Tiểu luận - Di truyền học phân tử

Một đặc trưng rõ ràng nhất của sinh vật là tính di truyền và biến dị của nó. Nếu không có di truyền sinh vật không có hậu duệ của mình, nếu không có biến dị tiến hóa sẽ chẳng thể tiến hành, sinh giới sẽ rất nghèo nàn. Trong đó, biến dị là một đề tài khá rộng và hấp dẫn. Xét biến dị ở cấp độ phân tử lại càng là một vấn đề gay go, nhiều thử thách. Tuy nhiên, dựa vào những tài liệu có được và hiểu biết cạn cợt của mình, cũng xin trình bày ra đây để mọi người cùng nhận xét và đóng góp.

doc12 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 4625 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tiểu luận - Di truyền học phân tử, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Di truyền phân tử GVGD: PGS.TS - PAGE 1- A. PHẦN MỞ ĐẦU Một đặc trưng rõ ràng nhất của sinh vật là tính di truyền và biến dị của nó. Nếu không có di truyền sinh vật không có hậu duệ của mình, nếu không có biến dị tiến hóa sẽ chẳng thể tiến hành, sinh giới sẽ rất nghèo nàn. Trong đó, biến dị là một đề tài khá rộng và hấp dẫn. Xét biến dị ở cấp độ phân tử lại càng là một vấn đề gay go, nhiều thử thách. Tuy nhiên, dựa vào những tài liệu có được và hiểu biết cạn cợt của mình, cũng xin trình bày ra đây để mọi người cùng nhận xét và đóng góp. B. PHẦN NỘI DUNG CÁC CƠ CHẾ PHÂN TỬ CỦA BIẾN DỊ - Khái niệm tính biến dị (Variability) là một đặc tính của sinh vật có khả năng phát sinh những biến đổi kiểu hình hoặc trong vật chất di truyền do những nguyên nhân bên trong và bên ngoài. - Phân loại biến dị: Hình 1. Sơ đồ phân loại biến dị cấp độ phân tử Biến dị Biến dị di truyền Biến dị không di truyền (thường biến) Biến dị tổ hợp Biến dị đột biến Đột biến gen (trong và ngoài nhiễm sắc thể) Theo cách phân loại này, có thể xếp biến đổi vật chất di truyền do sự xâm nhập do sự xâm nhập cảu các yếu tố di truyền vận động (gen nhảy – Transposon) vào kiểu biến dị di truyền. 1. Biến dị di truyền 1.1. Biến dị tổ hợp 1.1.1. Khái niệm Biến dị tổ hợp có được do sự sắp xếp lại các gen khi lai. Sự sắp xếp lại đó có thể do tổ hợp tự do các gen khi chúng nằm trên các cặp nhiễm sắc thể khác nhau, có thể do tái tổ hợp khi các gen liên kết với nhau. 1.1.2. Hiện tượng Ta xét thí nghiệm của Mendel trên đậu Hà Lan: cây thuần chủng có hạt vàng, tròn với các cây có hạt lục, nhăn. Tất cả các cây F1 đều có hạt vàng, tròn. Khi các cây F1 tự thụ phấn, F2 có 4 kiểu hình khác nhau: 315 có hạt vàng, tròn 108 có hạt lục,tròn 101 có hạt vàng, nhăn 32 có hạt lục, nhăn Bốn kiểu hình này chiếm tỉ lệ khoảng 9 : 3 : 3 : 1. Thí nghiệm này đã chứng minh rằng một phép lai lưỡng tính có thể cho ra một số cây có kiểu hình mới khác với các cây bố mẹ ban đầu. Hai kiểu hình mới ở đây là hạt vàng, nhăn và hạt lục, tròn. Chúng là các thể của biến dị tổ hợp. Tuy kiểu hình xét chung cả hai