Vietnamen’s Weblog

Time, Chances, Diligence, Intelligence: which is the most important?

Archive for Tháng Năm 2008

Di truyền phân tử 3 – DNA make up gene

with one comment

Trong phần 1, ta biết DNA và protein đều quan trọng trong nhân tế bào. Phần 2 cho ta biết gene đóng vai trò chính tạo ra protein. Vậy gene nằm ở đâu? Trong phần 1, Leuvene và nhiều nhà khoa học khác vẫn cho rằng protein chứa gene. Như vậy bài toán “the egg and the chicken” xảy ra, nghĩa là gene tạo ra protein và protein chứa gene. Vậy quan điểm “protein chứa gene” đúng hay sai? Phần này, ta muốn khẳng định rằng chính DNA mới chứa gene – một gene là một đoạn của DNA. Điều này chỉ được làm sáng tỏ vào thập niên 1940.

Oswald Avery (tại Rockfeller Institute, thập niên 1940) cùng đồng nghiệp đã tiến hành thí nghiệm trên vi khuẩn Pneumococcus, loại gây ra bệnh viêm phổi (pneumonia). Pneumococcus phát triển trong cơ thể vật chủ (ví dụ: chuột), nhưng đồng thời cũng có thể phát triển trong môi trường cấy lỏng hoặc đặc.

Từ năm 1928, Fred Griffith công bố 2 dòng khác nhau của Pneumococcus: S và R.

  • dòng S có khả năng gây ra bệnh (có bề mặt trơn nhẵn do có vỏ bọc)
  • dòng R thì vô hại (có bề mặt thô ráp)

Do cả 2 dòng S và R đều có thể được tìm thấy trên một mẫu bệnh. Nên Griffith suy đoán là từ dòng này có thể chuyển sang dòng kia. Để trả lời nghi vấn, ông đã thử nghiệm và phát hiện ra rằng dòng vi khuẩn R vô hại này vẫn có thể gây bệnh khi nó gặp phải virus của dòng S đã chết (virulent strain of bacteria) – dĩ nhiền dòng S đã chết thì bản thân không còn khả năng gây bệnh nữa. Như vậy, virus của dòng S đã chết có thể đã cung cấp thành phần hóa học nào đó giúp cho quá trình chuyển đổi (transform) từ dòng vô hại sang có hại – gọi là dòng S được nuôi cấy (S strain cultured). Đồng thời, dòng S được nuôi cấy này khi đưa sang con chuột khác khỏe mạnh cũng gây bệnh, nghĩa là sự thay đổi này có tính ổn định và kế thừa (stable & inherited).

Vậy có thể nào virus của dòng S chết đã cung cấp một gene nào đó cần thiết cho quá trình hóa học giúp chuyển virus từ dòng R vô hại sang có hại. Câu trả lời dành cho Oswald Avery.

Avery cùng với Colin Macleod, Maclyn McCarty bắt đầu tìm hiểu câu trả lời cho nguyên lí này. Họ không làm trực tiếp trên chuột mà dùng môi trường ống nghiệm (test tube assay) và dùng chất tẩy (detergent) để phá vỡ (lyse) các tế bào của dòng S đã bị chết. Các mãnh vở tế bào (cellular debris) sẽ được lắng xuống và dễ dàng tách các mảnh vỡ (lysate) nằm ở trên ra (lysate chính là thành phần bên trong của một tế bào đã được dung giải: gồm có lớp vỏ bọc tế bào (coat), protein, phân tử DNA và RNA).

Khi đưa lysate vào với dòng R thì nó sẽ tạo ra dòng gây bệnh. Vậy có thể chắc chắn là một thành phần bên trong lysate đã giúp chuyển hóa từ dòng R vô hại sang có hại. Để tìm ra thành phần nào bên trong lysate quyết định đến quá trình chuyển đổi R thành S, họ làm từng bước:

  • Đưa enzyme SIII vào để “ăn” hết phân tử đường làm vỏ bọc –> vẫn tạo ra dòng S từ dòng R. Như vậy, phân tử đường không đóng vai trò giúp chuyển hóa dòng R thành dòng S.
  • Họ cho tiếp enzyme (trypsin + chymotrypsin) tiêu hóa protein vào mẫu đã bị tách đường ở trên –> vẫn tạo ra dòng S từ dòng R. Như vậy, protein không đóng vai trò giúp chuyển hóa từ dòng R sang S.
  • Họ cho tiếp rượu (alcohol) vào –> họ lần đầu tiên tách được nucleic acids kết tủa (precipitate) ra khỏi Pneumococcus. Và họ tin rằng, có thể chính một trong các nucleic acids (DNA hay RNA) quyết định đến sự chuyển đổi. Họ hòa tan nucleic acids kết tủa vào trong nước. Tiếp, hủy RNA bằng RNase enzyme và kiểm tra quá trình chuyển đổi.

+ No coat, no protein, no RNA: –> vẫn tạo ra dòng S từ dòng R.

Còn lại cuối cùng là DNA, họ hủy DNA bằng cách đưa vào enzyme tiêu hóa DNA (DNase enzyme)

+ No coat, no protein, no RNA, no DNA: –> kết quả thu được là dòng R. Như vậy nó mất khả năng tạo ra dòng S từ dòng R.

Tiếp, họ thay S-strain DNA bằng R-strain DNA thì DNA của R không thể tạo ra dòng S từ R được do DNA của R thiếu gene cần thiết để tạo ra được lớp vỏ bọc bằng đường (sugar coat). Việc tạo ra lớp vỏ bọc này sẽ giúp dòng R (R strain) chuyển thành dòng S.

Khi phân tách ra dung dịch có chứa DNA, Avery và cộng sự nhận thấy nó có tính chất sệt, dày, và quánh (viscous, thick & stringy). Sau khi hủy DNA, thì dung dịch không còn tính chất đó nữa. Kết quả thu được cũng tương tự khi họ lắc mạnh dung dịch DNA. Việc lắc mạnh này làm gãy cấu trúc của DNA thành các mảnh nhỏ. Và khi đưa kết quả này vào với dòng R, thì cũng không tạo ra dòng S, nghĩa là việc làm đứt gãy DNA cũng làm mất tác dụng của gene hay các đoạn DNA không đủ dài để chứa gene. Khi chia đôi phân tử DNA, thì một bên có khả năng tạo ra dòng S khi kết hợp với dòng R, còn nửa còn lại thì không. Như vậy, có thể kết luận rằng gene là một đoạn DNA (đủ dài). Năm 1944, kết quả được công bố “DNA của S đóng vai trò quan trọng và là nơi lưu giữ gene.”

Qui trình nghiên cứu của Griffith.

Griffith phát hiện là chuột bị nhiễm dòng S thì phát triển bệnh viêm phổi và chết vài ngày sau đó. Nguyên nhân là do dòng S có lớp vỏ bọc hình viên nhộng (capsule-like coat) tạo bởi các phân tử đường giúp nó ngăn hệ miễn dịch của vật chủ (host’s immune system) tiêu diệt vi khuẩn. Vì thế, dòng S là lây nhiễm (infectious).

