Chứng minh mối quan hệ giữa các tỉ lệ kiểu hình trong phép lai P: dị hợp hai cặp với dị hợp 2 cặp hoán vị một bên hoặc hai bên với tần số như nhau.. Các gen trội hoàn toàn.[r]
Trang 1PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1 Lí do chọn đề tài
Trong chương trình sinh học 12 phần các quy luật di truyền luôn là phần khó nhất với học sinh và đặc biệt là phần di truyền liên kết, hoán vị gen Đây là phần có nhiều dạng bài tập, các bài tập đòi hỏi học sinh phải có tư duy sâu, khả năng tính toán nhanh, móc xích nhiều kĩ năng với nhau, do đó khi giải các bài tập trong chương này học sinh đã gặp rất nhiều khó khăn Mặt khác đây là phần bài tập thường có mặt trong
đề thi tuyển sinh các năm và trong hầu hết các đề thi học sinh giỏi lớp 12 của tỉnh Vĩnh Phúc và các tỉnh khác Cụ thể qua thống kê trong đề thi tuyển sinh hàng năm có không duới 10 câu liên quan đến quy luật di truyền Trong những năm gần đây, bài tập
về các quy luật di truyền được đưa vào dạng tích hợp một số quy luật với nhau càng gây khó khăn nhiều cho học sinh Với đề thi học sinh giỏi của tỉnh Vĩnh Phúc và một
số tỉnh khác không năm nào bỏ qua dạng bài tập liên kết và hoán vị gen
Mặt khác trong phân phối chương trình môn sinh học lớp 12 có rất ít thời gian dành cho việc giải bài tập nên học sinh hầu như không có thời gian luyện tập kĩ năng
và phương pháp giải các bài tập khó Trên mạng và các tài liệu liên quan thì viết phần liên kết và hoán vị gen thường chưa sâu, chưa đi hết các dạng bài tập hoặc mỗi tài liệu
đề cấp đến một vài dạng khác nhau Với những lí do trên và với mong muốn học sinh
của mình có thể giải tốt dạng toán này tôi đã chọn chuyên đề :”PHÂN LOẠI VÀ
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP LIÊN KẾT VÀ HOÁN VỊ GEN”.
2 Mục đích nghiên cứu
- Tự học, tự bồi dưỡng chuyên môn bản thân.
- Xây dựng tài liệu chuẩn về các dạng toán liên kết và hoán vị gen để làm tài liệu giảng dạy chuyên đề sinh học lớp 12, dạy đội tuyển học sinh giỏi lớp 12
- Hoàn thiện hệ thống bài tập về quy luật di truyền,
- Làm tài liệu cho đồng nghiệp trong và ngoài trường, tài liệu cho học sinh tự đọc
3 Đối tượng nghiên cứu:
- Tài liệu từ các sách mua được, tài liệu từ mạng internet
- Học sinh lớp 12, lớp 11 thi học sinh giỏi vượt cấp
4 Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu tài liệu từ các cuốn sách giáo khoa, sách phương pháp…sau đó thống kê
lại các nội dung: Cơ sở lí luận, thực tiễn, các nội dung liên quan về phương pháp giải, các dạng bài tập
- Áp dụng giải dạy trực tiếp trên học sinh, ra các đề kiểm tra, thống kê kết quả thu được và so sánh, đối chiếu, rút ra hiệu quả của việc áp dụng đề tài vào thực tế
5 Không gian, phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu trên đối tượng học sinh lớp 12, đội tuyển học sinh giỏi lớp 11 thi vượt
cấp
- Đối tượng là học sinh của trường THPT Sáng Sơn – Huyện Sông Lô- Tỉnh Vĩnh Phúc
Trang 26 Kế hoạch nghiên cứu:
- Trong quá trình nghiên cứu tôi đã làm việc nghiêm túc từ khâu nghiên cứu tài liệu, thống kê các dạng bài và thực hiện trên lớp, được mô tả qua bảng sau:
Tháng 7/ 2013 – 8/2013 Thu thập tài liệu, ghi chép, thống kê, xây
dựng bố cục đề tài
Tháng 8 /2013 – 11/2013 Hoàn thiện dưới dạng chuyên đề toán và
dạy học sinh đội tuyển học sinh giỏi
Từ năm 2014 2018 Dạy chuyên đề cho học sinh khối 12
Tháng 4/2019 Nhận xét, phân tích kết quả, so sánh kết
quả
Tháng 9/2019 Hoàn thiện dưới dạng một đề tài nghiên
cứu
Trang 3PHẦN II: NỘI DUNG
I CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
1 Phân biệt liên kết gen và hoán vị gen.
Bảng 1: Phân biệt qui luật liên kết gen và qui luật hoán vị gen
Nội dung so
sánh
Nội dung
quy luật
- Các gen trên cùng 1 NST phân li cùng nhau và làm thành nhóm gen liên kết
- Số nhóm liên kết ở mỗi loài tương ứng với số NST trong bộ đơn bội(n) của loài đó
- Số nhóm tính trạngliên kết tương ứng với số nhóm gen liên kết
- Trong quá trình giảm phân, các NST tương đồng có thể trao đổi các đoạn tương đồng cho nhau dẫn đến hoán vị gen, làm xuất hiện tổ hợp gen mới
Cơ sở tế bào
- Trong tế bào, số lượng gen lớn hơn nhiều số NST, nên mỗi NST phải mang nhiều gen
- Sự phân li và tổ hợp của cặp NST tương đồng trong giảm phân và thụ tinh dẫn đến sự phân li và tổ hợp của nhóm gen liên kết
- Sự trao đổi chéo giữa các crômatit khác nguồn gốc của cặp NST tương đồng dẫn đến sự trao đổi (hoán vị) giữa các gen trên cùng một cặp NST tương đồng
- Các gen nằm càng xa nhau thì lực liên kết càng yếu, càng dễ xảy ra hoán
vị gen
Điều kiện
đúng - Các gen cùng nằm trên 1 NST, không có TĐC trong GP I - Các gen cùng nằm trên 1 NST, xẩy ra TĐC trong GP I
Ý nghĩa
- Liên kết gen làm hạn chế xuất hiện biến dị tổ hợp
- Đảm bảo sự duy trì bền vững từng nhóm tính trạngquy định bởi các gen trên cùng một NST Trong chọn giống nhờ liên kết gen mà các nhà chọn giống
có khả năng chọn được những nhóm tính trạngtốt luôn luôn đi kèm với nhau
- Hoán vị gen làm tăng tần số biến dị tái
tổ hợp, tạo điều kiện cho các gen quý có dịp tổ hợp lại với nhau cung cấp nguyên liệu cho chọn lọc nhân tạo và chọn lọc tự nhiên, có ý nghĩa trong chọn giống và tiến hoá
- Dựa vào kết quả phép lai phân tích có thể tính được tần số hoán vị gen, tính được khoảng cách tương đối giữa các gen rồi dựa vào quy luật phân bố gen theo đường thẳng mà thiết lập bản đồ
di truyền.
Tỉ lệ đặc
trưng lai dị
hợp
1:2:3
Tỉ lệ đặc
trưng lai
phân tích
nhóm, nhóm lớn là do liên kết gen, nhóm nhỏ do hoán vị gen
Trang 4Bảng 2: Tỷ lệ đặc trưng của các quy luật di truyền – nhận dạng qui luật
Qui luật Tỷ lệ lai dị
hợp phân tích Tỷ lệ lai Ghi chú Liên kết gen 3:1 hoặc 1:2:1 1:1 Liên kết hoàn toàn ( mỗi gen qui định một
tính trạng)
Hoán vị gen 4 nhóm khác
phân li độc lập
4 lớp kiểu hình, chia 2 nhóm = nhau
Liên kết không hoàn toàn ( mỗi gen qui định một tính trạng)
2 Cơ sở tế bào của hiện tượng liên kết và hoán vị gen:
a Liên kết gen:
Cơ sở tế bào.