tính trạng đều khác với bố mẹ, nhưng xét riêng từng cặp tính trạng lại thấy rằng chúng được di truyền từ thế hệ bố mẹ hay nói cách khác những biến di của chúng nhận được là do sự tổ hợp các đặc điểm di truyền của thế hệ trước. Như vậy, tỉ lệ 9 : 3 : 3 : 1 chính là kết quả của hai tỉ lệ 3 : 1 độc lập. Nếu qui định A: hạt tròn a: hạt nhăn B: hạt vàng b: hạt lục Có thể tóm tắt phép lai trên bằng sơ đồ sau: P AABB x aabb vàng, tròn lục, nhăn Gt AB ab F1 AaBb x AaBb vàng, tròn vàng, tròn Gt AB , Ab , aB , ab AB , Ab , aB , ab F2   AB AbaBab AB AABB vàng, tròn AABb vàng, tròn AaBB vàng, tròn AaBb vàng, tròn Ab AABb vàng, tròn AAbb vàng, nhăn AaBb vàng, tròn Aabb vàng, nhăn aB AaBB vàng, tròn AaBb vàng, tròn aaBB lục, tròn aaBb lục, tròn abAaBb vàng, tròn Aabb vàng, nhăn aaBb lục, tròn aabb lục, nhăn  F2 9 A - B - 3 A - bb 3 aaB - 1 aabb Biến dị tổ hợp vàng, tròn vàng, nhăn lục, tròn lục, nhăn Như vậy, xét ở cấp độ phân tử biến dị tổ hợp là do sự tổ hợp lại các gen vốn có sẵn từ các thế hệ trước thành tổ hợp gen mới ở đời sau nhờ quá trình kết hợp ngẫu nhiên của các loại giao tử trong quá trình thụ tinh. Cá thể mang biến dị tổ hợp chỉ thừa hưởng nguyên gốc vật chất di truyền của thế hệ trước mà vật chất di truyền không hề bị biến đổi về mặt chất lượng. 1.1.3 Cơ chế phân tử của biến dị tổ hợp: Năm 1964, mô hình của Holliday được công bố, tập trung giải thích hiện tượng trao đổi chéo của những của các cromatide không chị em của cặp nhiễm sắc thể không tương đồng (h.2). Hình 2. Mô hình Holliday về tái tổ hợp chung. Hai chuỗi kép ADN tương đồng xếp thẳng hàng với sự tương đồng môt cách chính xác giữa các vùng ADN sợi kép dị hợp. Hai sợi (+) hoặc (–) được cắt bởi enzym Endonuclease; ở đây dấu (+) và (–) biểu thị sự phân cực của mỗi sợi ADN đơn trong từng chuỗi xoắn kép. Các đầu tự do rời khỏi các sợi bổ sung của nó. Các đầu tự do kết hợp với các sợi bổ sung trong các chuỗi kép tương đồng. Nối và tạo các chuỗi kép dị hợp từng phần. Đây là cấu trúc Holliday. Sự di chuyển của điểm nhánh bên (sự chuyển dịch cầu nối) về phía bên phải (cũng có thể về bên trái). Cấu trúc Holliday ở đang được dãn rộng ra (do sư di chuyển cầu nối). Việc quay 1800 của cấu trúc ở (g) có thể xảy ra dạng như mô tả. Viêc phá hủy cấu trúc được chỉ ra ở (i) có thể xảy ra theo hai cách, tùy thuộc vào điểm của enzim, sinh ra các cấu trúc được thấy như cho thấy ở (j) mà có thể mô tả như ở (k) và được sữa chữa để cho ra các dạng như ở (l). 1.1.4. Tương tác gen Tương tác gen là sự tác động qua lại giữa các gen trong quá trình hình thành kiểu hình, mà thực chất là sự tương tác giữa các sản phẩm của chúng (Prôtêin enzim) để tạo kiểu hình. Các loại tương tác genCơ chế tác độngTrội lặn không hoàn toànCác alen có nguồn gốc từ bố mẹ không hoàn toàn chiếm ưu thế trong việc khống chế kiểu hình đời con.