Griffith nhận thấy rằng cả hai dòng khác nhau đều có thể được nuôi cấy (culture) từ cùng 1 vật chủ. Vậy, có thể nào từ dòng này chuyển sang dòng kia? Ông đã làm thí nghiệm:

– nung nóng dòng S để làm chết vi khuẩn, sau đó

+ nếu đưa vào cơ thể chuột dòng S đã bị chết, vi khuẩn bị nhiệt độ làm chết đã không còn khả năng gây bệnh nữa.

+ nếu đưa vào cơ thể chuột dòng S đã bị chết đồng thời với dòng R còn sống thì chuột lại bị nhiễm bệnh viêm phổi và chết. Và từ con chuột chết này, Griffith đã có thể lấy ra dòng S còn sống. Như vậy, từ dòng R có thể chuyển sang dòng S và câu hỏi đặt ra là: bằng cách nào?

CONCLUSION:

DNA là nơi lưu giữ thông tin di truyền, cụ thể là gene. Gene là một phần trong chuỗi phân tử DNA. Đồng thời, ta cũng biết thêm rằng vi khuẩn cũng có DNA.

LINK:

  1. http://profiles.nlm.nih.gov/ (Profiles các nhà khoa học trong biomedical research và public health)
Advertisements

Written by vietnamen

Tháng Năm 21, 2008 at 3:06 sáng

Posted in Di truyền phân tử, Sinh học

Tagged with ,

Di truyền phân tử 2 – one gene create one protein

with one comment

Trong phần trước, ta đã bàn về một số quan điểm và lý thuyết sơ khởi về vai trò của DNA cùng protein đối với tế bào. Vì là sơ khởi, chúng có thể không chính xác.  Ví dụ quan điểm protein lưu giữ thông tin di truyền là sai (sẽ được nói trong phần 3). Protein đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết các quá trình hóa học bên trong cơ thể, đảm bảo cho các tế bào hoạt động đúng chức năng. Trong phần này, ta sẽ tìm hiểu sự ra đời của việc khám phá ra protein là sản phẩn của gene.

Năm 1902, Archibald Garrod đã mô tả bệnh ancapton niệu (alkaptunoria) (đã đề cập trong phần 9 của di truyền cơ bản) là do “lỗi bẩm sinh trong quá trình trao đổi chất (inborn errors in metabolism) – tức là có những thiếu sót hoặc giai đoạn bị lỗi trong quá trình hóa học phát triển của cơ thể khiến cho cơ thể không tự sản sinh ra những chất dinh dưỡng (nutrients) cần thiết, dẫn đến việc cơ thể phát triển chậm hoặc không thể phát triển được.” Cụ thể là với người bị bệnh ancapton niệu, có một đột biến gene (nào đó liên quan) đã gây ra sự thiếu sót làm cho quá trình sinh hóa loại bỏ chất thải lỏng (nước tiểu…) ra khỏi cơ thể không thực hiện được. Kiểu hình (phenotype) biểu hiện của bệnh này là nước tiểu màu đen (dark urine).

Năm 1941, George BeadleEdward Tatum thí nghiệm với Neurospora crassa – vi khuẩn mốc bánh mì màu đỏ (red bread mold) với mục đích chứng tỏ lí thuyết của Archibald Garrod – đột biến xảy ra là do sai sót xảy ra trong quá trình trao đổi sinh hóa (biochemical pathways). Cụ thể là khi dùng tia xạ với khuẩn mốc bánh mì màu đỏ – mốc bị đột biến – chúng mất khả năng tổng hợp chất dinh dưỡng, dẫn đến chậm hoặc không thể phát triển của mốc. Sau đó, bằng cách cho vào mốc đã bị đột biến đó chất bổ sung, thì quá trình phát triển lại được hồi phục. Hai nhà khoa học suy luận rằng đột biến gene đã vô hiệu hóa (inactive) một enzyme (a type of protein) nào đó cần thiết cho quá trình tổng hợp chất dinh dưỡng. Nghĩa là, gene đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp protein.

DETAILS:

Neurospora là vi khuẩn chỉ với một bộ chromosome (haploid) trong hầu hết vòng đời, nghĩa là chỉ có 1 bản sao của mỗi gene (vì thế không phải quan tâm về allele trội hay lặn ở đây).

Neurospora có thể được nuôi cấy trên môi trường tối thiểu (minimal media): với agar có chứa ít đường đơn, muối vô cơ (inorganic salts), và vitamin biotins… Và từ các chất này, vi khuẩn sẽ có cách để tự tổng hợp ra chất dinh dưỡng cần thiết để phát triển.

Quá trình tổng hợp ra chất dinh dưỡng luôn cần thiết có các enzyme (protein hoạt hóa). Vấn đề đặt ra ở đây là đột biến gene có ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp chất dinh dưỡng không – hay nói cụ thể là đột biến gene có ảnh hưởng gì với enzyme.

Năm 1927, Herman Muller cho thấy tia X (X-rays) có thể gây ra đột biến ở gene. Vì thế, 2 nhà khoa học đã dùng tia X chiếu vào Neurospora, hi vọng là có thể thu được một số đột biến hiếm mà với môi trường nuôi cấy thông thường, ta không thể thu thập được. Sau khi chiếu tia X vào, họ đem các mẫu thu được nuôi cấy trên môi trường tối thiểu, thì thấy chúng hầu hết vẫn phát triển bình thường. Chứng tỏ chưa có loại đột biến mà làm ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn. Tuy nhiên, may mắn là vẫn có một mẫu không phát triển.

Hai chất đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của mốc là amino acids và vitamins. Nên họ lấy mẫu trên, chia làm hai phần rồi nuôi cấy (culture) trên môi trường tối thiểu, lần này có bổ sung thêm amino acids vào phần 1 và vitamins vào phần 2. Kết quả cho thấy, mốc phát triển tốt với môi trường có bổ sung vitamins, nhưng lại không phát triển trong môi trường có bổ sung amino acids. Như vậy, có thể khẳng định mốc bị đột biến này không có khả năng tạo ra một trong số các vitamins.

Bây giờ, để tìm hiểu là thiếu vitamin nào, họ đã thử đưa từng loại vitamin một vào môi trường tối thiểu.

Kết quả cho thấy là B6 chính là vitamin bị thiếu, hay vi khuẩn bị đột biến không có khả năng sản xuất ra vitamin B6 vì một enzyme nào đó tham gia vào quá trình tổng hợp ra B6 (B6 synthesis pathway) đã bị ảnh hưởng. Có nghĩa là việc đột biến gene dẫn đến sự không hình thành enzyme giúp cho quá trình tổng hợp B6 hay gene đóng vai trò tạo ra enzyme (protein).

Dùng qui trình ở trên, họ cũng phát hiện được nhiều loại đột biến khác nữa. Ví dụ: amino acid Arginine được tổng hợp thông qua một loạt các bước và mỗi bước phụ thuộc vào một enzyme khác nhau.

Vì thế, nếu một trong các gene mã hõa cho các enzyme (ornithine, citrulline, arginine) này bị sai lệch thì sẽ ảnh hưởng đến metabolic pathways tạo ra Arginine. Nghĩa là bên cạnh dòng đột biến arginine, còn tồn tại các dòng đột biến mà cần bổ sung citrulline, hoặc ornithine. Những phát hiện này do Adrian Srb và Norman Horowitz, 1944. Đồng thời, mỗi gene bị đột biến chỉ ảnh hưởng đến việc hình thành 1 enzyme nhất định, nghĩa là 1 gene chỉ đóng vai trò với 1 protein duy nhất – “one gene, one enzyme”.