- Các gen nằm trên cùng một NST thì phân li và tổ hợp cùng nhau
- Các gen trên cùng một NST tạo thành nhóm gen liên kết Số nhóm gen liên kết bằng
bộ NST đơn bội của loài
b Hoán vị gen:
Cơ sở tế bào: Hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo giữa hai cromatit khác nguồn
trong cặp NST tương đồng
Trang 53 Tần số hoán vị gen (TSHVG - ký hiệu f ):
a Khái niệm:
Tần số hoán vị gen biểu thị khoảng cách giữa 2 gen trên cùng một NST, nói lên khả năng bắt chéo của NST trong giảm phân
Tần số hoán vị: f =
Trong đó: m – tỉ lệ giao tử sinh ra do hoán vị; n – tổng số giao tử
b Chứng minh tần số HVG < 50%.
Xét trường hợp cá thể mang 2 cặp gen dị hợp tử cùng
- Giả sử ta có x tế bào sinh dục mang cặp gen đi vào giảm phân hình thành giao
tử, trong đó có y tế bào sinh dục có xảy ra hiện tượng bắt chéo NST tại 1 điểm nằm ở đoạn giữa 2 gen AB Số tế bào sinh dục sơ khai còn lại đi vào giảm phân không xảy ra bắt chéo
0 ≤ y ≤ x
- Gọi k là hệ số sinh giao tử; k =1 nếu đó là tế bào sinh dục cái (tế bào sinh trứng), k =
4 nếu đó là tế bào sinh dục đực (tế bào sinh tinh)
- Tổng số giao tử được sinh ra là : kx (1)
- Với 1 tế bào sinh dục sơ khai đi vào giảm phân có xảy ra bắt chéo sẽ cho 4 loại (kiểu) giao tử tần số ngang nhau: AB = ab = Ab = aB =1/4 Trong đó có 2 loại giao tử bình thường AB và ab và 2 loại giao tử hoán vị Ab và aB
- Với y tế bào có xảy ra trao đổi chéo sẽ cho ky giao tử với số lượng giao tử mỗi loại là:
AB = ab = Ab = aB =
- Tổng số giao tử sinh ra do hoán vị gen là: + = (2)
Tần số hoán vị gen được tính như sau:
f= ( ) / k x = (3)
Xét trường hợp cá thể mang 2 cặp gen dị hợp tử chéo
- Giả sử ta có x tế bào sinh dục mang cặp gen dị hợp tử chéo đi vào giảm phân hình thành giao tử, trong đó y tế bào sinh dục có xảy ra hiện tượng bắt chéo NST tại 1 điểm nằm giữa 2 gen Ab và aB Số tế bào sinh dục sơ khai còn lại đi vào giảm phân không xảy ra bắt chéo
0 ≤ y ≤ x
- Gọi k là hệ số sinh giao tử; k =1 nếu đó là tế bào sinh dục cái (tế bào sinh trứng), k =
4 nếu đó là tế bào sinh dục đực (tế bào sinh tinh)
Cách chứng minh tương tự, ta có:
- Tổng số giao tử được sinh ra là : kx (4)
- Với 1 tế bào sinh dục sơ khai đi vào giảm phân có xảy ra bắt chéo sẽ cho 4 loại (kiểu) giao tử tần số ngang nhau: AB = ab = Ab = aB =1/4 Trong đó có 2 loại giao tử bình thường Ab và aB và 2 loại giao tử hoán vị AB và ab
- Với y tế bào có xẩy ra trao đổi chéo sẽ cho ky giao tử với số lượng giao tử mỗi loại là:
m n
ab AB
ab AB
4
ky
4
ky
4
ky
2
ky
2
.y
k
x
y
2
aB Ab
aB Ab
Trang 6AB = ab = Ab = aB =
- Tổng số giao tử sinh ra do hoán vị gen là: + = (5)
- Tần số hoán vị gen được tính như sau:
Tần số hoán vị gen được tính như sau:
f= ( ) / k x = (6)
+ Khi y = 0 => f = 0: Tất cả tế bào sinh dục đi vào giảm phân không xảy ra hiện tượng bắt chéo NST, các gen liên kết hoàn toàn
+ Khi y = x => f = 50%: Tất cảc tế bào sinh dục đi vào giảm phân đều xảy ra hiện tượng bắt chéo NST dẫn tới hoán vị gen với tần số f = 50%
+Tần số hoán vị gen phải là một số hửu tỉ
+ 1% tần số trao đổi chéo tương ứng với 1cM trên bản đồ gen
c Cách tính tần số hoán vị gen trong thực nghiệm.
