Giáo trình di truyền động vật

Bởi vì 3 nhà khoa học Hugo Marie De Vries Hà Lan, Erich Karl Correns Đức và Erich Von Tschermark Áo đã độc lập công bố các kết quả nghiên cứu của mình, đó là sự tái phát hiện các qui luậ

DI TRUYỀ ỘNG VẬT

ThS NGUYỄN BÌ NG

AN GIANG, 8-2014

LỜI CẢM TẠ

Xin chân thành cảm ơn PGS.PTS Phạm Thành Hổ, PGS.TS Võ Văn Sơn, GS.TS Nguyễn Văn Thiện cùng nhiều tác giả khác đã xuất bản tài liệu về di truyền

và thông tin di truyền trên vật nuôi Đây chính là nguồn tài liệu quý giúp tôi làm cơ

sở tham khảo để biên soạn tài liệu giảng dạy này Do khả năng còn hạn chế, chắc chắn tài liệu này còn nhiều thiếu sót, mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của quý đồng nghiệp và bạn đọc cho tài liệu được hoàn thiện tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn

Long Xuyên, ngày 06 tháng 08 năm 2014

Người thực hiện

Nguyễn Bình Trường

LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam đoan đây là tài liệu giảng dạy của riêng tôi Nội dung tài liệu giảng dạy có xuất xứ rõ ràng

Long Xuyên, ngày 06 tháng 08 năm 2014

Người biên soạn

Nguyễn Bình Trường

MỤC LỤC

Trang

CHẤP NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG LỜI CẢM TẠ i

LỜI CAM KẾT ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH & BIỂU ĐỒ vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG II DI TRUYỀN HỌC CƠ SỞ 2

2.1 Những giai đoạn phát triển của di truyền 2

2.1.1 Giai đoạn trước Mendel 2

2.1.2 Giai đoạn Mendel 3

2.1.3 Giai đoạn sau Mendel 3

2.2 Khái niệm, phương pháp nghiên cứu và phạm vi ứng dụng 6

2.2.1 Khái niệm 6

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 7

2.2.3 Đối tượng nghiên cứu & ứng dụng của di truyền động vật 7

2.3 Di truyền Mendel 8

2.3.1 Khái niệm ban đầu về tính trạng của Mendel 8

2.3.2 Các qui luật từ kết quả nghiên cứu của Mendel 9

2.4 Tương tác gene 13

2.4.1 Tương tác giữa các gene alen 14

2.4.2 Tương tác giữa các gene không alen 14

2.4.3 Tương tác đa gene 19

CHƯƠNG III DI TRUYỀN PHÂN TỬ - MIỄN DỊCH & DỊ TẬT 22

3.1 DNA 23

3.1.1 DNA là vật chất di truyền 23

3.1.2 Thành phần và cấu tạo DNA 26

3.1.3 Sao chép DNA 29

3.1.4 Vai trò các RNA 32

3.1.5 Mã di truyền 33

3.2 Đột biến 34

3.2.1 Đột biến gene 34

3.2.2 Đột biến cấu trúc NST & số lượng NST 36

3.3 Di truyền miễn dịch 43

3.3.1 Kháng nguyên 44

3.3.2 Kháng thể 45

3.3.3 Di truyền sức kháng bệnh của vật nuôi 45

3.4 Bệnh, tật di truyền 50

3.4.1 Bệnh, tật di truyền do gene đột biến 50

3.4.2 Bệnh, tật di truyền do đột biến số lượng, cấu trúc NST 51

3.4.3 Một vài hướng nghiên cứu ứng dụng của di truyền y học 54

3.4.4 Di tật trong di truyền trên gia súc 54

CHƯƠNG IV DI TRUYỀN GIỚI TÍNH 61

4.1 Nhiễm sắc thể 61

4.1.1 Nhiễm sắc thể động vật 61

4.1.2 Nhiễm sắc thể giới tính 65

4.2 Xác định giới tính 65

4.2.1 Định luật Morgan 65

4.2.2 Giới tính động vật 66

4.3 Di truyền liên kết giới tính 69

4.3.1 Các loại tính trạng giới tính 69

4.3.2 Gene liên kết với NST – X 69

4.3.3 Gene liên kết với NST – Y 72

4.4 Điều hoà giới tính ở động vật 72

4.5 Ứng dụng trong gia cầm - phân biệt gà con mới nở 74

CHƯƠNG V DI TRUYỀN QUẦN THỂ & SỐ LƯỢNG 76

5.1 Di truyền quần thể 76

5.1.1 Khái niệm 76

5.1.2 Tần số kiểu gene và tần số gene 76

5.1.3 Định luật Hardy - Weinberg 76

5.1.4 Các ứng dụng của định luật Hardy-Weinberg 79

5.1.5 Những yếu tố làm thay đổi tần số gene 83

5.2 Di truyền học số lượng 83

5.2.1 Tính trạng số lượng và di truyền học số lượng 83

5.2.2 Các giá trị đặc trưng của tính trạng số lượng 84

5.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính trạng số lượng 86

5.2.4 Hệ số di truyền 88

CHƯƠNG VI CÔNG NGHỆ TRONG DI TRUYỀN 98

6.1 Công nghệ di truyền ở động vật 98

6.2 Lịch sử phát triển 98

6.3 Xác định giới tính tinh trùng 99

6.4 Xác định giới tính của phôi 101

6.4.1 Xác định giới tính phôi 101

6.4.2 Đánh giá phân loại phôi 102

6.5 Cấy chuyển phôi 104

6.5.1 Nguyên tắc 105

6.5.2 Phương pháp cấy truyền phôi 105

6.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả cấy truyền phôi 107

6.6 Dòng vô tính 108

6.6.1 Chuyển ghép nhân 108

6.6.2 Tạo dòng cừu Dolly 109

THỰC HÀNH 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

DANH SÁCH BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Các kết quả lai một tính của Mendel 8

Bảng 2.2: Kết quả lý thuyết trường hợp lai với các đôi gene khác nhau 13

Bảng 2.3: Kết quả lai 19

Bảng 2.4: Sự trội lặn của các tính trạng ở một số loài động vật 20

Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa sức đề kháng bệnh viêm vú ở mẹ và con 47

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm về sức đề kháng đối với giun ký sinh ở dê 49