TERM:

  • Enzyme: là một loại protein, đóng vai trò xúc tác (catalysis), giúp cho các quá trình sinh hoá trong tế bào diễn ra theo yêu cầu (tăng tốc hoặc giúp các phản ứng hóa học bên trong tế bào được diễn ra).
  • Gene expression: là để chỉ quá trình sản xuất ra protein từ gene.

CONCLUSION:

Một đột biến gene (gene mutation) có thể dẫn đến vô hiệu hóa (inactive) biểu hiện gene (gene expression). Kết quả là enzyme (protein) sản phẩm của gene này sẽ không được tạo ra.  Đồng thời, một gene chỉ chịu trách nhiệm chứa thông tin tạo ra tối đa một enzyme hay một protein duy nhất. Trong thực tế, không phải mọi gene đều tạo ra protein. Những gene mã hóa cho protein thì gọi là protein-coding genes. Các quá trình sinh hoá cần đến sự trợ giúp của enzyme này, vì thế không thể xảy ra. Hậu quả có thể rất nghiêm trọng đối với sự phát triển của cơ thể.

LINK:

  1. http://www.ux.uis.no/~ruoff/Neurospora_Rhythm.html (các giai đoạn của đời sống vô tính của Neurospora)
  2. http://www.fgsc.net/Neurospora/neuros.htm (genome của Neurospora)

Written by vietnamen

Tháng Năm 21, 2008 at 1:58 sáng

Di truyền phân tử 1 – DNA & protein are key molecules in cell nucleus

with 4 comments

Trong phần di truyền cơ bản, ta đã nói về các thuật ngữ genes, chromosome … ở mức độ ý niệm. Trong phần di truyền phân tử, ta sẽ tìm hiểu cấu trúc hóa học thực và bản chất của các khái niệm đó.

Friedrich Miescher là nhà vật lí Thụy Sĩ đã tìm hiểu về thành phần hóa học của tế bào. Năm 1869, ông đã bắt đầu tìm hiểu tế bào máu trắng (white blood cells). Tế bào máu trắng là thành phần chính tạo thành mủ (pus) ở các vết thương. Ông đã thu thập các mủ dính tại các băng dán y tế bằng cách ngâm vào dung dịch muối (salt solution). Sau đó, cho dung dịch kiềm yếu (weak alkaline solution) vào, các tế bào sẽ được dung giải (lyse) và các nhân tế bào (cell nuclei) sẽ kết tủa (precipitate) tách ra khỏi dung dịch.

Từ nhân tế bào (nuclei), ông đã phân tách ra được một thành phần hóa học duy nhất, ông gọi là nuclein (nghĩa là nằm trong nhân). Và nuclein tồn tại ở trong mọi tế bào mà ông đã thử nghiệm.

NOTE: Sau này, người ta mới biết rằng nuclein chính thực ra là chromosomes.

Về mặt hóa học, nuclein có chứa rất nhiều phospho, và Miescher nghĩ rằng nuclein đóng vai trò là nơi lưu trữ các phân tử phospho (phosphorous atom) cho tế bào. Lúc đó, Miescher vẫn chưa nghĩ hay tìm ra được chức năng sinh học nào khác của nuclein. Việc này phải nhờ đến Phoebus Levene. Đầu thập niên 1900, Levene cho biết nuclein mà Miescher đề cập chính là hỗn hợp giữa proteins nucleic acids (cụ thể là ADN).

NOTE: Có 2 loại nucleic acids: DNA và RNA.

  • DNA tìm thấy chủ yếu trong nhân tế bào
  • RNA tìm thấy chủ yếu trong tế bào chất (cytoplasm)

Một số thông tin về proteins:

  • được tạo thành ban đầu bởi từ 20 đơn vị nhỏ gọi là amino acids (monomers). Chú ý là các amino acids này có thể bị biến đổi (ví dụ: acetylation – là việc thêm acetyl group vào amino group ở một đầu cuối N-terminal residue) trong chu trình sống của protein.
  • các phân tử amino acids này sẽ liên kết với nhau để tạo thành chuỗi proteins (polymer) với hình dáng và kích thước khác nhau – gọi là polypeptide.

Ví dụ: chỉ với chuỗi gồm 4 amino acids thuộc từ 20 loại amino acids đó, ta có thể tạo ra 20^4 = 160000 sự kết hợp. Do đó, có thể nói rằng proteins có đủ mọi kích cỡ và hình dáng khác nhau.

Một số thông tin về DNA (do Leuvene nghiên cứu):

Nếu với proteins được tạo thành tử 20 đơn vị khác nhau thì phân tử DNA chỉ có 4 đơn vị tạo thành, gọi là nucleotides.

Mỗi phân tử nucleotide được tạo thành từ 3 thành phần:bazơ có nhóm phosphate (mono-phosphate, pyrophosphate hoặc tri-phosphate), đường deoxyribose (đối với DNA) hoặc đường ribose (đối với RNA), và bazơ có chứa nitrogen (nitrogenous base).

Vì trong nitrogenous base cũng có nguyên tố Carbon và được đánh số 1,2… nên nguyên tố Carbon trong phân tử đường được đánh số từ 1-5 kèm theo kí hiệu primer (‘). Theo hình vẽ, nitrogenous base luôn gắn vào C-1’, (với RNA, C-2′ sẽ gắn với -OH, thay vì  proton -H như trong DNA), nhóm hydroxil -OH (hydroxil group) thì gắn vào C-3′ (nơi sẽ diễn ra liên kết phosphodiester với nucleotide khác để tạo ra chuỗi polymer), và gốc phosphate thì gắn vào C-5′.

Như vậy, sự khác nhau giữa 4 nucleotides là ở nitrogenous base, được phân làm 2 loại: purine (Guanine, Adenine) pyrimidine (Cystosine, Thymine).

Để tạo thành DNA, Leuvene phát hiện rằng các phân tử nucleotides liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester (phosphodiester bond): 1 nhóm phosphate liên kết với hai phân tử đường: sugar thứ nhất là cùng nằm trên một phân tử nucleotide chứa bản thân gốc phosphate đó (gốc phosphate liên kết với C5′ của sugar) và sugar thứ hai thuộc một nucleotide khác (gốc phosphate liên kết với C3′ của sugar). Và ta lấy C5′ của sugar thuộc nucleotide có chứa gốc phosphate làm đầu (head) – tức là nơi sẽ không tiếp tục nhận thêm residue, còn C3′ của sugar còn lại làm đuôi (tail) – nơi có thể nối thêm residue. Như vậy, hướng liên kết trên chuỗi DNA là từ C5′ tới C3′ hay 5′ (5 prime) đến 3′ (3 prime).