Trong thực nghiệm muốn xác định tần số hoán vị gen của 2 gen người ta thường dùng phép lai phân tích cá thể lai F1 mang 2 cặp gen dị hợp hoặc cho F1 tự thụ phấn
Nếu dùng phép lai phân tích: Ta sẽ căn cứ vào số lượng cá thể sinh ra do hoán vị gen
để tính
P: (A-B-) x (aabb)
Fa: a) 1 (A-B-) : 1 (aabb)
b) 1 (A-bb-) : 1 (aaB-)
c) 1 (A-B- ) : 1 (aabb) : 1 (A-bb-) : 1 (aaB-)
d) n1 (A-B-) : n2 (aabb) : m1 (A-bb-) : m2 (aaB-)
( n 1 ≈ n 2 ; m 1 ≈ m 2 )
- Với trường hợp (a) Fa: 1 (A-B-) : 1 (aabb), ta có kiểu gen của cá thể đó là và liên kết hoàn toàn
- Với trường hợp (b) Fa: 1 (A-bb-) : 1 (A-bb), ta có kiểu gen của cá thể đó là và liên kết hoàn toàn
- Với trường hợp (c) Fa: 1 (A-B-) : 1 (aabb) : 1 (A-bb-) : 1 (aaB-) , ta có kiểu gen của cá thể đó với 3 khả năng:
+ hoặc phân ly độc lập AaBb
+ hoặc và hoán vị 50%
+ hoặc và hoán vị 50%
- Với trường hợp (d) Fa = n1 (A-B-) : n2 (aabb) : m1 (A-bb-) : m2 (aaB-) , ta phải làm phép so sánh giửa tổng của (n1 + n2) và (m1 + m2)
+ Nếu (n1 + n2) < (m1 + m2) thì 2 nhóm kiểu hình (A-B-) và (aabb) là nhóm sinh
ra do loại giao tử bình thường, 2 nhóm kiểu hình (A-bb) và (aaB-) là nhóm sinh ra do loại giao tử hoán vị Vậy kiểu gen của P phải là và tần số hoán vị gen được tính
như sau:
Tổng số cá thể sinh ra do hoán vị gen (tỉ lệ bé) trong phép lai phân tích
4
ky
4
ky
4
ky
2
ky
2
.y
k
x
y
2
ab AB
aB Ab
ab AB
aB Ab
ab AB
Trang 7f=
+ Nếu (n1 + n2) > (m1 + m2) thì 2 nhóm kiểu hình (A-B-) và (aabb) là nhóm sinh ra do loại giao tử hoán vị, 2 nhóm kiểu hình (A-bb) và (aaB-) là nhóm sinh ra do loại giao
tử bình thường Vậy kiểu gen của P phải là và tần số hoán vị gen được tính như
sau:
f=
Nếu dùng phép tự phối hoặc cho F 1 tạp giao với nhau.