Bảng 3.3: Tỷ lệ mắc bệnh tràn dịch tim ở bê trước 30 tháng tuổi 50

Bảng 3.4: Các khuyết tật gây chết ở gà 54

Bảng 3.5: Một số khuyết tật di truyền ở lợn 56

Bảng 3.6: Khuyết tật di truyền ở bò 57

Bảng 4.1: Số lượng NST ở một số loài vật 64

Bảng 4.2: Cặp nhiễm sắc thể giới tính ở một số loài 67

Bảng 4.3: Cơ chế nhiệt độ ảnh hưởng đến giới tính một số loài động vật 68

Bảng 5.1: Tần số kiểu gene 77

Bảng 5.2: Tần số gene 77

Bảng 5.3: Tần số các kiểu gene của quần thể 78

Bảng 5.4: Tần số các kiểu gen và tần số gene cho thế hệ kế tiếp 79

Bảng 5.5: Tần số các kiểu gene của nhóm máu 81

Bảng 5.6: Tính trạng số lượng và chất lượng 84

Bảng 5.7: Công thức tính hệ số di truyền 91

Bảng 5.8: Hệ số di truyền một số tính trạng của vật nuôi 93

Bảng 6.1: Trình tự phát triển phôi bò 103

Bảng 6.2: Chất lượng phôi và tỉ lệ có thai sau khi cấy 107

DANH SÁCH HÌNH & BIỂU ĐỒ

Trang

Hình 2.1: Gregor Johann Mendel và tượng đài tưởng nhớ ông 3

Hình 2.2: Francis Crick và James Dewey Watson 4

Hình 2.3: Charles Darwin, Hugo Marie De Vries & Godfrey Harold Hardy 5 Hình 2.4: Tế bào, nhiễm sắc thể, DNA và gene 6

Hình 2.5: Hiện tượng gây chết ở chuột 14

Hình 2.6: Kiểu hình mào ở gà 15

Hình 2.7: Kiểu hình dài tròn và dẹt của quả bí 16

Hình 2.8: Phép lai hoa đỏ và hoa trắng do hai gene chi phối 20

Hình 3.1: Chứng minh hiện tượng biến nạp trên chuột 24

Hình 3.2: Cấu tạo (a) và vòng đời của phage (b); thí nghiệm chứng minh DNA là vật chất di truyền (c) 25

Hình 3.3: purine, pyrimidine, adenine, cytosine, guanine, thymine và Uracil 26

Hình 3.4: Mô hình xoắn kép DNA 27

Hình 3.5: Liên kết hidro giữa các base 28

Hình 3.6: Cấu trúc phân tử của đoạn DNA và RNA 28

Hình 3.7: Các dạng xoắn của DNA 29

Hình 3.8: Sao chép theo khuôn 30

Hình 3.9: Thí nghiệm chứng minh DNA sao chép bán bảo tồn 31

Hình 3.10: Cấu trúc tRNA 32

Hình 3.11: Quá trình sao chép của DNA 33

Hình 3.12: Hiện tượng gỉa trội 36

Hình 3.13: Đảo đoạn bị cắt ở giữa 37

Hình 3.14: Đảo đoạn mang tâm động 38

Hình 3.15: Sản phẩm giảm phân do kết quả trao đổi chéo đơn ở vòng đảo đoạn không mang tâm động 39

Hình 3.16: Quá trình giảm phân xãy ra ở thể dị hợp chuyển đoạn 40

Hình 3.17: Lai củ cải với bắp cải 41

Hình 3.18: Cơ chế hình thành các giao tử thừa hoặc thiếu nhiễm sắc thể do sự không phân ly của nhiễm sắc thể trong giảm phân 43

Hình 3.19: Đặc điểm hội chứng Turner ở người 51

Hình 3.20: Đặc điểm hội chứng Klinefelter 52

Hình 3.21: Nguồn gốc hội chứng Down 53

Hình 3.22: Đặc điểm hội chứng Down ở người 53

Hình 3.23: Trâu 5 chân 54

Hình 4.1: Cặp NST tương đồng tâm giữa và tâm mút 61

Hình 4.2: Nhiễm sắc thể (A) và sơ đồ các kiểu NST (B) 62

Hình 4.3: Phức hợp nucleoprotein cuộn lại thành NST9 69

Hình 4.5: T.H.Morgan và động vật nghiên cứu 63

Hình 4.6: Mèo tam thể 70

Hình 4.7: Thể barr 71

Hình 6.1: Xác định giới tính trinh trùng 100

Hình 6.2: Kỹ thuật ICCS 101

Hình 6.3: Tóm tắt phương pháp chuyển phôi ở bò 106

Hình 6.4: Kỹ thuật chuyễn ghép nhân 108

Hình 6.5: Quy trình tạo cừu Dolly 110

Biểu đồ 2.1: Kết quả phép lai hoa đỏ và hoa trắng 20

Sơ đồ 3.1: Các loại biến dị 34

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

TK: Thế kỷ

TCN: Trước công nguyên

DNA: Deoxyribonucleic acid

RNA: Ribonucleic acid

tRNA: RNA vận chuyển

CCP: Cấy chuyển phôi

ICCS: Bơm tinh trùng vào trứng

Tài liệu giảng dạy “Di truyền động vật”, do tác giả Nguyễn Bình Trường, công tác tại Khoa Nông Nghiệp và Tài Nguyên Thiên Nhiên thực hiện Tác giả đã báo cáo nội dung và được Hội đồng Khoa học và Đào tạo Khoa thông qua ngày 06-08-2014

Tác giả biên soạn

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh của công nghệ đã giúp được rất nhiều cho di truyền trên lĩnh vực công nghệ hổ trợ sinh sản, nâng cao năng suất vật nuôi Do đó, chúng ta phải có kiến thức về di truyền làm nền tảng cơ sở cho sự phát triển lớn mạnh của ngành di truyền cùng công nghệ Di truyền học là một ngành khoa học nghiên cứu về tính di truyền và biến dị của sinh vật Trong chăn nuôi gia súc, ứng dụng những kiến thức về di truyền vào công tác nhân giống, đánh giá giám định giống, chọn lọc cá thể, cải tiến nâng cao chất lượng vật nuôi, xác định nguồn gốc vật nuôi… là điều rất cần thiết

Để góp phần đổi mới nội dung tài liệu giảng dạy theo hướng cập nhật kiến thức cũng như đổi mới phương pháp giảng dạy bậc đại học, Tôi đã cố gắng nghiên cứu nhiều tài liệu chuyên môn về di truyền để viết ra tài liệu này Tôi hy vọng rằng tài liệu này đáp ứng được phần nào nhu cầu giảng dạy và học tập của sinh viên ngành Chăn Nuôi & Thú Y, các ngành gần như Công Nghệ Sinh Học, Phát triển Nông Thôn… Nội dung tài liệu có 6 chương, chương 1: mở đầu, chương 2: di tuyền cơ sở, chương 3: di truyền phân tử - miễn dịch và dị tật, chương 4: di truyền giới tính, chương 5: di tuyền quần thể và số lượng, chương 6: công nghệ trong di truyền Ngoài việc cung cấp đến sinh viên kiến thức về lý thuyết thì các bài tập thực hành được ứng dụng từ thực tế trên các giá trị của quần thể vật nuôi Tính giá trị của một tính trạng hay hệ số di truyền của vật nuôi sẽ làm cho người học hiểu rõ về di truyền động vật, làm nền tảng cho môn học tiếp theo về nhân giống vật nuôi, sinh sản gia súc…