Đồng trộiCác alen có nguồn gốc từ bố mẹ cùng tác động trong việc biểu hiện kiểu hình ở đời con.Tương tác genÁt chế lặnCặp alen đồng lặn át chế gen trội và lặn không alen với nó.Át chế trộiGen trội át chế tất cả các gen alen và không alen với nó.Át chế trội và lặnGen trội của alen này át chế các gen không alen với nó và cặp alen đồng lặncủa alen kia át chế gen trội và lặn không alen này.Át chế lặn képCác cặp alen đồng lặn át chế gen trội và lặn không alen với nó.Át chế trội képCác gen trội át chế tất cả các gen alen và không alen với nó.Tương tác bổ sungHai hay nhiều gen không alen cùng tương tác qui định một tính trạng.Tương tác cộng gộpCác gen cùng có vai trò như nhau đối với sự hình thành tính trạng.Tác động đa hiệu của genMột gen chi phối nhiều tính trạng1.1.5. Hoán vị gen Hoán vị gen có thể giải thích bằng sự trao đổi chéo của 2 trong 4 cromatit của cặp NST kép ở kì trước lần phân bào I trong giảm phân. Ta biết trong quá trình giảm phân hình thành giao tử ở lần phân bào I, sau khi mỗi NST trong cặp tương đồng tự nhân đôi thành một NST kép gồm 2 cromatit dính nhau ở tâm động ở kì trung gian, thì bước vào kì trước qua các giai đoạn: * Giai đoạn Leptoten (sợi mảnh). * Giai đoạn Zigoten (sợi liên kết): Các NST trong cặp tương đồng tiến lại gần nhau và tiếp hợp theo chiều dọc, bắt đầu từ tâm động lan ra hai phía rất nhanh và chính xác để các alen khớp nhau. * Giai đoạn Pachiten (sợi to): các NST tương đồng tiếp hợp chặt tạo thành các thể lưỡng trị (Bivalent) có sợi to. * Giai đoạn Diploten (sợi đôi): xuất hiện các lực đẩy bắt đầu từ tâm động, các NST tương đồng từ từ rời nhau chỉ còn dính nhau ở những điểm bắt chéo, lúc này có thể thấy Lưỡng trị gồm 4 sợi cromatit và sự bắt chéo chỉ xảy ra giữa 2 trong 4 sợi, ở những chỗ bắt chép quá chặt có thể xảy ra trao đổi chéo. Đáng chú ý trao đổi chéo chỉ xảy ra từng đoạn tương ứng giữa 2 trong 4 cromatit của cặp NST kép tương đồng. * Giai đoạn Diakinez (hướng cực): kết thúc kì trước I, các NST đóng xoắn, số chỗ bắt chéo giảm đi và chuyển dần về đầu mút của NST. Kết thúc giảm phân I, mỗi NST kép có 1 cromatit nguyên vẹn còn 1 cromatit có sự tái tổ hợp và khi phân li chính nó tạo nên giao tử hoán vị. Vì vậy khi kết thúc giảm phân II sẽ cho 4 loại giao tử gồm 2 loại giao tử liên kết bình thường và 2 loại giao tử do hoán vị gen. Trong 4 loại giao tử sinh ra, do 2 loại giao tử có gen hoán vị luôn bằng nhau nên 2 loại giao tử liên kết cũng bằng nhau. Tỉ lệ các loại giao tử phụ thuộc vào tần số HVG Trao đổi chéo ở giai đoạn 4 cromatid, tức trao đổi chéo xảy ra sau khi nhiễm sắc thể đã tự nhân đôi (còn gọi là giai đoạn 4 sợi). Về nguyên tắc có thể cho rằng trao đổi chéo có thể xảy ra cả khi nhiễm sắc thể chưa tự nhân đôi (giai đoạn 2 sợi). Phân tích bộ bốn có thể giải quyết vấn đề này. Phân tích bộ bốn là