảnh hưởng đến toàn bộ các bộ ba từ vị trí bí đột biến trở về sau do khung đọc các bộ ba bị dịch chuyển nên

ĐỘT BIẾN GEN

Khái niệm đột biến gen

- Đột biến gen là những biến đổi nhỏ xảy ra trong cấu trúc của gen Những biến đổi này thường liên quan đến 1 cặp nuclêôtit (đột biến điểm) hoặc 1 số cặp nuclêôtit

- Trong tự nhiên, các gen đều có thể bị đột biến nhưng với tần số thấp Nhân tố môi trường gây ra đột biến gọi là tác nhân gây đột biến Các cá thể mang đột biến đã biểu hiện thành kiểu hình là thể đột biến

- Đột biến gen làm thay đổi cấu trúc của gen từ đó tạo ra alen mới so với dạng ban đầu. ví dụ: Ở ruồi giấm gen A quy định mắt đỏ, sau khi bị đột biến tạo thành gen a quy định mắt trắng

Các dạng đột biến gen

Đột biến thêm hoặc mất một cặp nu

- Đột biến dạng mất hoặc thêm một cặp nu làm ảnh hưởng đến toàn bộ các bộ ba từ

vị trí bí đột biến trở về sau do khung đọc các bộ ba bị dịch chuyển nên gọi là đột biến dịch khung

- Mã di truyền bị đọc sai => làm thay đổi trình tự axit amin trong chuỗi polypeptide

và làm thay đổi chức năng của protein

Các dạng đột biến gen

Đột biến thay thế

1 cặp nu trên AND được thay thế bằng một cặp nu khác Do đặc điểm của

mã di truyền mà đột biến thay thế có thể đưa đến các hậu quả :

- Đột biến nhầm nghĩa : biến đổi bộ 3 quy định axit amin này thành bộ 3 quy định axit amin khác (ví dụ bộ 3 trước đột biến là UUA quy định aa leucine -> sau đột biến thành UUX quy định aa phenylalanine)

- Đột biến vô nghĩa : biến đổi bộ 3 quy định axit amin thành bộ 3 kết thúc (ví dụ bộ ba trước đột biến là UUA quy định aa leucine -> sau đột biến thành UAA là bộ ba kết thúc không quy định aa nào )

- Đột biến đồng nghĩa: biến đổi bộ 3 này thành bộ 3 khác nhưng cùng mã hoá 1 axitamin (ví dụ bộ 3 trước đột biến là UAA quy định aa leucine -> sau đôjt biến thành UUG cùng quy định aa leucine)

NGUYÊN NHÂN VÀ CƠ CHẾ ĐỘT

BIẾN GEN

I Nguyên nhân đột biến GEN:

- Gồm hai nguyên nhân

chính:

+> Nguyên nhân bên ngoài

+> Nguyên nhân bên trong

1 Nguyên nhân bên ngoài

• Tác nhân vật lý : tia tử ngoại , tia phóng xạ,sốc nhiệt …

• Tác nhân hóa học : Axit nitoro(HNO2),

5-bromuraxin,Acridin…

• Sinh học ở ngoại cảnh :1 số virus như :virus viên gan B…

2 Nguyên nhân bên trong

• Do rối loạn sinh lý , hóa sinh của tế bào

• Do dạng hiếm của bazo nito bắt cặp

II Cơ chế đột biến GEN.

+> Các bazo nito thường tồn tại ở hai dạng cấu trúc : dạng thường và dạng hiếm

- Dạng hiếm làm các liên kết hidro bị thay đổi làm các Nucleotide bắt cặp không đúng trong quá trình nhân đôi DNA gây đột biến gen

Vd: A dạng thường biến đổi thành A dạng hiếm ( A*) , dẫn đến bị bắt cặp với X gây đột biến cặp A-t thành A-X

+> Do sự tác động của các tác nhân gây đột biến :

a> Cơ chế gây đột biến gen bằng tác nhân sinh

học :

Vd: Virus HPV gây ung thư cổ tử cung.

- HPV ( Human papillona virus ) vốn có gen vòng xoắn đôi DNA Khi HPV chui vào tế bào của người thì vòng xoắn

nhân đôi DNA của tế bào HPV bị đứt , trở thành một nhánh dài giống DNA của tế bào người , làm biến dị tế bào

người

Tế bào người bị biến dị này , sau đó sẽ sao chép thông tin

để sản xuất protein của HPV , quan rọng nhất là các

protein E6,E7.