CHƯƠNG II

DI TRUYỀN CƠ SỞ

2.1 NHỮNG GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA DI TRUYỀN

2.1.1 Giai đoạn trước Mendel

Từ xa xưa loài người đã có những ý nghĩ về di truyền và biến dị với những hình ảnh lạ xuất hiện trong đời sống xã hội Minh chứng đó là cách đây hơn 6000 năm trước, thì người Babilon đã tạc lên vách đá hình ảnh của một dòng ngựa Bên cạnh

đó là sự khó giải thích tại sao có trai và gái, điều gì giúp 2 phái đực và cái có thể sinh sản (Phạm Thành Hổ, 2008)

TK 7 TCN, người đánh xe cho Tề Hoàn Công là Ninh Thích đã viết quyển Tướng ngưu kinh - sách dạy xem tướng trâu bò Đây có thể được xem là quyển sách đầu tiên

viết về di truyền và chọn giống vật nuôi

Châu Âu, những người theo trường phái Pythagore (500 năm TCN) cho rằng mẹ truyền cho con các đặc tính hình thể và cha truyền cho con các đặc tính thần kinh Hipokrates (460 – 377 TCN) khẳng định cả con cái, con đực đều tạo ra tinh dịch

và từ đó tạo thành cơ thể

TK 2 TCN, người La Mã đã biết chọn lọc ngựa giống từ ngựa cha và mẹ

TK 10 SCN, người Á Rập đã biết về hiện tượng đồng huyết là có hại nên không

sử dụng những con ngựa cùng huyết thống giao phối với nhau

TK 17, Robert Bakewell (người Anh, 1725 – 1795) đã tiến hành lai tạo các giống với nhau trên cơ sở:

+ Giao phối những con giống nhau với những con giống nhau, sẽ nhận được những cá thể có hình thái giống cha mẹ và ông bà

+ Sự giao phối cận huyết có thể tạo nên một tiềm lực làm thuần khiết về giống + Giao phối con tốt nhất với con tốt nhất

Phương pháp lai này của ông đã nhanh chóng được áp dụng rộng cả nước Anh thời bấy giờ, sau đó lan rộng ra các nước khác và TK 18 được đánh dấu cho việc hoàn thiện các giống nguyên thủy địa phương

Cuối TK 18 đầu TK 19, Buffon (1809 – 1882) đánh dấu trong công tác lai giống

về giá trị của con lai và phương pháp này cũng được áp dụng trong việc lai tạo giữa những cá thể cùng giống và khác giống Vì theo đuổi giá trị con lai nên lý thuyết của ông bị sụp đổ vào khoảng năm 1859

Weismann (1834 – 1914) nghiên cứu về hiện tượng phối hợp của các giao tử và cuối cùng đã xác định đựơc rằng cả con đực và con cái đều có vai trò trong việc hình thành cá thể mới (Võ văn Sơn, 2006)

2.1.2 Giai đoạn Mendel

Gregor Mendel (Gregor = Johann) sinh ngày 22/7/1822 và mất vào năm 1884 Bên cạnh công việc dạy học thì trong tu viện có một mảnh vườn (7 x 35 m) để

trồng đậu Hà Lan (Pisum sativum) Đậu Hà Lan là đối tượng được quan tâm nhất thời bấy giờ, sau thời gian thực hiện nhiều thí nghiệm trên đậu thì tại Hội nghị các nhà tự nhiên học ở thành phố Brno, cả 2 bài báo cáo của ông khoảng 44 trang được

công bố vào 8/2 và 8/3/1865 về các kết quả lai tạo trên thực vật Suy nghĩ trong nghiên cứu của ông thời bấy giờ đã phát triển cao hơn so với thời đại nên công trình ông đã bị lãng quên (Phạm Thành Hổ, 2008)

Năm 1900 được xem là thời điểm tái sinh kết quả nghiên cứu của Mendel Bởi vì

3 nhà khoa học Hugo Marie De Vries (Hà Lan), Erich Karl Correns (Đức) và Erich Von Tschermark (Áo) đã độc lập công bố các kết quả nghiên cứu của mình, đó là sự tái phát hiện các qui luật được Mendel trình bày cách đây 34 năm và được chấp nhận,

vì sự phát triển của tế bào học đã kiểm chứng được điều đó (Phạm Thành Hổ, 2008)

Đến đây Mendel được cả thế giới biết đến như cha đẻ của ngành di truyền sinh học (Biological genetics), năm 1990 được xem là mốc ra đời của di truyền học (genetics) (Sean & Pitman, 2002)

Nguồn: Genetics, k.n

Hình 2.1: Mendel và tượng đài tưởng nhớ ông 2.1.3 Giai đoạn sau Mendel

Năm 1901, Hugo Marie De Vries nêu ra thuyết đột biến

Năm 1902, W Bateson và L Cuenot chứng minh các qui luật Mendel trên động vật MC Lung chứng minh cơ chế xác định giới tính là do nhiễm sắc thể

Năm 1906, nhà khoa học người Anh là W Bateson nêu ra tên gọi cho môn di truyền học (Võ văn Sơn, 2006)

Năm 1909, nhà khoa học người Đan Mạch là W Johansen nêu ra các thuật ngữ của di truyền là gene, genotype và phenotype để gọi tên cho gene, kiểu gene và kiểu hình (Phạm Thành Hổ, 2008)

Năm 1908, Hadry và Weinberg độc lập nhau công bố các qui luật liên quan đến gene, tần số gene trong quần thể Thành tựu nghiên cứu này đánh dấu cho sự ra đời của ngành di truyền học quần thể (Population genetics) và sau này để tưởng nhớ đến công lao của 2 ông nên đã đặc tên cho công trình đó là định luật Hadry – Weinberg

Năm 1911, Thomas Hunt Morgan nghiên cứu trên ruồi giấm (Drosophila

melanogaster) và kết quả nghiên cứu giúp ông mỡ ra thuyết di truyền nhiễm sắc thể

Năm 1918, Fisher công bố kết quả đầu tiên liên quan đến tính trạng số lượng Năm 1920, N.I.Vavilov nhà di truyền học người Liên Xô nêu ra quy luật về các dãy tương đồng trong biến dị di truyền (Võ văn Sơn, 2006)

Năm 1933, T.Painter phát hiện nhiễm sắc thể khổng lồ ở côn trùng 2 cánh (Diptere) đặc cơ sở cho các nghiên cứu đột biến nhiễm sắc thể và lập bản đồ di truyền tế bào (Phạm Thành Hổ, 2008)

Năm 1944, Oswald Avery, Colin McLeod và Maclyn MC Carty (Mỹ) chứng minh, DNA (Deoxyribonucleic acid) là chất liệu di truyền ở hầu hết các sinh vật và thời gian này đã chuyển ghép gene thành công trên tế bào mở ra ngành di truyền học phân tử (Molicular genetics)

Năm 1953, James Watson (nhà sinh hóa học người Mỹ) và Francis Crick (nhà vật

lý học người Anh) thông báo khám phá của họ về cấu trúc xoắn kép của DNA, phân

tử mang mã di truyền và cơ chế sao chép của DNA

Nguồn: Sean & Pitman, 2002

Hình 2.2: Francis Crick (1916) và James Dewey Watson (1928)