DNA vs. Protein:

Ở các phần trước, ta đã biết nguyên liệu di truyền chứa trong nhân và cụ thể là nuclein (chromosomes). Câu hỏi đặt ra là: nguyên liệu di truyền là proteins hay DNA? Tại thời điểm này, mọi quan điểm đều cho rằng protein mang nguyên liệu di truyền. Lí do là vì khi so sánh protein và DNA, họ thấy rằng protein phức tạp hơn và các nhà khoa học cho rằng muốn lưu giữ nguyên liệu di truyền thì phải là rất phức tạp (Quan điểm này thực ra không đúng – sẽ được đề cập rõ ở các phần sau vì thực ra DNA mới mang nguyên liệu di truyền và protein là sản phẩm của nguyên liệu di truyền, đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện mọi chức năng của tế bào).

Levene nghiên cứu thành phần hóa học của DNA và thấy DNA được tạo thành từ 4 đơn vị, ít hơn nhiều so với số đơn vị của proteins, Leuvene đã đưa ra một lí thuyết gọi là “tetranucleotide theory” (sau này đã được chứng thực là không đúng). Ông cho rằng, số lượng của từng loại nucleotides trong một phân tử DNA là như nhau. Theo đó, ông quan điểm là mỗi phân tử DNA được tạo thành bởi các khối, mỗi khối chứa 4 nucleotides, gọi là “tetranucleotide block“. Trong mỗi khối, các nucleotide được sắp xếp với trật tự cố định như nhau, và mỗi nucleodie chỉ xuất hiện 1 lần. Như vậy trong phân tử ADN, theo lý thuyết này, ta luôn có A=T=G=C. Quan điểm này đã được chấp nhận rộng rãi trong thập kỉ 1920 và 1930.

Với quan điểm như thế, đến năm 1938, Leuvene cho rằng DNA không đủ “thông minh” để chứa/mã hóa các thông tin di truyền. Vì thế, ông cho rằng chính proteins mới là nguyên liệu di truyền cấp phân tử.

Đọc tiếp »

Written by vietnamen

Tháng Năm 20, 2008 at 2:05 chiều

Di truyền cơ bản 10 – inheritance on human and multi-gene trait

leave a comment »

Trong các phần trước, ta đã đề cập đến di truyền trên cây đậu Hà Lan và ruồi giấm. Vậy, các định luật di truyền được áp dụng trên người như thế nào? Những tìm hiểu về các căn bệnh gặp phải ở trong phả hệ/nòi giống của một số gia tộc (pedigrees of families) đã cho thấy những ví dụ đầu tiên về sự di truyền (về bệnh tật) ở người.

Các di truyền lặn (recessive inheritance) được mô tả lần đầu đối với các rối loạn ancapton niệu (disorder alkaptonuria, 1902) hay chứng bạch tạng (albinism, 1903). Và các bệnh về di truyền trội như bệnh tay ngắn (brachydactyly, 1905), bệnh đục nhân mắt bẩm sinh (congential cataracts, 1906), chứng múa giật (Hungtinton’s chorea, 1913), sự loạn dưỡng ở cơ (Duchenne muscular dystrophy, 1913), bệnh mù màu xanh-đỏ (red-green color blindness, 1914), bệnh ưa chảy máu (hemophilia, 1916) là những căn bệnh di truyền liên quan đến giới tính (X-linked or sex-linked disorders).

Đồng thời người ta còn phát hiện ra rằng, một tính trạng không phải chỉ được qui định bởi duy nhất 1 gene (với tối đa 2 kiểu hình), vì có những tính trạng được qui định bởi nhiều genes (với nhiều hơn 2 kiểu hình, ví dụ: màu mắt nâu, xanh, đen, xám, …)

Từ xưa, việc hôn phối giữa những người cùng dòng tộc được xem là cách để bảo tồn nòi giống cao quí của mình. Vì thế, những căn bệnh mang tính di truyền liên quan đến giới tính cũng được truyền từ đời này sang đời khác. Ta hãy xem một ví dụ về dòng họ của Nữ hoàng Anh Victoria. Bà đã mang gene của căn bệnh ưa chảy máu (hemophilia), căn bệnh được xem là chỉ biểu hiện ở đàn ông.

  • Vòng tròn: đại diện cho nữ
  • Hình vuông: đại diện cho nam
  • Gạch nối ngang: quan hệ vợ chồng
  • Gạch nối đứng: quan hệ bố mẹ/con cái
  • Hình vuông tô đen: người bị ảnh hưởng bởi bệnh (affected male)
  • Hình tròn có chấm đen: có mang gene của bệnh, nhưng bản thân không bị bệnh (carrier female)

Cặp Albert-Victoria có 1 người con trai tên Leopold mang bệnh, 2 người con gái được xem là có mang gene gây bệnh, vì con của họ có xuất hiện bệnh. Cháu gái của họ, Alexandra do có mang mầm bệnh, nên khi cưới sa hoàng (tsar) Nicholas đệ Nhị, đã có con trai tên Alexei bị bệnh.

Bệnh ưa chảy máu do 1 gene trên chromosome X qui định (kí hiệu: allele lặn gây bệnh là h, allele trội không gây bệnh là H)

Tiếp đến là ví dụ về màu mắt: Charles Davenport, thiết lập Eugenics Record Office (ERO) năm 1910 nhằm tìm hiểu ứng dụng của di truyền giúp cho cuộc sống con người tốt hơn, đã có những nghiên cứu đầu tiên về di truyền của màu mắt. Họ tin rằng mọi tính trạng (trait) của con người đều di truyền theo qui luật di truyền về gene của Mendel. Tính trạng trội của màu mắt thường được xem là màu đen.
Một phụ nữ mắt nâu mà dòng họ từ nhiều đời có màu mắt nâu, nên có thể xem cô ấy có gene biểu hiện màu mắt là đồng nhất (homozygous). Cô cưới một người đàn ông có màu mắt xanh, cũng có gene biểu hiện màu mắt là đồng nhất.

Con cái của họ đều có màu mắt nâu, vậy màu nâu là màu mắt trội. Tỉ lệ màu mắt brown:blue ở F2 là 3:1, tuân theo tỉ lệ trội : lặn của Mendel. Điều này có vẻ hợp lí. Song, trên thực tế, các nhà khoa học ngày nay chứng tỏ được rằng màu mắt được qui định bởi 2 hoặc 3 genes . Do đó, các cố gắng để giải thích màu mắt là di truyền bởi hệ thống 1 gene đơn lẻ là không thuyết phục. Cụ thể qua sự chênh lệch về màu sắc với các mức độ khác nhau; đó được hiểu là do kết quả của sự biến đổi biểu hiện của các gene (gene expression) qui định tính trạng màu mắt ở từng cá nhân cụ thể.

Một ví dụ khác về căn bệnh di truyền ít nguy hiểm là ancapton niệu do Archibald Garrod phát hiện:

  • John bị bệnh và bà ngoại cậu ta bị bệnh
  • Bà ngoại của cậu có một người em trai cũng bị bệnh, và người em trai này là bố của mẹ John. Vậy mẹ của John và bố của John là anh em cậu gì (cùng huyết thống, cùng dòng máu – consanguineous), trong quan hệ gia phả, nó được biểu diễn bởi gạch ngang đôi

Cả bố và mẹ của John đều không mắc bệnh này, có nghĩa là họ đều mang gene gây bệnh capton niệu không đồng nhất (với 1 allele trội, 1 allele lặn, và cặp allele lặn đã được truyền cho John). Archibald Garrod cho rằng các bệnh di truyền lặn thường biểu hiện ra bên ngoài trong các gia đình có quan hệ huyết thống (consaguineous relationship)

CONCLUSION:
Qua các thông tin đã thu thập được ở các phần, ta có thể nói rằng di truyền của Mendel không lí giải đầy đủ sức khỏe và tính cách của con người. Tính cách của con người rất phức tạp, hay các bệnh về tâm thần (mental illness), chúng được qui định bởi rất nhiều gene, và còn do các yếu tố khác như môi trường chính trị xã hội bên ngoài cấu thành, chứ không đơn thuần là yếu tố di truyền.