F2 sẽ nhận được 4 nhóm kiểu hình: (A-B-) ; (A-bb); (aaB-) ; (aabb)
Quan hệ tần số giữa các nhóm kiểu hình thỏa mãn công thức:
% (A-bb) = % (aaB-)
% (A- B-) + % (A-bb) hoặc % (aaB- ) = 75% F1 % aabb + % (A-bb) hoặc % (aaB-) = 25% F1
Thông thường, tần số hoán vị gen được tính dựa vào các cá thể có kiểu hình đồng hợp lặn aabb
Tần số hoán vị gen cũng có thể được tính dựa vào các nhóm kiểu hình (A-bb), (aaB-), (A-B-)
Trong trường hợp tự phối, nếu hoạt động của NST diễn ra trong các tế bào sinh tinh và
sinh trứng giống nhau, tần số hoán vị gen f được tính bằng căn bậc hai của tỉ lệ % kiểu
hình đồng hợp lặn aabb
f =
Nếu f < 25% thì cá thể đó mang gen dị hợp chéo, nếu f > 25% thì cá thể đó mang gen
dị hợp cùng
Nếu tạp giao thì ta phải gọi f1, f2 lần lượt là tần số hoán vị gen của cá thể dực và cá thể cái
- Nếu F1 = , ta có phương trình:
% (aabb) =
- Nếu F1 = ta có phương trình:
% (aabb) =
Trong mỗi trường hợp ta đều khảo sát trị số của f như sau:
+ Nếu f1 = f2 = 0
+ Nếu f1 = 0, f2 = 1/2
+ Nếu f1 = 1/2, f2 = 0
+ Nếu f1 = 1/2, f2 = ½
1 2
1 2 1 2
aB Ab
1 2
1 2 1 2
)
%(aabb
ab AB
4
) 1
( f1 f2 f1 f2
aB Ab
4
. 2
1 f f
Trang 84 Bản đồ di truyền (bản đồ gen).
- Bản đồ di truyền (bản đồ gen) là sơ đồ phân bố các gen trên các nhiễm sắc thể của
cùng một loài
- Trong bản đồ di truyền (bản đồ gen)
+ Các nhóm gen liên kết được đánh số theo thứ tự của nhiễm sắc thể trong bộ đơn bội của loài như: I, II, III, IV…
+ Các gen trên nhiễm sắc thể chiếm một vị trí xác định (lôcut) và được kí hiệu bằng các chữ cái của tên các tính trạng bằng tiếng Anh
+ Đơn vị bản đồ là centimoocgan (cM) ứng với tần số hoán vị gen 1%
+ Vị trí tương đối của các gen trên một nhiễm sắc thể thường được tính từ một đầu mút của nhiễm sắc thể
- Nguyên tắc lập bản đồ di truyền (bản đồ gen): Dựa vào việc xác định tần số hoán vị gen, người ta xác lập trình tự và khoảng cách phân bố của các gen trên nhiễm sắc thể Như vậy, muốn xác định vị trí của một gen bất kì nào đó, phải tiến hành lai phân tích
và qua hai bước lớn:
+ Căn cứ vào tỉ lệ phân li để xác định nhóm gen liên kết
+ Dựa vào tần số tái tổ hợp để xác định khoảng cách tương đối giữa 2 gen, đồng thời
so sánh với 2 gen khác để xếp vào vị trí phù hợp trên nhiễm sắc thể
- Ý nghĩa của bản đồ di truyền (bản đồ gen)
+ Dự đoán trước tính chất di truyền của các tính trạng mà gen được sắp xếp trên bản đồ
+ Giúp nhà tạo giống rút ngắn thời gian tạo giống mới
Trang 9II CÁC KĨ NĂNG CƠ BẢN ĐỂ GIẢI BÀI TẬP.
1 Kĩ năng viết đúng kiểu gen:
- Kiểu gen liên kết hoán vị được viết theo kiểu phân số, ưu tiên lớn ở trên, nhỏ ở dưới
- Dưới đây là cách viết đúng của 10 loại kiểu gen theo từng nhóm kiểu hình:
2 Kĩ năng viết kiểu hình:
- Tuy kiểu gen viết kiểu phân số, nhưng kiểu hình vẫn viết hàng ngang như kiểu hình
của các qui luật khác Cụ thể như sau:
- Kiểu hình trội A, trội B: (A-B-), gồm các kiểu gen: ; ; ; ;
- Kiểu hình trội A, lặn b: (A-bb), gồm các kiểu gen: ;
- Kiểu hình lặn a, trội B: (aa B-), gồm các kiểu gen: ;
- Kiểu hình mang hai tính trạng lặn ( aabb), gồm kiểu gen:
3 Kĩ năng xác định tính trạng trội, tính trạng lặn trong các phép lai:
- TH1: Nếu đầu bài cho sẵn, chỉ việc qui ước gen.