Năm 1859, Drawin (1809 - 1882) công bố tác phẩm nguồn gốc các loài khai sinh

học thuyết tiến hóa

Năm 1967, Crick và công sự công bố các mã bộ ba (triplet)

Năm 1969, nhóm nghiên cứu của đại học Y Harvard đã phân lập được gene đầu tiên từ tế bào vi khuẩn

Nguồn: Sean & Pitman, 2002

Hình 2.3: Charles Darwin, Hugo Marie De Vries & Godfrey Harold Hardy

Năm 1973, các nhà sinh hóa học Mỹ, Stanley Cohen và Herbert Boyer gắn thành công một gene của tế bào ếch Châu Phi vào vi khuẩn mở ra bước khởi đầu cho kỹ thuật sinh học gene Đến năm 1976, gene nhân tạo được tổng hợp

Năm 1983, Kary Mullis (nhà sinh hóa học người Mỹ) thiết kế ra phản ứng polymerase dây chuyền (PCR: polymerase chain reaction) cho phép các nhà sinh học sản xuất hàng loạt các mảnh DNA

Năm 1989, Mỹ thành lập trung tâm quốc gia nghiên cứu bộ gene người do James watson làm giám đốc, với kế hoạch công bố toàn bộ bản đồ của gene người vào năm

2005

Năm 1993, các nhà nghiên cứu của đại học George Washington nhân dòng được các phôi người, gây phản ứng chống đối ở nhiều nhà đạo đức học và các chính trị gia

Tháng 7/1997, Ian Wilmut (nhà phôi thai học) ở viện Roslin (Scotland) công bố

đã tạo được cừu Dolly bằng con đường sinh sản vô tính, thông qua kỹ thuật cấy truyền nhân Kỹ thuật Wilmut được công bố chính thức

Năm 1998, các nhà khoa học ở đại học Hawai, Mỹ đã ứng dụng một biến thể của

kỹ thuật Wilmut tạo được các dòng chuột bằng con đường sinh sản vô tính Sau đó cũng sử dụng kỹ thuật này tạo ra các sinh vật khác bằng con đường sinh sản vô tính như dê, bò, heo…

Ngày 11/02/2001, đúc kết các kết quả nghiên cứu của 6 quốc gia: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật và Trung Quốc nên trung tâm nghiên cứu bộ gene người đã công bố chính thức bản đồ gene người sớm hơn dự kiến

Cuối tháng 3/2002, Gane Ka Shu Wong là một nhà khoa học người Canada, cùng với cộng sự ở đại học Washington (Mỹ) và viện di truyền học Bắc Kinh - Trung

Quốc đã xác định được bộ gene cây lúa nhiệt đới (Oryza indica) Cùng lúc đó các

nhà khoa học của công ty Sygenta (Thụy Sĩ) cũng đã xác định thành công bộ gene

cây lúa Nhật (Oryza japonica) (Võ văn Sơn, 2006)

Vào những thời gian gần đây khoa học đã bước đến lĩnh vực nghiên cứu tế bào gốc, khi sử dụng tế bào gốc có thể mở ra cơ hội điều trị một số bệnh từ tế bào gốc Hiện nay chủ đề này đang được nhiều nhà khoa học nghiên cứu…

2.2 KHÁI NIỆM, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU & PHẠM VI ỨNG DỤNG 2.2.1 Khái niệm

+ Di truyền (genetics)

Di truyền học là ngành khoa học, nghiên cứu 2 đặc tính cơ bản của sự sống là tính

di truyền và biến dị, mà thiếu chúng sự sống không thể tồn tại và phát triển cho đến ngày nay(Phạm Thành Hổ, 2008)

Tính di truyền: là sự sao chép của DNA từ thế hệ này sang thế hệ khác

Tính biến dị: là sư thay đổi trong quá trình sao chép DNA, số lượng NST…giúp con vật thích nghi với môi trường sống

+ Gene: một đoạn DNA chiếm vị trí nhất định trên NST, có chức năng di truyền, giúp con vật tái hiện các tính trạng qua các thế hệ sau

+ Alen (allele): hai trạng thái khác nhau của một gene Khi một cặp alen cùng một loại gene thì cặp alen đó đồng hợp tử (homozygote) và một cặp alen là các loại gene khác nhau thì cặp alen đó là dị hợp tử (heterozygote)(Nguyễn Văn Thiện, 1996) + Locus: chỉ là một điểm trên bảng đồ gene thể hiện vị trí của gene trên NST + Kiểu gene (genotype): tập hợp tất cả các gene qui định tính trạng nhất định trên con vật

+ Kiểu hình (phenotype): là sự thể hiện của kiểu gene kết hợp với sự tác động của môi trường sống

Nguồn: Tabitha, k.n.

Hình 2.4: Tế bào, nhiễm sắc thể, DNA và gene

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Trong lĩnh vực nghiên cứu của di truyền học, chúng ta có thể áp dụng nhiều phương pháp tùy vào định hướng kết quả như vật lý, hóa học… Đối với bản thân di truyền học có những phương pháp nghiên cứu riêng bao gồm

+ Phương pháp lai

Phương pháp này được Mendel áp dụng trong nghiên cứu trên đậu Hà Lan bằng hình thức cho lai những cá thể khác nhau và quan sát sự phân li của chúng Đây cũng

là một phương pháp đặc trưng của di truyền

Một biến thể của phương pháp lai là sơ đồ phả hệ ở người

2.2.3 Đối tượng nghiên cứu & ứng dụng của di truyền động vật

*Đối tượng nghiên cứu

Chăn Nuôi & Thú Y có đối tượng nghiên cứu chính là các loài động vật như trâu,

bò, dê, cừu, heo, chó, gà… Hiểu về di truyền của động vật sẽ phục vụ tốt cho công tác lai tạo, chọn giống phục vụ mục đích sản xuất

Học và tìm hiểu về di truyền động vật không có nghĩa là chúng ta không quan tâm đến di truyền thực vật Bởi vì, tất cả những loại thức ăn (tự phối trộn hay mua từ công ty) cung cấp cho vật nuôi đều có nguồn gốc từ thực vật: bắp, khoai,…

*Các ứng dụng của di truyền động vật

Đánh giá cá thể gia súc thông qua kiểu hình và kiểu gene, kiểu hình là những đặc điểm của cơ thể thú mà con người có thể quan sát được hoặc đo lường được chẳng hạn như màu sắc lông, tăng trọng, số con đẻ ra trên ổ, năng suất sữa… Bên cạnh đó kiểu gene cho thấy tính cách di truyền thông qua các alen của gene Nhìn nhận với góc độ hiệu quả công việc thì di truyền học được ứng dụng vào các lĩnh vực (Trần Thị Dân, 2005)