LINK:

  1. http://www.genome.gov/27026388 (Chương trình chữa trị các chứng bệnh về di truyền chưa được biết đến của NIH)
  2. http://www.hhmi.org/genetictrail/

Written by vietnamen

Tháng Năm 20, 2008 at 3:13 sáng

Di truyền cơ bản 9 – tiến hóa

Từ 1895, Darwin đã đưa ra quan điểm về sự tiến hóa – đó là một quá trình chọn lọc tự nhiên (natural selection) với mục tiêu giúp tăng cường khả năng chịu đựng, thích nghi của mỗi chủng loài/cá thể. Qua phần 8,  ta biết rằng crossover đóng một vai trò quan trọng trong sự đa dạng hóa các kiểu hình của tính trạng của loài. Vậy câu hỏi đặt ra là: các biến đổi trong di truyền xảy ra như thế nào và chúng có ảnh hưởng thế nào (tốt/xấu) đối với loài? Ta sẽ tìm hiểu ở đây: phần đầu là đối với cây trồng, phần sau là đối với người.

George Shull là một nhà khoa học gắn bó với cây trồng và ông đặc biệt quan tâm tới thuyết tiến hoá của Darwin. Với yêu cầu, tạo ra các đột biến có chọn lọc nhằm tạo ra các giống cây trồng, vật nuôi có traits tốt, các nhà khoa học ngày càng quan tâm hơn tới sự lai tạo giữa các tính genes. George Shull, năm 1905, bắt đầu tiến hành với cây ngô lai (corn hybrids) để đánh giá sự di truyền của các đột biến phát triển và tác động tới cây như thế nào.

Trong tự nhiên, các cây ngô này được thụ phấn chéo (cross-pollinated) với nhau nhờ có gió mang phấn từ cây này thụ phấn sang cây khác. Do đó, trong một ruộng ngô, các cây con sẽ có hình dáng, sức chịu đựng (vigour), năng suất (yield)… khác nhau.

Shull bắt đầu tiến hành bằng cách tự thụ phấn cho cây (self-pollinating, self-fertilized) – cây không nhận phấn từ cây nào khác ngoài nó. Sau 7 thế hệ được làm như thế, ông đã tạo ra các dòng thuần chủng (pure-bred lines of corn) giống như Mendel đã từng làm với cây đậu Hà lan. Đặc biệt thú vị là các dòng thuần chủng này càng ít khả năng chịu đựng, phát triển chậm và cho ra năng suất rất kém so với ngô được thụ phấn trong tự nhiên.

Nếu ông đem lai 2 cây ngô thuộc 2 dòng thuần chủng khác nhau với nhau, thì ông thấy năng suất tăng lên với cây thuần chủng ban đầu. Cây lai cho năng suất cao gấp đôi cây thuần chủng, và cao hơn 10%-20% so với cây thụ phấn trong tự nhiên.

Ví dụ: Strain1 và Strain2 là 2 dòng thuần, với tính trạng “hybrid vigour” được qui định bởi 2 genes A và B. Thì kiểu gene (genotype) của dòng thuần AA/bb hoặc aa/BB.

Đối với cây trồng, việc đa dạng kiểu gene đóng vai trò quan trọng. Vậy, đối với người thì như thế nào? Con người có chịu ảnh hưởng đối với một số tính trạng di truyền theo giới tính không? Ở phần 2 này, ta sẽ  tìm hiểu về các căn bệnh gặp phải ở trong phả hệ/nòi giống của một số gia tộc (pedigrees of families) đã cho thấy những ví dụ đầu tiên về sự di truyền (về bệnh tật) ở người, và chúng có liên quan đến giới tính.

  • Các di truyền lặn (recessive inheritance) được mô tả lần đầu đối với các rối loạn ancapton niệu (disorder alkaptonuria, 1902) hay chứng bạch tạng (albinism, 1903). Và các bệnh về di truyền trội như bệnh tay ngắn (brachydactyly, 1905), bệnh đục nhân mắt bẩm sinh (congential cataracts, 1906), chứng múa giật (Hungtinton’s chorea, 1913), sự loạn dưỡng ở cơ (Duchenne muscular dystrophy, 1913), bệnh mù màu xanh-đỏ (red-green color blindness, 1914), bệnh ưa chảy máu (hemophilia, 1916) là những căn bệnh di truyền liên quan đến giới tính (X-linked or sex-linked disorders).
  • Đồng thời người ta còn phát hiện ra rằng, một tính trạng không phải chỉ được qui định bởi duy nhất 1 gene (với tối đa 2 kiểu hình), vì có những tính trạng được qui định bởi nhiều genes (với nhiều hơn 2 kiểu hình, ví dụ: màu mắt nâu, xanh, đen, xám, …)

Từ xưa, việc hôn phối giữa những người cùng dòng tộc được xem là cách để bảo tồn nòi giống cao quí của mình. Vì thế, những căn bệnh mang tính di truyền liên quan đến giới tính cũng được truyền từ đời này sang đời khác. Ta hãy xem một ví dụ về dòng họ của Nữ hoàng Anh Victoria. Bà đã mang gene của căn bệnh ưa chảy máu (hemophilia), căn bệnh được xem là chỉ biểu hiện ở đàn ông.

  • Vòng tròn: đại diện cho nữ
  • Hình vuông: đại diện cho nam
  • Gạch nối ngang: quan hệ vợ chồng
  • Gạch nối đứng: quan hệ bố mẹ/con cái
  • Hình vuông tô đen: người bị ảnh hưởng bởi bệnh (affected male)
  • Hình tròn có chấm đen: có mang gene của bệnh, nhưng bản thân không bị bệnh (carrier female)

Cặp Albert-Victoria có 1 người con trai tên Leopold mang bệnh, 2 người con gái (Alice, Beatrice) được xem là có mang gene gây bệnh, vì con của họ có xuất hiện bệnh. Cháu gái của họ, Alexandra do có mang mầm bệnh, nên khi cưới sa hoàng (tsar) Nicholas đệ Nhị, đã có con trai tên Alexei bị bệnh.

  • Bệnh ưa chảy máu do 1 gene trên chromosome X qui định (kí hiệu: allele lặn gây bệnh là h, allele trội không gây bệnh là H)

Tiếp đến là ví dụ về màu mắt – tính trạng được qui định bởi hơn 1 gene: Charles Davenport, thiết lập Eugenics Record Office (ERO) năm 1910 nhằm tìm hiểu ứng dụng của di truyền giúp cho cuộc sống con người tốt hơn, đã có những nghiên cứu đầu tiên về di truyền của màu mắt. Họ tin rằng mọi tính trạng (trait) của con người đều di truyền theo qui luật di truyền về gene của Mendel. Tính trạng trội của màu mắt thường được xem là màu đen.