Các protein P53 và Rb vốn có chức năng kìm hãm sự sinh đôi tế bào , bị hai protein E6, E7 ức chế do đó mà sự sinh sản của tế bào cổ tử cung không bị P53 và Rb kìm hãm

nữa

-> sinh sản mạnh , nhanh , vô tổ chức gây nên ung thư.

b> Cơ chế gây đột biến gen bằng tác nhân vật lý

• Các tia phóng xạ : Tia X, tia beeta , gamma, chùm

nơtron

có vai trò kích thích và ion hóa các nguyên tử khi chúng

xuyên qua các mô sống , ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến DNA , RNA qua tác động lên các phân tử nước trong

tế bào -> gây xuất hiện đột biến gen

• Tia tử ngoại (UV): có bước sóng ngắn nên chỉ có tác

dụng kích thích chứ không gây ion hóa Tia tử ngoại

làm cho hai Thymine trên cùng một mạch của phân tử DNA liên kết với nhau -> gây đột biến gen.

Vì tia tử ngoại không có khả năng xuyên sâu như tia phóng

xạ nên chỉ dùng để xử lý vi sinh vật , bào tử và hạt phấn

c> Cơ chế gây đột biến gen bằng tác nhân hóa học

• Một số hóa chất khi thấm vào tế bào làm cho cơ chế tái sinh DNA bị sai đi ở một điểm nào đó gây đột

biến gen

Vd : 5 BU ( 5 Brom- Uraxin ) làm thay thế cặp A-T

bằng cặp G-X

Vd:

• Acridin xen vào mạch khuôn của DNA thì gây đột biến thêm một cặp Nucleotide Nếu Acridin xen vào mạch mới đang tổng hợp thì gây đột biến mất một cặp Nucleotit

• Axit nitoro ( HNO2) làm cho A không liên kết với T

mà liên kết với X dẫn tới thay thế cặp A-T bằng cặp G-X

3 Cơ chế biểu hiện

• A> Đột biến giao tử :

- Đột biến phát sinh trong quá trình giảm phân hình thành giao tử , xảy ra ở tế bào sinh dục nào đó thông qua quá trình thụ tinh sẽ đi vào hợp tử

+> Nếu là đột biến gen trội , nó sẽ biểu hiện thành kiểu hình ngay trên cơ thể mang đột biến gen đó

+> Nếu là đột biến gen lặn nó có thể đi vào hợp tử ở thể dị hợp Aa và vì gen trội lấn át nên đột biến không biểu hiện ra ngoài Tuy nhiên nó không bị mất đi mà tiếp tục tồn tại trong quần thể và khi gặp tổ hợp đồng hợp lặn thì nó biểu hiện ra ngoài

B> Đột biến xoma:

• Đột biến xảy ra ở tế bào xoma , từ một tế bào bị đột biến thông qua nguyên phân nó được nhân lên

thành một số mô nhất định :

+>Nếu đột biến trội thì nó sẽ biểu hiện thành một

phần ở cơ thể tạo thành thể khảm ( Thể khảm là thuật ngữ trong di truyền học để chỉ một cơ thể hoặc mô có

ít nhất hai tập hợp tế bào có bộ nhiễm sắc thể mang các gen khác hẳn nhau )

+>Nếu đột biến xoma lặn thì nó được biểu hiện thành kiểu hình chỉ truyền cho thế hệ sau qua sinh sản vô

tính

C> Đột biến tiền phôi

• Đột biến xảy ra ở những lần nguyên phân đầu tiên của hợp tử , giai đoạn từ 2 đến 8 tế bào

• Nó có thể đi vào hợp tử và di truyền cho thế hệ sau thông qua sinh sản hữu tính , nếu tế bào đó bị đột biến thành tế bào sinh dục

Đột biến gen phổ biến Làm thay đổi số lượng và trật sắp xếp các cặp Nucleotide trong gen Đột biến lặn

không biểu hiện thành kiểu hình ở trạng thái dị hợp Hậu quả làm gián đoạn một hay một số tính trạng nào

đó ( Gen -> m RNA -> protein -> tính trạng ) Ít ảnh

hưởng đến sức sống và sự sinh sản của sinh vật

III Quá trình tự sửa chữa sau đột biến và sự biểu hiện

của đột biến gen

1 Quá trình tự sửa chữa sau đột biến

• Trong quá trình trao đổi chất do tác nhân vật lý hay hóa học của môi trường có thể xuất hiện nhiều biến đổi gay tổn thương cấu trúc DNA

• Tuy nhiên DNA lại có cơ chế tự sửa chữa sai sót và khôi phục lại các cấu trúc tự nhiên

• Cơ chế sửa chữa rất đa dạng, đã được nghiên cứu và xác định trong các tế bào sống

- Sửa chữa trực tiếp bằng quang phục hoạt (photo

- Tự sửa chữa SOS

⮚ Là cơ chế làm cho phân tử DNA khi tái bản hoặc phiên mã bỏ qua các đoạn bị tổn

thương, bỏ qua các dimer thymin vẫn đảm bảo sự tái bản hoặc phiên mã chính xác.