+ Đánh giá giám định giống

2.3.1 Khái niệm ban đầu về tính trạng của Mendel

Gregor (thay Johann) Mendel: cha đẻ của di truyền học

Mendel sinh ra trong một gia đình nông dân tại vùng Silesie (nay thuộc vùng Brno – Tiệp Khắc), không đủ điều kiện thực hiện ước mơ trở thành thầy giáo Sau đó ông vào sống trong tu viện, tu viện có một đạo luật là các thầy dòng phải giảng dạy các môn khoa học cho các thành phố và thế nên họ thường tiến hành nghiên cứu khoa học Mendel được cử đi học đại học Viên (Áo) từ 1851 – 1853, sau khi học trở về ông dạy môn toán, vật lý và một số môn khoa học khác (Phạm Thành Hổ, 2008)

Đậu Hà Lan (Pisum sativum) được trồng ở một mảnh vườn nhỏ phía sau tu viện,

đó là đối tượng được quan tâm thời bấy giờ và có những tính trạng thể hiện rõ rệt Trong thời gian nghiên cứu (1856 – 1863), Mendel vận dụng khả năng phân tích của vật lý để tách những tính trạng trên cây đậu, kết hợp với phương pháp tính của toán học phân chia tỉ lệ và đánh giá kết quả của thí nghiệm lai Khi quan sát những loại khác nhau sẽ có những dấu hiệu để phân biệt: hình thái là dấu hiệu bên ngoài dễ nhận biết những dấu hiệu bên trong liên quan đến các phản ứng sinh hóa…

Bảng 2.1: Các kết quả lai một tính của Mendel

5 Quả xanh × quả vàng Xanh 428 xanh : 152 vàng 2,82:1

6 Hoa dọc thân × hoa đỉnh Dọc thân 651 dọc thân : 207 đỉnh 3,14:1

7 Thân cao × thân thấp Cao 787 cao : 277 thấp 2,84:1 Nguồn: Hoàng Trọng Phán và Trương Thị Bích Phượng, 2005

Từ kết quả lai của Bảng 2.1, chúng ta nhận thấy rằng Mendel đã thực hiện lai dựa trên các yếu tố sau

+ Các tính trạng được qui định bởi những nhân tố khác nhau

+ Mỗi tính trạng có thể có 2 nhân tố vì đó là sự kết hợp giữa cha và mẹ

+ Khi 2 nhân tố của một cặp tính trạng là khác nhau thì chỉ có một nhân tố được biểu hiện

2.3.2 Các qui luật từ kết quả nghiên cứu của Mendel

*Qui luật trội - lặn (Định luật 1)

Quy luật đồng nhất của thế hệ con lai thứ 1: giao tử thuần khiết

Đầu tiên Mendel thực hiện lai giữa đậu hạt trơn với đậu hạt nhăn

Trong thí nghiệm này ông chỉ quan tâm đến 2 tính trạng: trơn và nhăn, 2 tính trạng đối xứng ở đời bố mẹ được thể hiện ở đời con như thế nào?

F (filia): thế hệ con lai

Kết quả lai: tất cả con lai điều có kiểu hình hạt trơn

Qua kết quả lai của thí nghiệm nhận thấy rằng, khi cho lai 1 tính trạng tương phản thuần chủng thì chỉ có 1 tính trạng trội xuất hiện ở thế hệ F1 Khi tái phát hiện quy

luật này của Mendel thì Correns phát biểu lại như sau: Khi cho lai 2 cá thể thuần chủng có 2 kiểu hình tương phản nhau thì thế hệ F1 chỉ có một kiểu hình của tính trạng trội được thể hiện (Võ Văn Sơn, 2006)

* Qui luật phân ly (Định luật 2)

Quy luật phân ly tính trạng

Sau khi quan sát thí nghiệm tính trội – lặn thì ông thấy rằng chỉ có một kiểu hình xuất hiện ở đời lai F1 đồng nhất với kiểu hình của cha hoặc mẹ Không thõa mãn về suy nghĩ ông tiếp tục cho con lai giữa những cá thể F1 với nhau

Kết quả lai một tính trạng của Mendel ghi nhận ở thế hệ F2 như sau:

Tỉ lệ kiểu hình là (3:1) 3 vàng (A-) : 1 xanh (aa)

Tỉ lệ kiểu gene là (1:2:1) 1 AA : 2 Aa : 1 aa

Về sau này thì Corren đã phát biểu lại qui luật của Mendel trong thí nghiệm này

như sau: Khi cho các con lai F1 tự thụ phấn thì các con lai F2 sẽ phân ly theo tỉ lệ 3:1 về kiểu hình và 1:2:1 về kiểu gene (Võ Văn Sơn, 2006)

+ Lai phân tích

Nhằm mục đích kiểm tra lại giả thuyết về khả năng phân ly của các alen trong định luật 2, phép lai phân tích được ra đời để kiểm tra lại xem một tính trạng nào đó của con vật là đồng hợp tử hay dị hợp tử

Giả sử: 1 con thỏ có màu lông đen giao phối với 1 con thỏ có màu lông nâu

Biết rằng :

+ Màu lông nâu là đồng hợp lặn (aa)

+ Vậy màu lông đen là đồng hợp trội (AA) hay dị hợp trội (Aa)?

P Màu lông đen

Aa Kiểu hình F1 đồng nhất màu lông đen, do đó (P) lông đen là đồng hợp trội: (AA)

Kiểu hình F1 không đồng nhất màu lông đen, kết quả lai phân ly thành 2 kiểu hình

lông đen và lông nâu Do đó (P) màu lông đen là dị hợp trội: (Aa)

+ Hiện tƣợng trội không hoàn toàn

Cho lai 2 tính trạng đồng nhất màu hoa đỏ và màu hoa trắng Nếu đúng theo quy luật của Mendel, con lai F1 sẽ đồng nhất về kiểu hình hoặc phân ly nhưng kết quả lai không đúng với quy luật mà xuất hiện kiểu hình trung gian của bố và mẹ

Cha : đồng nhất kiểu hình màu hoa đỏ

Mẹ : đồng nhất kiểu hình màu hoa trắng

F1: kiểu hình màu hoa hồng

Trội không hoàn toàn là hiện tượng mà kiểu hình đời con F1 là kiểu hình trung gian giữa cha và mẹ (Võ Văn Sơn, 2006)

+ Hiện tƣợng đồng trội

Đồng trội là hiện tượng 2 alen cùng biểu hiện 2 kiểu hình tồn tại song song trong một cá thể Trường hợp này thường xuất hiện trong trường hợp di truyền nhóm máu Nếu cha thuộc nhóm máu A và mẹ thuộc nhóm máu B thì kiểu gene về nhóm máu của cha và mẹ tương ứng IA

IA và IBIB thì con của họ sẽ thuộc nhóm máu AB (IAIB) (Võ Văn Sơn, 2006)

Bởi vì cá thể mang alen IA

/IB sẽ tạo kháng nguyên vàIA/IB còn alen IO không tạo được kháng nguyên (alen lặn) (Hoàng Trọng Phán và Trương Thị Bích Phượng, 2005) Sự cho nhận của các nhóm máu như sau

* Qui luật di truyền độc lập (Định luật 3)

Khi cho lai các cá thể khác nhau hai hay nhiều tính trạng tương ứng với nhau thì các cặp tính trạng được di truyền độc lập nhau Khi cho lai 2 giống bò Aberdeen

Angus có màu lông da đen và không sừng lai với giống bò Shorthorn có màu lông da

đỏ và có sừng Tất cả con lai F1 đều có màu lông da đen không sừng Con lai F2 phân ly theo tỉ lệ 9 đen không sừng, 3 đen có sừng, 3 đỏ không sừng và 1 đỏ có sừng (Võ văn Sơn, 2006) Vậy 2 tính trạng nào là trội trong phép lai này?