phép phân tích di truyền học  HYPERLINK "" \o "nghiên cứu" \t "_blank" nghiên cứu bốn sản phẩm trực tiếp của  HYPERLINK "" \o "giảm phân" giảm phân khi  HYPERLINK "" \o "tế bào" tế bào lưỡng bội dị hợp về một gen hay nhiều gen liên kết phân chia  HYPERLINK "" \o "giảm phân" giảm phân. Năm 1925, C. Bridge và I. Anderson đã chứng minh trao đổi chéo các cromatid ở ruồi giấm. Tác giả sử dụng dòng ruồi có nhiễm sắc thể X mang thêm đoạn nhiễm sắc thể Y (X, XY) dị hợp về các gen của nhiễm sắc thể X: f (forked) – lông phân nhánh, g (garnet) – mắt đỏ rực. Khi cho lai con cái này với con đực bình thường thì chúng truyền trực tiếp 2 nhiễm sắc thể X cho thế hệ sau và chỉ một nửa thế hệ con của chúng sống sót. Khi ấy một phần  cá  thể  con  ở  đời  sau  từ  phép  lai  này  là  đồng  hợp  theo  các  gen  của nhiễm sắc thể  X. Các thể đồng hợp này chỉ có thể xuất hiện do trao đổi chéo ở giai đoạn 4 sợi trong đoạn gen – tâm động. Trao đổi chéo nhiều lần Trao đổi chéo giữa 2 chromatid có thể xảy ra nhiều lần: 2, 3, 4 lần … Nếu 2 trao đổi chéo xảy ra trên cùng 2 chromatid ở đoạn giữa 2 gen đánh dấu thì sản phẩm cuối cùng đều có kiểu cha mẹ, nên không phát hiện được. Kiểu trao đổi chéo này chỉ có thể phát hiện được khi sử dụng thêm một gen đánh dấu thứ ba nằm giữa 2 gen này. 1.2. Biến dị đột biến Theo cách hiểu khái quát nhất thì đột biến (mutation) là những biến đổi gián đoạn, đột ngột về số lượng, chất lượng và cấu trúc của vật chất di truyền không phải do sự phân ly và trong tuyệt đại đa số trường hợp không phải do sự tổ hợp lại gen. 1.2.1. Đột biến gen 1.2.1.1. Khái niệm Đột biến gen là những biến đổi xảy ra bên trong cấu trúc gen. Mỗi đột biến gen dẫn đến sự thay đổi trình tự nucleotide tạo ra các alen khác nhau. Đột biến gen có thể xảy ra do biến đổi của trình tự nucleotide trong gen. Trong tự nhiên, tất cả các gen đều có thể bị đột biến được gọi là đột biến tự nhiên hay ngẫu phát (spontaneous mutation). Các đột biến tự nhiên thường xuất hiện rất ít. 1.2.1.2. Cơ chế phân tử các loại đột biến gen Đột biến gen là các biến đổi rất nhỏ trên một đoạn DNA, thường liên quan đến một cặp base đơn của DNA (đột biến điểm) hoặc một số ít cặp base. Thực tế đột biến điểm hầu như làm giảm hoặc làm mất chức năng của gen hơn là làm tăng cường chức năng của gen. Về  nguồn  gốc,  đột  biến  điểm  được  phân  ra  làm  đột  biến  ngẫu  nhiên (spontaneous) và đột biến cảm ứng (induced). Đột biến cảm ứng: là dạng đột biến xuất hiện với tần số đột biến tăng lên khi xử lý có mục đích bằng tác nhân đột biến hoặc tác nhân môi trường đã được biết. Đột biến ngẫu nhiên: là đột biến xuất hiện khi không có sự xử lý của tác nhân đột biến. Đột biến ngẫu nhiên được tính là tỉ lệ cơ sở của đột biến  và  được  dùng  để  ước  chừng  nguồn  biến  dị  di  truyền  tự  nhiên  trong quần thể. Tần