⮚ Hệ thống đọc sửa của DNA polymerase III bị làm yếu đi để quá trình polyme hóa đi qua được các dime thymin tránh được các sai sót.

⮚ Các base nito kết hợp sai không được hệ thống sửa chữa sẽ được giữ lại như là đột biến

- Sửa chữa bằng cơ chế cắt bỏ sai sót

⮚ Nhờ hàng loạt các enzyme nhận biết các base nito bị ghép sai và cắt bỏ, enzyme DNA

polymerase xú Là hệ thống sửa chữa đượcc tác tổng hợp các

base phù hợp.

⮚ dùng chủ yếu nhưng lại vô

cùng phức tạp

2 Sự biểu hiện của đột biến gen

• Đột biến thành gen trội sẽ được biểu

hiện ngay trên kiểu hình của cơ thể

mang đột biến, đột biến thành gen lặn

thường tồn tại ở trạng thái dị hợp tử

được phát tán trong quần thể, khi thành

tổ hợp đồng tử lặn thì nó mới được biểu

hiện Ví dụ: người bị bệnh bạch tạng

• Đột biến xảy ra ở tế bào xoma biểu hiện

ở một phần cơ thể được nhân lên qua

sinh sản dinh dưỡng nhưng không thể di

truyền qua sinh sản hữu tính

IV Vai trò và ứng dụng của đột biến gen

• Sự biến đổi cấu trúc phân tử của gen có thể dẫn đến biến đổi cấu trúc của loại protein mà nó mã hóa, cuối cùng có thể dẫn đến biến đổi ở kiểu hình

• Các đột biến gen biểu hiện ra

kiểu hình ở từng cá thể riêng lẻ, không tương ứng với điều kiện sống, thường là đột biến lặn và

có hại cho bản thân sinh vật vì chúng đã phá vỡ sự thống nhất hài hòa trong kiểu gen đã qua chọn lọc tự nhiên và duy trì lâu đời trong điều kiện tự nhiên, gây

ra những rối loạn trong quá trình tổng hợp protein

• Đa số đột biến gen tạo ra các gen lặn và có hại, một số trung tính, một

số có lợi, ngoài ra gen đột biến còn

có thể gây chết Những gen lặn chỉ biều hiện ra kiểu hình khi ở thể đồng hợp và trong điều kiện môi

nucleotide dẫn đến biến đổi mARN

và quá trình tổng hơp protein nên thường gây ra hậu quả có hại, làm giảm khả năng sống của sinh vật.

Đột biến gen có ý nghĩa, vai trò vô

cùng quan trọng trong tiến hóa và

• Ví dụ: Người mang gen đột biến có đặc điểm gây huyết cầu hình lưỡi liềm ở trạng thái dị hợp, có khả năng đề kháng với bệnh sốt rét Tuy tính chất ngẫu nhiên, cá biệt cũng như không xác định và thường ở trạng thái lặn

nhưng đột biến gen vẫn

được xem là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho quá trình chọn lọc tự nhiên và vì vậy,

có vai trò trong tiến hóa.

• Giống lúa DT80 là giống lúa thuần được chọn tạo bằng phương pháp gây đột biến dòng lúa chịu mặn TL6.2.

• Giống lúa DT80 có chiều cao cây

107-109,6 cm, đẻ nhánh khá, cứng cây, dạng cây gọn, lá đứng, bông to, hạt thon dài, xếp xít.

• Giống lúa DT80 chịu thâm canh, cho

năng suất cao ổn định: 6,5-7,5 tấn /ha

Giống chịu rét tốt và chống đổ tốt, ít

nhiễm sâu bệnh hại Tính thích ứng cao, thích hợp nhiều chân đất có khả năng chịu mặn (điều kiện phòng thí nghiệm) khoảng 5 - 6 ‰.

• Giống lúa DT80 là giống lúa chất lượng: hạt gạo trong, cơm dẻo, ngon, đậm cơm, hàm lượng amylose khoảng 13,4% khối lượng 1000 hạt 20,5-21 gam.

Trong chọn giống: Một vài đột biến có lợi được dùng

làm cơ sở là nguồn nguyên liệu quan trọng cho tạo

giống vật nuôi và cây trồng

Gây đột biến nhân tạo cũng là một trong các phương pháp chọn giống thực vật hiện đại và có hiệu quả cao, góp phần tạo nên những tính trạng quý ở cây trồng

Ngoài ra đối với con người, đột biến gen gây hại cho cơ thể cho nên cần phát hiện và hạn chế nguyên nhân và sự tràn lan của gen đột

biến.

• Bệnh máu khó đông di truyền (Hemophilie A)

• Bệnh bạch tang, bệnh mù màu, bệnh động kinh

• Bệnh tan máu huyết tán Thalassemia