- TH2: Nếu Ptc tính trạng nào biểu hiện ở F1 là tính trạng trội
- TH3: Nếu đầu bài chưa cho, cần xác định tỉ lệ từng tính trạng, tính trạng chiếm tỉ lệ 3
là trội, tính trạng chiếm tỉ lệ 1 là lặn
VD: Trong một phép lai hai cây P thu được F1 như sau: 54% cây thân cao quả đỏ;
21% cây thân thấp quả đỏ; 21% cây thân cao quả vàng; 4% cây thân thấp quả vàng Xác định tính trạng trội, lặn
HD: Ta có:
Cao/thấp = 3/1 Thân cao là trội so với thân thấp
Đỏ/vàng = 3/1 Quả đỏ là trội so với quả vàng
4 Kĩ năng xác định giao tử:
TH1: Kiểu gen đồng hợp : 1 giao tử AB/AB giao tử AB
TH2: Kiểu gen dị hợp, không có trao đổi chéo cho hai loại giao tử:
Ví dụ:
AB/ab giao tử ½ AB; ½ ab
AB/aB giao tử ½ AB; ½ aB
AB/Ab giao tử ½ AB; ½ Ab
Ab/aB giao tử ½ Ab; ½ aB
TH3: Kiểu gen dị hợp hai cặp gen có trao đổi chéo với tần số (f) cho 2 nhóm giao tử:
Nhóm 1: GT liên kết:
Nhóm 2: GT hoán vị:
VD1: Xác định giao tử của kiểu gen:
(f=0,4)
Giao tử liên kết: AB= ab = = 0,3
AB
AB
AB
Ab
AB
aB
AB ab
Ab aB
Ab Ab
Ab ab
aB aB
aB ab
ab ab
AB AB
AB Ab
AB aB
AB ab
Ab aB Ab
Ab
Ab ab aB aB
aB ab ab ab
1 2
f
2
f
AB
ab
1 0, 4 2
Trang 10Giao tử hoán vị: Ab= aB = = 0,2.
Tổng tỉ lệ theo từng cặp liên kết và hoán vị luôn bằng 0,5
VD2: Xác định giao tử của kiểu gen:
(f=0,4)
- Giao tử liên kết: Ab= aB = = 0,3
- Giao tử hoán vị: AB= ab = = 0,2
Kiểu gen dị hợp đều và kiểu gen dị hợp chéo cho các giao tử đối xứng nhau, giao tử hoán vị của kiểu gen dị hợp đều là giao tử liên kết của kiểu gen dị hợp chéo
TH3: Kiểu gen hỗn hợp: tách thành nhiều kiểu nhỏ xác định kết quả củ từng kiểu gen nhỏ lấy tích được kết quả chung
VD: Dd (f=0,4) = (0,3 AB; 0,3 ab; 0,2 Ab; 0,2 aB) (0,5 D; 0,5 d)
5 Kĩ năng đánh giá giao tử và tìm kiểu gen khi biết giao tử.
- Với kiểu gen bất kì dị hợp 2 cặp gen ta có:
Nhóm 1: GT liên kết:
Nhóm 2: GT hoán vị:
- Mà f <50% Tỉ lệ mỗi giao tử hoán vị < 0,25; tỉ lệ mỗi giao tử liên kết > 0,25
Ví dụ: Biết kiểu gen dị hợp hai cặp gen, xác định kiểu gen và tần số hoán vị để thu
được các giao tử sau:
(1) ab = 0,1
HD: Ta thấy ab = 0,1 < 0,25 là giao tử hoán vị kiểu gen là , f/2 = 0,1 f
=0,2
(2) ab = 0,4
HD: Ta thấy ab = 0,4 > 0,25 là giao tử liên kết kiểu gen là , = 0,4 f
=0,2
0, 4 2
Ab
aB
1 0, 4 2
0, 4 2
AB ab
Ab aB
AB
ab
1 2
f
2
f
2
2
f
Ab aB
AB ab
1 2
f