số đột biến ngẫu nhiên thấp nằm trong khoảng 10-5  – 10-8, vì vậy đột biến cảm ứng là nguồn đột biến quan trọng hơn cho phân tích di truyền. Tác nhân đột biến được sử dụng phổ biến là nguồn chiếu xạ năng lượng cao ( high-energy radiation) hoặc các hóa chất đặc biệt. Các dạng đột biến điểm: có hai dạng đột biến điểm chính trong phân tử DNA: + Đột biến thay thế cặp base (base substitution) + Đột biến thêm bớt cặp base  (base insertion – base delection) Các đột biến này có thể phát sinh do ảnh hưởng của môi trường như ảnh hưởng của các tác nhân gây đột biến. 1.2.1.3. Cơ chế phân tử của đột biến gen ngẫu nhiên: 1.2.1.3.1. Sai sót trong sao chép (tái bản) Mặc dù các enzym ADN – polimerase (Pol) có chức năng đọc – sửa – hoạt hóa exonuclease 3’ – 5’ nhưng chức năng đọc sửa đôi khi cũng có sai sót, Pol I và Pol III mắc sai lầm khi đưa nucleotit không chính xác vào đầu 3’ – OH của chuỗi đang tổng hợp, dù tế bào có hệ thống sửa chữa ghép đôi sai nhưng hệ thống này cũng giống như các hệ thống sinh học khác luôn không hoàn hảo tuyệt đối nên sai sót trong việc ghép cặp base mà xuất hiện các đột biến ngẫu nhiên. Mặt khác, nếu base ghép đôi sai trên mạch con bị metyl hóa trước lúc hệ thống đọc sửa hoạt động thì hệ thống này không phát hiện được sai sót và dẫn đến đột biến. Đặc biệt, đôi khi sự tái bản ADN gây ra sự thêm vào hay mất đi một hay một số cặp nucleotit giữa vùng mã hóa, làm thay đổi khung đọc của sự dịch mã. Đột biến dịch khung rất nghiêm trọng và nó thay đổi mọi codon từ điểm xảy ra biến đổi đến tận cùng của mARN. Hoặc có thể có một codon mới hình thành do đột biến dịch khung rất có thể trở thành codon kết thúc (AUG). Đó là đột biến dịch khung ngẫu nhiên (Spontaneous frameshift mutation) trong tái bản. 1.2.2.3.2. Sự thay thế ngẫu nhiên các base: 1.2.2.3.2.1 Trường hợp mất nhóm amin Trong tế bào, Cytosine và 5–metylcytosine (MeC) đều có khả năng bị mất nhóm amino lần lượt trở thành Uracil và Thymine (h.3). Uracil lại thường bị loại bỏ bởi enzym nên X  U hiếm xảy ra (trừ khi kết cặp với A để lần tái bản sau sẽ thành cặp AT). Hình 3. Sự mất nhóm amin của Cytosine và 5–metylcytosine Còn trường hợp còn lại MeC  T thì không bị loại bỏ mà còn có khả năng liên kết với Guanin, do đó cặp GMeC sẽ thành cặp GT. Cặp GT sẽ bị hệ thống ghép đôi sai loại bỏ nhưng nếu sự mất nhóm amin thành MeC xảy ra trên mạch đã hoàn toàn metyl hóa thì hệ thống sửa chữa ghép đôi sai cũng không phát hiện T là base ghép đôi lầm. Kết quả 2 lần tái bản thì GT  AT  TA. Vì vậy người ta cho rằng điểm chứa MeC của X trên gen có khả năng đột biến cao. Con người cũng thường xuyên chịu tác động của tia tử ngoại làm tạo ra các dimer Thymine (h.4). Hậu quả của biến đổi này là làm biến dạng cấu hình của chuỗi xoắn kép, gây trở ngại cho sự kết hợp của base purin hoặc gây ra đột biến do