Qui luật lai 2 tính trạng

F2

4AaBb : 2 AaBB : 2Aabb : 2 AABb: 2aaBb : 1AABB :

1Aabb: 1aaBB: 1aabb

Trường hợp lai với số lượng các đôi gene khác nhau ta qua bảng 2.2

Bảng 2.2: Kết quả lý thuyết trường hợp lai với các đôi gene khác nhau

Số kiểu hình F2 (trội hoàn toàn)

Số kiểu gene của F2

+ Tương tác của những gene trong cùng một locus (gene alen): Trội không hoàn toàn, di truyền trung gian

+ Tương tác của những gene không cùng locus (gene không alen): kiểu tương tác này tương đối đa dạng và phức tạp, điển hình như tác động của nhiều gene lên một tính trạng (bổ trợ, át chế và cộng gộp) và tác động của một gene lên nhiều tính trạng được gọi là tính đa hiệu của một gene (Sean & Pitman, 2002)

2.4.1 Tương tác giữa các gene alen

Cho lai 2 chuột lông vàng có kiểu gene dị hợp tử

Nguồn: Genetics, k.n.

Hình 2.5: Hiện tượng gây chết ở chuột

Qua kết quả lai thấy rằng, chỉ có 2 màu lông: vàng và không vàng xuất hiện ở thế

hệ F1, nhưng người ta khảo sát bằng cách giải phẩu chuột cái thấy có bào thai lông vàng không phát triển do một số đặc điểm bị dị hình3 Như thế, dạng đồng hợp tử

YYkhông sống được do alen Y là alen gây chết Alen Y trội về kiểu hình so với alen

y nên dạng Yy có kiểu hình màu vàng nhưng alen Y bị alen y át chế về sức sống nên dạng Yy chuột vẫn sống (Nguyễn Văn Thiện, 1996)

Bên cạnh đó, bệnh hồng cầu lưỡi liềm ở người là một minh chứng cho hiện tượng này Song song đó thì người ta đã phát hiện ra một gene có nhiều hơn 2 alen, điển hình là di truyền nhóm máu A, B, O ở người tương ứng với 3 alen IA

, IB, IO hoặc di truyền màu mắt của ruồi giấm một gene có 12 dãy alen

W+ > Wsat > Wco > WW > Wap3 > Wch > We > Wbl > Wap > Wi > Wt > W Tương ứng: đỏ dại - đỏ satsuma - san hô (coral) - rượu nho (wine) - trái đào (apricot) - cheri - son (eosin) - máu (blood) - trái đào (apricot) – ngà voi (ivory) - trắng đục (tinged) - trắng (white) (Nguyễn Văn Thiện, 1996)

2.4.2 Tương tác giữa các gene không alen

* Tương tác bổ trợ (Complementary)

Tỉ lệ 9:3:3:1

Đây là hiện tượng tương tác bổ trợ nhau giữa những alen trên những gene qui định

hình thái khác nhau, khi chúng kết hợp lại cho ra một kiểu hình mới Kết quả là con lai F2 xuất hiện kiểu hình với tỉ lệ kiểu hình 9:3:3:1

Cho lai 2 kiểu hình mào (mồng) hạt đậu với mào hoa hồng

Giải thích cho sự xuất hiện kiểu hình này như sau:

+ Kiểu hình mào óc chó do sự hổ trợ nhau của alen A và alen B

+ Kiểu hình mào hoa hồng là do alen A biểu hiện riêng lẻ

+ Kiểu hình mào hạt đậu cũng được lý giải tương tự như mào hoa hồng do alen B + Kiểu hình mào đơn là do sự đồng kết hợp của các alen lặn (Phạm Thành Hổ, 2008)

Nguồn: Nguyễn Văn Thiện, 1996

Hình 2.6: Kiểu hình mào ở gà

Nguồn: Nguyễn Văn Thiện, 1996

Hình 2.7: Kiểu hình dài tròn và dẹt của quả bí

Tỉ lệ 9:7

Cũng tương tự như những sự tương tác bổ trợ với tỉ lệ nêu trên thì tỉ lệ 9:7 xuất

hiện khi cho lai ở đậu thơm (Lathyrus odoratus)

Do bản thân của tiền chất A thiếu đi enzym phản ứng B, khi xúc tác phản ứng có

sự kết hợp giữa A và B làm xuất hiện mào hoa đỏ và ngược lại Cụ thể như sau + Kiểu gene A-B-: hội đủ 2 yếu tố kết hợp xuất hiện kiểu hình hoa đỏ

+ Kiểu gene A-bb: thiếu 1 yếu tố B kết hợp xuất hiện kiểu hoa trắng

+ Kiểu gene aaB-: thiếu 1 yếu tố A kết hợp xuất hiện kiểu hoa trắng

+ Kiểu gene aabb: thiếu 2 yếu tố A và B kết hợp xuất hiện kiểu hoa trắng (Phạm Thành Hổ, 2008)

* Hiện tượng lại giống (Atavisme)

Kết quả lai mà chúng ta nhận được nhiều khi đấy là kiểu hình hoang dại đời tổ tiên của chúng, thông qua sự tạp giao lại xuất hiện kiểu hình đời tổ tiên

Có giả thuyết cho rằng, trong quá trình phát triển của loài thì gene trội bổ trợ không cùng nằm trên một nhiễm sắc thể, chúng tồn tại cùng quá trình đó và xãy ra sự biến đổi trội thành lặn (AaBbCc…) Ngược lại, những kiểu gene hoang dại thông qua quá trình phát triển, chọn lọc chúng lại bộc lộ khả năng phân ly tách ra khỏi nhau, ví như AaBb chúng chuyển đổi thành AAbb hoặc bbAA thì vô tình phép lai lại rơi vào tình trạng lại giống (Sean & Pitman, 2002)

* Tương tác át chế (Epistasis)

Qua quá trình nghiên cứu, người ta phát hiện ra gene này có khả năng hạn chế sự biểu hiện của gene kia khi chúng không cùng trên một nhiễm sắc thể hoặc không cùng cặp alen, đó gọi là át chế Có 2 kiểu át chế

Át chế trội tỉ lệ 13:3

Nguồn: Nguyễn Văn Thiện, 1996

Alen A chỉ tạo ra mào khi không có sự hiện diện của alen B đồng nghĩa alen B át chế trội sự biểu hiện của alen A