  • Một phụ nữ mắt nâu mà dòng họ từ nhiều đời có màu mắt nâu, nên có thể xem cô ấy có gene biểu hiện màu mắt là đồng nhất (homozygous). Cô cưới một người đàn ông có màu mắt xanh, cũng có gene biểu hiện màu mắt là đồng nhất.

Con cái của họ đều có màu mắt nâu, vậy màu nâu là màu mắt trội. Tỉ lệ màu mắt brown:blue ở F2 là 3:1, tuân theo tỉ lệ trội : lặn của Mendel. Điều này có vẻ hợp lí. Song, trên thực tế, các nhà khoa học ngày nay chứng tỏ được rằng màu mắt được qui định bởi 2 hoặc 3 genes . Do đó, các cố gắng để giải thích màu mắt là di truyền bởi hệ thống 1 gene đơn lẻ là không thuyết phục. Cụ thể qua sự chênh lệch về màu sắc với các mức độ khác nhau; đó được hiểu là do kết quả của sự biến đổi biểu hiện của các gene (gene expression) qui định tính trạng màu mắt ở từng cá nhân cụ thể.

Một ví dụ khác về căn bệnh di truyền ít nguy hiểm là ancapton niệu do Archibald Garrod phát hiện:

  • John bị bệnh và bà ngoại cậu ta bị bệnh
  • Bà ngoại của cậu có một người em trai cũng bị bệnh, và người em trai này là bố của mẹ John. Vậy mẹ của John và bố của John là anh em cậu gì (cùng huyết thống, cùng dòng máu – consanguineous), trong quan hệ gia phả, nó được biểu diễn bởi gạch ngang đôi

Cả bố và mẹ của John đều không mắc bệnh này, có nghĩa là họ đều mang gene gây bệnh capton niệu không đồng nhất (với 1 allele trội, 1 allele lặn, và cặp allele lặn đã được truyền cho John). Archibald Garrod cho rằng các bệnh di truyền lặn thường biểu hiện ra bên ngoài trong các gia đình có quan hệ huyết thống (consaguineous relationship)

TERM:

  • inbred: lai cùng dòng
  • outbred: giao phối xa
  • heterosis: ưu thế giống lai

SUMMARY:

Đối với cây trồng, việc tạo ra cây lai đóng vai trò cực kì quan trọng. Đây cũng là một phần trong sự tiến hoá của từng chủng loài khi mà sự đa dạng về di truyền đóng vai trò sống còn với mỗi chủng loài. Qua các thông tin đã thu thập được ở các phần, ta có thể nói rằng di truyền của Mendel không lí giải đầy đủ sức khỏe và tính cách của con người. Tính cách của con người rất phức tạp, hay các bệnh về tâm thần (mental illness), chúng được qui định bởi rất nhiều gene, và còn do các yếu tố khác như môi trường chính trị xã hội bên ngoài cấu thành, chứ không đơn thuần là yếu tố di truyền.

LINK:

  1. http://www.mendelweb.org/MWpaul.html#s6 (Bài viết của Mendel về sự ra đời của cây ngô lai)
  2. http://www.dnaftb.org/dnaftb/concept_12/con12bio.html
  3. http://www.genome.gov/27026388 (Chương trình chữa trị các chứng bệnh về di truyền chưa được biết đến của NIH)
  4. http://www.hhmi.org/genetictrail/

Written by vietnamen

Tháng Năm 20, 2008 at 1:25 sáng

Di truyền cơ bản 8 – crossover

with 4 comments

Phần 7 đã đề cập đến sự tồn tại về mối quan hệ di truyền giữa một số tính trạng với giới tính, cụ thể là NST giới tính X (chromosome X). Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là: liệu chúng có luôn được di truyền cùng nhau như một đơn vị hay không? Câu trả lời là không. Lí do chính là hiện tượng trao đổi chéo (crossover) đã làm đa dạng hoá kiểu hình của các cá thể con. Bài viết sẽ nói rõ hơn.

Khi dùng ruồi giấm (fruit fly) để nghiên cứu các đột biến di truyền, Morgan và cộng sự đã tìm ra khoảng 80 loại đột biến khác nhau được tìm ra, họ đã phân tích và thấy luôn có một số kiểu hình của một số tính trạng luôn đi cùng với nhau. Ví dụ: ruồi giấm thân vàng thì thường có mắt trắng. Tức là có một số alleles của hai gene khác nhau có liên kết với nhau để cùng được di truyền như một đơn vị (unit – nghĩa là không bị tách rời) (mà sau này ta hiểu ra là chúng có xu hướng ở trên cùng 1 chromosome). Điều này chứng tỏ định luật 2 của Mendel là thiếu sót, do Mendel quan điểm sự di truyền giữa 2 tính trạng khác nhau là độc lập nhau về di truyền.

Morgan và cộng sự đã xác định có 4 loại đơn vị như thế, và gọi là nhóm liên kết (linkage group) trên ruồi giấm và đã phân loại khoảng 85 genes vào các nhóm này. Các genes thuộc cùng 1 linkage group thì được gọi là linkage genes, và alleles tương ứng có xu hướng kết hợp lại (recombine) với nhau – trở về trên cùng 1 chromosome – để các alleles đó được di truyền cùng với nhau. Số nhóm này bằng với số lượng cặp chromosomes của ruồi giấm. Điều này làm vững chắc thêm lập luận là genes nằm trên chromosomes và các genes trên cùng chromosome thì có quan hệ di truyền với nhau.

Xuất phát từ nhận xét của nhà tế bào học người Bỉ F. A. Janssens trong giai đoạn đầu của meiosis, các chromosome tương đồng (homologous chromosomes) thường quấn vào nhau (intertwine) và trao đổi các mảnh chromosomes cho nhau“. Và quá trình này về sau gọi là crossover. Điều này cho phép, các alleles, của hai gene khác nhau, có xu hướng di truyền cùng nhau được ở trên cùng một chromosome.

Ví dụ: trong quá trình meiosis, một cặp homologous chromosome có chuỗi gene AB và ab tương ứng trên mỗi chromosome.Thay vì chỉ có thể truyền cho con là AB hoặc ab, nó có thể cho ra 4 kiểu gene khác nhau để truyền cho con: kiểu gene giống với của bố mẹ (AB hoặc ab) và kiểu gen kết hợp lại (Ab hoặc aB). Vậy, kiểu gen Ab hoặc aB là ở đâu ra? Điều này được lí giải bởi Janssens, là do quá trình crossover.