việc lắp sai nucleotid vào vị trí đối diện với dimer khi tái bản. 1.2.2.3.2.2. Trường hợp do hỗ biến (Tautomers) (h.5) Hình 5. Các dạng hỗ biến của bốn loại nucleotide phổ biến Hình 4. Cấu trúc dimer Thymine Đột  biến  đồng  hoán  (transition  mutations): Là  đột  biến  mà bazơ  pyrimidine  được  thay  thế  bằng  một  pyrimidine  và  một  purine  thay bằng một purine. Đột biến đồng hoán có thể là: T   C hoặc C  T (Pyrimidine  pyrimidine) A  G hoặc G  A (purine   purine) Đột biến đảo hoán (Transversion): Đột biến làm thay một pyrimidine thành một purine hay một purine được thay thế bằng một pyrimidine. Các đột biến đảo hoán: T  A, T  G, C  A hoặc C  G (Pyrimidine  purine) A  T, A C. G  T hoặc G   C (Purine  pyrimidine) Như vậy có thể có 4 thay thế kiểu đột biến đồng hoán và có đến 8 thay thế kiểu đột biến đảo hoán. Nếu các thay thế này xảy ra với ngẫu nhiên xác suất như nhau, sẽ có tỷ lệ đột biến: 1 đồng hoán : 2 đảo hoán. Tuy nhiên trong thực tế, đột biến thay thế base có xu hướng nghiêng về đột biến đồng hoán, cho nên trong số các đột biến thay thế base tự phát thì tỷ lệ xảy ra đột biến là: 2 đồng hoán : 1 đảo hoán. Sự kết cặp nhầm có thể sinh ra ngẫu nhiên, nhưng cũng có thể sinh ra khi base bị ion hóa. Tác nhân gây đột biến 5-Bromouracil (5-BrU) là chất tương đương với Thymine, có brome ở vị trí carbon số 5 thay cho nhóm -CH3 của Thymine. Hoạt tính của nó dựa trên quá tình inolization và ionization. Ở dạng keto, 5-BrU kết cặp với Adenin như trường hợp Thymine. Tuy nhiên, sự có mặt của nguyên tử bromine làm thay đổi một cách có ý nghĩa sự phân bố  electron  ở  vòng  base.  Vì  vậy  5-BrU  có  thể  chuyển  sang  dạng  enol  và dạng ion, và nó Hình 6. Ngẫu biến của 5-Bromouracil có thể kết cặp với guanine như trường hợp cytosine tạo ra cặp 5-BrU-G. Trong lần nhân đôi tiếp theo G kết cặp với C, tạo cặp G-C thay cho cặp A-T. Kết quả gây ra đột biến đồng hoán. Tương tự 5-BrU cũng có thể gây ra đột biến đồng hoán A-T thay cho cặp G-C. Một hóa chất gây đột biến khác là 2-amino-purine (2-AP), là hóa chất tương đương adenine, có thể kết cặp với Thymine. Khi bị proton hóa, 2-AP có thể kết cặp nhầm với cytosine,  có thể gây ra thế hệ sau đột biến đồng hoán G-C thay cho A-T   do kết cặp nhầm với cytosine trong lần sao chép tiếp theo. Axit nitơ (HNO2) là một chất gây đột biến mạnh bất kể ADN có đang sao chép hay không, nó có tính oxi hóa mạnh, làm loại nhóm amino ra khỏi có base nitơ A, G và C. Phản ứng này làm dạng amino chuyển thành dạng keto và làm thay đổi khả năng tạo liên kết hydro của base nitơ. Hậu quả A hypoxanthine ( có xu hướng kết hợp với C thay vì T), còn C  U ( kết cặp với A thay vì G) và G  xanthine mà xanthine cũng kết hợp với C nên coi như không có đột biến. Hình 7: Công thức acridin Các chất gây đột biến nhóm acridin (h.7) như proflavin