Át chế trội tỉ lệ 12:3:1

Nguồn: Nguyễn Văn Thiện, 1996

Alen A và a chỉ tạo ra mào khi không có sự hiện diện của alen B đồng nghĩa alen

B át chế trội sự biểu hiện của alen A và a

Nguồn: Genetics, k.n

Hình 2.8: Phép lai hoa đỏ và hoa trắng do hai gene chi phối

Hình 2.1: Kết quả phép lai hoa đỏ và hoa trắng

* Tính đa hiệu của một gene (Pleitropy)

Như thảo luận ở trên, có nhiều gene cùng qui định một tính trạng, nhưng khi tính trạng đó không xuất hiện thì vô tình kéo theo những thay đổi của các tính trạng khác Như thế được hiểu là đa hiệu

Bảng 2.4: Sự trội lặn của các tính trạng ở một số loài động vật

Bò Lang trắng đen của bà Holstein Lang trắng đỏ

Không lông từng vùng Lông bình thường

Bại liệt chân sau Chân sau bình thường

Gà Có lông chân (feathered shank) Không lông chân

Lông vũ của gà tàu Lông tơ của gà ác

Chân ngắn Chân bình thường

Mỏ trên bình thường Mỏ trên ngắn

Mỏ dưới bình thường Mỏ dưới ngắn

Lông trắng của gà Leghorn Lông trắng của gà Wyandotte

Lông rằn của gà Plymouth Rock

Biết bú bình thường Không biết bú Tinh hoàn bình thường Tinh hoàn ẩn

Bìu dịch hoàn bình thường Sa bìu Một móng (dính móng) Móng đôi bình thường

Nguồn: Võ Văn Sơn, 2006

Câu hỏi ôn tập chương II

1 Hãy nêu những thuận lợi trong nghiên cứu di truyền trên đậu Hà Lan?

2 Trình bày kết quả nghiên cứu của Menden trên đậu Hà Lan?

3 Đối tượng nghiên cứu và ứng dụng của di truyền động vật là gì?

4 Mục đích của phép lai phân tích để làm gì?

5 Sự khác nhau giữa tương tác giữa các gene alen và không alen?

6 Thế nào là hiện tượng tương tác bổ trợ của gene?

7 Thế nào là hiện tượng át chế? Tương tác át chế trội và tương tác át chế lặn?

8 Thế nào là gene đa alen? Trình bày một số trường hợp di truyền của gene đa alen?

9 Tính trạng trội, lặn ở một số loài động vật có giá trị như thế nào trong chăn nuôi?

CHƯƠNG III

DI TRUYỀN PHÂN TỬ - MIỄN DỊCH & DỊ TẬT

3.1 DNA (DEOXYRIBONUCLEIC ACID)

3.1.1 DNA là vật chất di truyền

Sau thời gian dài tồn tại quan niệm cho rằng protein là chất di truyền Năm

1868, Friedrich Miescher, nhà sinh hoá học người Thuỵ Điển phát hiện trong nhân tế bào bạch cầu có một thành phần không phải là protein, chất này có tính acid nên được gọi là nucleic acid (nucleus – nhân), có 2 loại là deoxyribonucleic acid (DNA)

và ribonucleic acid (RNA) Sau đó thì R Feulgen đã thành công khi tìm được phương pháp nhuộm DNA vào năm 1914 nhưng đến 1944 mới chứng minh được DNA là vật chất mang thông tin di truyền và vào năm 1952 thì điều này được thừa nhận rộng rãi (Phạm Thành Hổ 2008)

3.1.1.1 Các chứng minh gián tiếp

Có nhiều công trình nghiên cứu về để xác định DNA là gì và như thế nào

- DNA tồn tại trong nhân và là thành phần chủ yếu của NST ở tất cả các loài: vi sinh vật, thực vật và động vật

- Lượng DNA rất ổn định trong tế bào sinh dưỡng của sinh vật ở mọi giai đoạn

- Số lượng DNA trong tế bào như sau, tế bào sinh dục (n) và tế bào sinh dưỡng (2n)

- DNA hấp thu tia tử ngoại ở bước sóng 260nm là tốt nhất, nên đây cũng là phương tiện gây đột biến DNA (Phạm Thành Hổ 2008)

3.1.1.2 Chứng minh bằng hiện tượng biến nạp

Hiện tượng này do Griffith phát hiện vào năm 1928 trên vi khuẩn (Diplococcus pneumoniae ) gây bệnh sưng phổi ở động vật có vú, chúng có 2 dạng

* Dạng S: gây bệnh, có khả năng tạo vỏ bao bằng polysaccharid và bạch cầu không có khả năng phá vở lớp vỏ này

* Dạng R: không gây bệnh, không có lớp vỏ bọc bên ngoài

Thí nghiệm

Nguồn: Trương Thị Bích Phượng, k.n

Hình 3.1: Chứng minh hiện tƣợng biến nạp trên chuột

A: Tiêm vi khuẩn dạng S còn sống, kết quả chuột bị nhiễm bệnh và chết B: Làm biến tính dạng S sang R tiêm cho chuột, kết quả chuột sống vì không bệnh

C: Đung nóng cho vi khuẩn dạng S chết và gây nhiễm thì chuột không bị chết D: Trộn dạng S bị đung chết và dạng R còn sống tiêm cho chuột, kết quả chuột chết Phân tích trong xác của chuột thì có cả 2 dạng S và R

Điều đó cho thấy dạng S không thể sống lại nhưng chúng chuyển tính hiệu sang dạng R gây cho chuột chết Đây chỉ là minh chứng ban đầu cho tính biến nạp vì bản thân chúng cũng còn nhiều protein(Trương Thị Bích Phượng, k.n.)

3.1.1.3 Xâm nhập của virus vào vi khuẩn

A Hershey và M.Chase (1952) đã khảo sát sự xâm nhập của thực khuẩn thể T2 (T2 bacteriophage) vào vi khuẩn Escherichia coli và chứng minh rằng DNA là chất di truyền của virus T2 Virus tấn công vi khuẩn bằng cách bám lên bề mặt tế bào, bơm một chất vào bên trong vi khuẩn Bên trong vi khuẩn các virus mới được sinh ra, sau 20 phút tế bào vi khuẩn vỡ ra và phóng thích nhiều virus mới (Võ Văn Sơn và cs, 2008)

A

B

C

D

Nguồn: Võ Văn Sơn và cs, 2008

Hình 3.2: Cấu tạo (a) và vòng đời của phage (b); thí nghiệm chứng minh DNA là

vật chất di truyền (c)

DNA chứa nhiều phosphor (P), không có lưu huỳnh (S), protein chứa lưu huỳnh nhưng không chứa phosphor nên có thể phân biệt giữa DNA và protein nhờ đồng vị phóng xạ Phage được nuôi trên vi khuẩn mọc trên môi trường chứa các đồng vị phóng xạ P32 và S35, S35 xâm nhập vào protein và P32 xâm nhập vào DNA của phage