Minh họa trên cho thấy một crossover kép (double crossover) được diễn ra: khi có 2 vị trí (site) trên 2 chromatid thuộc về 2 homolog chromosomes giao nhau và phần ở giữa 2 crossover sites đó sẽ hoán đổi từ chromatid của chromosome này sang chromatid của chromosome kia và ngược lại. Sau đây là minh họa theo ý tưởng của Morgan:

Thông thường, 2 alleles ở xa mới có cơ hội crossover xảy ra. Do đó, dựa vào tần suất crossover diễn ra, mà ta có thể đo khoảng cách tương đối giữa 2 alleles trên 2 chromosomes tương đồng:

  • các alleles ở xa nhau thì có cơ hội kết hợp lại (nghĩa là trở về nằm trên cùng 1 chromosome) cao hơn
  • các alleles ở gần nhau thì có cơ hội kết hợp lại thấp hơn

Và người đầu tiên tạo ra bản đồ gene (genetic map hay linkage map hay chromosome map) của ruồi giấm (năm 1913) là Alfred Sturtevant, một học trò của Morgan. Genetic map cho biết vị trí tương đối, tức là khoảng cách giữa các gene đó với nhau như thế nào chứ không phải vị trí cụ thể của gene trên một chromosome để từ đó giúp nhà khoa học biết alleles nào thường đi với nhau. Và Sturtevant đã đưa ra ý tưởng dùng dữ liệu về sự kết hợp lại của các alleles để tạo ra bản đồ các genes trên chromosome.

MỤC TIÊU:

Sturtevant xác định bản đồ gene của các genes biểu diễn cho 3 tính trạng lặn (recessive traits) nằm trên NST giới tính X: thân vàng – yellow body (y), mắt trắng – white eye (w), và cánh nhỏ – miniature wing (m).

TIẾN HÀNH:

Ban đầu, ông tạo ra con cái có các tính trạng không đồng nhất (heterozygous), trong đó các alen lặn (y, w, m) là ở trên cùng chromosome X thứ nhất và các alen trội (B(lack), R(ed), L(arge)) ở trên cùng chromosome tương đồng. Rồi đem lai với con đực có chromosome X cũng chứa các alen lặn (y, w, m).

Nếu các tính trạng trên cùng một unit (ở đây là 1 chromosome) là di truyền cùng với nhau như một đơn vị (unit – không thể tách rời), thì kiểu hình (phenotype) của thế hệ F1 phụ thuộc vào chromosome X của con cái sẽ tuân thẻo theo bảng Punnett (Punnett square) như sau:

Cụ thể là các con F1 tạo ra một nửa thuần trội và một nửa thuần lặn cho kiểu hình của các tính trạng. Đây sẽ tuân theo định luật 2 của Mendel. Tuy nhiên, thực tế cho thấy, trong hơn 10,495 con ruồi giấm (fruit fly) chỉ có khoảng 2/3 số lượng là có kiểu hình thuần trội (BRL) hoặc thuần lặn (ywm) cho các tính trạng. Số ruồi còn lại, trong số 3 tính trạng đang được xem xét, có con có kiểu hình thì trội, kiểu hình thì lặn, như sau

Như vậy, kiểu hình hỗn hợp (BRm, ywL, yRL, Bwm…) có thể được giải thích là có sự trao đổi chéo (crossover) các alleles giữa 2 chromosomes X trong quá trình hình thành trứng (quá trình meiosis) của con cái.

Sau đây là hình minh họa ví trí các allele trên chromosome X lúc không có crossover xảy ra.

và minh họa cho crossover giữa các alleles của gene về màu mắt và kích thước của cánh.

CHÚ Ý: : những alleles nào có khoảng cách càng xa nhau trên cùng chromosome thì có khả năng crossover càng cao (ví dụ: từ BL và ym thường bị chuyển thành Ly và Bm, xem số liệu ở trên (khoảng 3454 con) trong khi BR và yw khó bị chuyển thành yR và Bw (khoảng 9 con)).

Double crossover – xảy ra khi có 2 crossover sites, lúc này chính 2 alleles biểu hiện cho màu mắt sẽ trao đổi chéo với nhau. Xem hình sau:

Xem bảng minh họa linkage groups của các alleles nằm trên các chromosomes (tổng cộng là 4 đối với fruit fly).

Nhóm 1 là các genes nằm trên chromosome X. Qua bảng trên, ta có thể nói: ruồi giấm có thân màu vàng thường đi kèm mắt màu trắng và cánh nhỏ (nhóm 1) hay là nếu có thân màu ô-liu thì thường có mắt màu tía (purple) và không có cánh (apterous) …

Sau đây là genetic map đầy đủ linkage groups của các alleles nằm trên 4 chromosomes. Chú ý là tính trạng thân màu gỗ mun (ebony body color) là tính trạng lặn và không nằm trên chromosome X nên không có ở trong nhóm 1.

BÀI TOÁN:

Tính trạng màu thân là màu gỗ mun không thuộc chromosome X, nên nó phải ở 1 trong 3 chromosome còn lại, hay nói cách khác là thuộc 1 trong 3 nhóm II, III, IV. Muốn kiểm tra có liên quan tới nhóm nào, ta cho giao phối ruồi có thân màu gỗ mun với các ruồi có các đột biến tương ứng thuộc một trong 3 nhóm đó. Ví dụ: ta chọn ruồi có đột biến không có cánh (nhóm II) và ruồi có đột biến mắt màu nâu đỏ (sepia) (nhóm III) và ruồi có đột biến không có mắt (nhóm IV) – các đột biến này đều lặn – để cho lai với ruồi có thân màu gỗ mun.

Mục đích của ta là xem allele thân màu gỗ mun sẽ “crossover” với allele nào của 3 kiểu hình thuộc 3 linkage groups.

Vì các đột biến trên là lặn nên cặp gene tương ứng của bố/mẹ là thuần nhất, còn tính trạng không đặc trưng thì vẫn là đồng nhất và trội, nên kiểu gene của con ở F1 phải là không đồng nhất (1 allele trội, 1 allele lặn). Do đó, thế hệ F1 phải là wildtype cho mọi tính trạng (kiểu hình được hiển thị là của allele trội).

Khi cho lai F1 trong từng nhóm với nhau, thì các tính trạng lặn trên lại xuất hiện ở F2. Ví dụ: lai giữa ruồi không có cánh và ruồi thân màu gỗ mun –> F1: ruồi có cánh + thân màu oliu.

Lai tiếp các con F1 với nhau –> F2: có 4 khả năng kiểu hình: wildtype, không có cánh, thân màu gỗ mun, và vừa không có cánh vừa thân màu gỗ mun. Tính trạng lặn xuất hiện ở F2. Theo định luật 2 của Mendel, nếu 2 tính trạng này là độc lập (tức là không thuộc cùng linkage group), thì tỉ lệ xuất hiện sẽ là 9:3:3:1.

Do đó, ta xét cặp tính trạng nào mà không tuân thủ theo tỉ lệ này thí chúng có liên kết di truyền với nhau: ví dụ: ta được ở F2 là 48 wildtype : 26 ebony : 24 sepia : 2 ebony/sepia.