Thí nghiệm được tiến hành như sau:

Phage T2 nhiễm phóng xạ được tách ra và đem nhiễm vào các vi khuẩn không nhiễm phóng xạ, chúng sẽ gắn lên mặt ngoài của tế bào vi khuẩn trong một khoảng thời gian đủ để bám và bơm chất nào đó vào tế bào vi khuẩn

Dung dịch được lắc mạnh và ly tâm để tách rời tế bào vi khuẩn khỏi phần phage bám bên ngoài vách tế bào Kết quả phân tích cho thấy phần trong tế bào vi khuẩn có chứa nhiều P32 (70%) và rất ít S35, còn phần bên ngoài tế bào vi khuẩn chứa nhiều S35 và rất ít P32 Thế hệ mới của phage chứa khoảng 30% P32 ban đầu Thí nghiệm này đã được chứng minh trực tiếp rằng, DNA của phage T2 đã xâm nhập vào tế bào vi khuẩn và sinh sản để tạo ra thế hệ phage mới mang tính di truyền có khả năng đến nhiễm vào các vi khuẩn khác

3.1.2 Thành phần và cấu tạo DNA

3.1.2.1 Thành phần hoá học

Phân tử DNA được cấu tạo từ các đơn phân nucleotide Mỗi nucleotide được cấu tạo từ đường pento deoxyribose, nhóm phosphate và một trong bốn loại base20thuộc 2 nhóm Nhóm pyrimidine: cytosine (C) và thymine (T) có cấu trúc vòng đơn carbon – nitrogen, ở RNA thì Uracil (U) thay cho thymine (T) Nhóm purine: adenine (A) và guanine (G) có cấu trúc vòng kép carbon - nitrogen

Phân tử đường pentose (5C) nucleoside desoxyribo + nitrogenous base tại C1 = nucleoside Nucleoside + phosphate tại C5 của đường pentose = nucleotide

3.1.2.2 Cấu trúc DNA

* Mô hình không gian của DNA

Trên cơ sở sử dụng kỹ thuật tán xạ tia X trong nghiên cứu DNA của một số nhà khoa học thì Francis Crick đã nêu ra phương pháp toán học giải thích những kết quả đối với cấu trúc xoắn của protein và năm 1951 ông bắt đầu quan tâm đến DNA Trong thời gian này Watson khoảng 25 tuổi, sự kết hợp của 2 nhà khoa học này đã cho ra đời một mô hình cấu trúc DNA mang tên Watson – Crick1 Từ mô hình này 2 tác giả đã trình bày cấu trúc của DNA như sau

+ Phân tử DNA gồm 2 chuổi polynucleotid quấn quanh trục và ngược chiều nhau

+ Các base quay vào phía trong, gốc phosphate và đường quay ra ngoài vòng xoắn

+ Chiều cao vòng xoắn gồm 10 cặp base tao nên là 34A0

và đường kính là 20A0

Nguồn: Trương Thị Bích Phượng, k.ng

Hình 3.4: Mô hình xoắn kép DNA

+ Mô hình cuộn xoắn của DNA gồm 2 mạch đối xứng nhau qua trục, các phân

tử đường và phosphate liên kết nhau bằng cầu nối phosphodiester, các base bổ sung nhau theo nguyên tắc (A = T, G = C) bằng 2 hay 3 liên kết hidro Mỗi đoạn đơn DNA bắt đầu từ điểm 5’ của phân tử đường deoxyribo đến đầu 3’ thì đoạn còn lại sẽ

đi từ 3’ đến 5’ Trong đó khoảng cách của 2 mạch luôn xác định không thay đổi bằng base (purin) cộng với base (pirimidin)

Bộ khung đường - phosphate 20A0

Nguồn: Trương Thị Bích Phượng, k.n

Hình 3.5: Liên kết hidro giữa các base

Từ mô hình khung thông qua những liên kết của các base và đường chúng ta có thể hình dung cấu trúc hoá học 2 mạch đối xứng trong đoạn DNA và mạch sao chép của RNA Khi chúng ta biết được trình tự sắp xếp các nucleotid ở chuỗi này thì chúng ta có thể suy ra trình tự sắp xếp của chuỗi kia

Nguồn: Genetics, k.n

Hình 3.6: Cấu trúc phân tử của đoạn DNA và RNA

Mô hình DNA do Watson – Crick ra đời năm 1953 tồn tại trong một thời gian dài, trong những năm 70 nhờ những thành tự phát triển của khoa học đã khám phá ra DNA có nhiều dạng và nhiều họ khác nhau Mỗi dạng DNA là một dòng họ khác nhau, các phân tử của chúng được đánh giá thông qua giá trị h (chiều cao của 2 nucleotid kề nhau) và n (số cặp nucleotid trong một vòng xoắn) Kết quả nghiên cứu

cho thấy Watson – Crick đã phát triển thành mô hình DNA từ dạng B, phổ biến nhất trong điều kiện sinh lý bình thường Ngoài dạng B còn những dạng A, C, D khác nhau về khoảng cách của các base, độ nghiên so với trục hay sự phân bố trên chuỗi trong những điều kiện ẩm độ và ion khác nhau Dạng Z (zigzag) xuất hiện đã gây nhiều tranh cãi

Nguồn: Trương Thị Bích Phượng, k.n

Hình 3.7: Các dạng xoắn của DNA 19

Watson cho rằng trong điều kiện nồng độ muối cao gây cho B thay đổi thành Z

và ngược lại Rich thì cho rằng có thể vùng DNA Z nằm xen trong vùng DNA B, do một tác nhân nào đó làm cho chúng có sự chuyển đổi từ dạng này sang dạng kia và ông cho rằng chúng xãy ra là do tự nhiên mà cụ thể là đã có ở ruồi giấm bình thường (Trương Thị Bích Phượng, k.n)

* Biến tính DNA

Là trường hợp dùng nhiệt độ (80 – 950C

)làm đức các liên kết hidro trong DNA gọi là biến tính và nhiệt độ đó gọi là điểm chảy Trường hợp gây biến tính DNA xong mà hạ nhiệt độ xuống từ từ thì DNA đã biến tính gắn lại thành mạch kép gọi là hồi tính

3.1.3 Sao chép DNA

3.1.3.1 Theo khuôn

Trong quá trình phát triển của sinh vật, thông qua sự sinh sản để truyền đạt lại thông tin di truyền cho đời con từ bố mẹ Trong quá trình phân chia 2 mạch của DNA tách ra thành 2 mạch riêng lẻ, với lý do là các liên kết hidro giữa các base bị tách ra Mỗi mạch DNA sẽ làm khuôn để tổng hợp mạch còn lại theo nguyên tắc kết hợp bổ sung của A, T, G, và C có nghĩa là xếp mạch mới theo trình tự bổ sung, như thế goi là sao chép bán bảo tồn (Phạm Thành Hổ, 2008)