TERM:

  • gene mapping: xác định vị trí tương đối của các genes trên một chromosome và khoảng cách giữa chúng (không quan tâm đến vị trí cụ thể của gene ở trên chromosome).
  • linkage group: thường là một chromosome đơn lẻ
  • crossover: là quá trình diễn ra sự hoán đổi của 1 đoạn chromatid (thường tương ứng với 1 hoặc một số genes) với một đoan chromatid trên chromosome tương đồng

KẾT LUẬN:

Crossover là một quá trình diễn ra ngay trước giai đoạn phân bào meiosis. Nó góp phần làm đa dạng kiểu hình và đồng thời lí giải hiện tượng một số tính trạng thường đi đôi với nhau. “crossover“là điều mà Mendel chưa hề nhận ra: Mendel cho rằng các đặc tính di truyền luôn độc lập nhau, nhưng thực sự giữa các genes có sự liên kết (“linked” genes) nhau tùy mức độ. Sau đó, Morgan và cộng sự đã mở rộng cho các chromosome còn lại. Việc tìm hiểu và thiết lập các bản đồ gene tương ứng với loài sẽ giúp cho các nhà khoa học hiểu rõ thêm về sự liên quan về di truyền giữa các căn bệnh, hay các tính trạng trên cây trồng, vật nuôi nhằm nâng cao hiệu quả của từng chủng loài.

LINKS:

  1. http://www.exploratorium.edu/exhibits/mutant_flies/mutant_flies.html
  2. http://universe-review.ca/R10-12-meiosis.htm

Written by vietnamen

Tháng Năm 18, 2008 at 8:50 sáng

Di truyền cơ bản 7 – di truyền học hiện đại

with one comment

Ở các phần trước ta đã được biết về sự di truyền tính trạng, kể cả giới tính. Câu hỏi đặt ra là: các tính trạng này được di truyền độc lập hay có mối quan hệ với nhau. Tính trạng nào thường đi với tính trạng nào. Việc thay đổi genotype của một tính trạng sẽ ảnh hưởng như thế nào đến phenotype của cá thể? Tất cả các câu hỏi như thế sẽ dần được tìm hiểu.

Nếu Mendel được xem là cha đẻ của di truyền học cổ điển, thì Thomas Hunt Morgan (đại học Columbia) được xem là cha đẻ của di truyền học hiện đại. Morgan nghiên cứu về những biến đổi trong di truyền trên ruồi giấm (fruit fly) với tên khoa học là Drosophila melanogaster, năm 1904.

Morgan và cộng sự đã mất nhiều tháng trời (tới năm 1910) để tìm ra con ruồi giấm có đặc điểm riêng biệt : ruồi đực có mắt trắng (khác với bình thường là mắt đỏ). Và con ruồi đực này được xem là bị đột biến (mutated) về màu mắt.

Họ đã cho giao phối chéo với ruồi cái mắt đỏ “wildtype“. Ở thế hệ đầu tiên, gọi là F1, cho toàn ruồi mắt đỏ.


Tiếp tục giao phối chéo các con ruồi ở thế hệ F1 với nhau ta được thế hệ mới, gọi là F2, thì ruồi mắt trắng lại xuất hiện, và chúng đều là con đực.

Qua thực nghiệm, vì tỉ lệ tính trạng mắt trắng xuất hiện ở ruồi đực cao hơn so với con cái và không phải mọi con đực đều có màu mắt trắng; họ kết luận rằng, tính trạng mắt màu trắng là tính trạng lặn (recessive trait) và có liên quan đến giới tính của ruồi. Tới đây, ta thấy có sự mối liên quan về di truyền giữa màu mắt và giới tính trong ruồi giấm. Nghĩa là, allele biểu hiện cho mắt màu trắng phải nằm ở chromosome X, và bảng Punnett (Punnett square) cũng cho kết quả tương tự. Hiện tượng này được gọi là “sex-linked” hay “X-linked“, nghĩa là hiện tượng đột biến nằm trên chromosome X và thường thấy trên con đực.

Đến đây, ta có thể kí hiệu “w” là recessive allele (mắt trắng), “R” là dominant allele (mắt đỏ). Và vì số lượng ruồi mắt trắng là rất ít, ta gọi chúng là alen đột biến (mutant allele). Đến thệ hệ F3 (bằng cách giao phối chéo các con ruồi ở thế hệ F2), ta thấy xuất hiện ruồi giấm cái có mắt trắng (nó được thừa hưởng mutant allele từ cả 2 chromosomes X).

Bên cạnh mutant allele về màu mắt, Morgan cùng đồng nghiệp đã tìm ra hơn 80 loại đột biến khác ở ruồi giấm (ví dụ: cánh nhỏ, thân màu vàng), và một con ruồi có thể mang một hay nhiều đột biến.

Một số đặc điểm wildtype với ruồi giấm:

  • wildtype: mắt đỏ (red) –> đột biến: mắt vàng (X-linked)
  • wildtype: màu thân là brown –> đột biến: màu gỗ mun (ebony) (not X-linked)

Bên cạnh các đột biến liên quan đến giới tính như đề cập ở trên, họ còn phát hiện một số đột biến liên quan nhau –linkage– (nghĩa là đột biến ở tính trạng này thường dẫn đến đột biến ở tính trạng kia), và linkage genes thường nằm trên cùng 1 chromosome (homologous chromosomes). Và xác suất để cả 2 cùng xảy ra không phải là 100%, mà là trong khoảng 50%-100%. Ta sẽ nói đến linkage genes ở phần tiếp.

Làm sao để xác định một genotype là đột biến? – Khi mà kiểu hình biểu hiện (phenotype) của nó không phải là wild-type. Wildtype là chỉ kiểu hình thường thấy trong tự nhiên. Thuật ngữ này không có liên quan đến việc allele trội hay là lặn. Như vậy, một genotype có kiểu hình là wildtype thì nó không được coi là đột biến. Đột biến có thể xảy ra theo 2 chiều hướng: đột biến thuận (từ wildtype sang mutant), và đột biến nghịch (từ mutant này sang mutant khác). Thuật ngữ này dùng với các loài như virus/vi khuẩn/ruồi giấm/chuột mà được tìm thấy trong tự nhiên, chưa bị tạo ra đột biến bởi các nhà nghiên cứu.

TERMS:

  • linkage genes: là các gene mà có mối quan hệ về di truyền với nhau, chúng thường nằm trên cùng 1 chromosome. Ngoài ra, cũng có thể xảy ra đột biến đồng thời ở các linkage gene này.
  • Punnett square: biểu đồ dự đoán kiểu gene, kiểu hình của thế hệ con khi lai hai bố mẹ có kiểu hình, kiểu gene cụ thể.

CONCLUSION:

Một số tính trạng do gene nằm trên chromosome giới tính (X hoặc Y) và được xem là có liên quan đến giới tính. Một số tính trạng nếu cặp gene đại diện cùng nằm trên 1 chromosome thì có liên kết với nhau. Do đó, nếu ở thế hệ bố/mẹ chúng không cùng ở trên 1 chromosome thì ở thế hệ kế tiếp, chúng có xu hướng kết hợp lại (recombine) để được ở trên cùng 1 chromosome. Do đó, trong phần kế tiếp ta sẽ đề cập đến mối quan hệ về di truyền giữa các tính trạng, nghĩa là có những tính trạng mà đột biến thường xảy ra đồng thời với nhau. Ví dụ: những con ruồi bị đột biến làm cho cánh nhỏ, thì thường kèm theo đột biến làm cho thân có màu vàng.

LINK:

  1. http://www.sdbonline.org/fly/aimain/1aahome.htm (giới thiệu về quá trình phát triển của loài ruồi giấm Drosophila)
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Punnett_square

Written by vietnamen

Tháng Năm 15, 2008 at 4:06 chiều