được dùng nhiều trong nghiên cứu đột biến gen. các chất thuộc nhóm này làm thêm hoặc mất đi một cặp base nitơ liền kề của phân tử DNA. Khi acridin xen vào giữa hai cặp base nitơ liền kề của phân tử DNA chưa tái bản, acridin gắn vào mạch khuôn làm cho khoảng cách giữa hai cặp base nitơ là 0.68nm (gấp đôi khoảng cách bình thường). Khi phân tử ADN này tái bản thì một base ngẫu nhiên sẽ được xen vào mạch đang tổng hợp ở vị trí đối diện phân tử acridin chưa tái bản đi qua (h.8). Ở lần tái bản thứ hai, một base bổ trợ sẽ kết cặp với base mới xen vào, kết quả làm cho phân tử ADN được bổ sung một cặp base nitơ so với khuôn mẫu dẫn đến sự thay đổi khung dịch mã. Hình 8: Sơ đồ tác động gây đột biến của acridin Khi phân tử acridin xen vào mạch mới tổng hợp thì nó sẽ không cho base tương ứng kết hợp với base tương ứng trên mạch khuôn Sau đó nếu phân tử acridin tách ra khỏi mạch trước khi bước vào lần tái bản tiếp theo thì sẽ mất một cặp base. Như vậy, cả 2 trường hợp đều dẫn đến đột biến dịch khung làm thay đổi toàn bộ trình tự các bộ ba từ vị trí đột biến hoặc có thể làm xuất hiện các bộ ba kết thúc sớm hơn hay muộn hơn hậu quả làm chuỗi polipeptide chẳng những thay thay đổi về thành phần acid amine mà cả về chiều dài của mạch. 1.2.2.3.2.3. Sự xen vào hay rút ra của đoạn xen Đoạn xen và nhân tố di tryền vận động hay còn gọi là gen nhảy (transposon) là tác nhân gây ra đột biến ADN dẫn đến đột biến gen. Bọn chúng có thể tự do di động trong vật chất di truyền của sinh vật, nếu chúng xen vào hay rút ra khỏi các gen cấu trúc sẽ làm thay đổi, thêm hay giảm bớt biểu hiện tính trạng của sinh vật. Vì vậy, đây cũng là tác nhân gây nên đột biến tự nhiên. Lần đầu tiên B.Mc Clintok (1947) đã mô tả nhân tố di truyền di cư khi nghiên cứu sự đứt NST ở ngô. Locut di cư Ds đã được phát hiện, sự đứt NST thường xảy ra ở locut này. Thật ra, locut Ds không gây ra đứt. Những chỗ đứt xuất hiện ở locut này chỉ khi trong bộ gen có nhân tố di cư khác – Ac (Activartor). Hai nhân tố trên có thể mất đi với tần số vài phần trăm trong con cháu qua giảm phân và biến đổi vị trí khi phân bào nguyên phân. Như vây Ds chỉ di chuyển chổ khi có mặt của Ac. Khi đưa Ds đến gần hoặc vào trong gen C- kiểm tra màu sắc của alơron hạt thì nó làm ngừng hoạt động của gen C và bằng cách như vậy thì hạt C/c/c sẽ không có màu. Khi nhân tố Ac xuất hiện, nhân tố Ds bắt đầu chuyển chổ thỉnh thoảng giã từ locut C. Kết quả là xuất hiện đốm màu của lớp alơron nội nhũ hạt trước đó không có màu. Hiện tượng giống với chuyển vị cũng thấy ruồi giấm- nhân tố MDG * Đối với gen nhảy ở sinh vật nhân chuẩn người ta cho rằng có ba cơ chế chuyển vị - Cắt gen nhảy đang có bằng cách chuyển nó sang vị trí mới – đó là kiểu chuyển vị không sao chép. - Sự sao chép ADN của Tranposon cùng với sự chuyển vị tiếp theo- chuyển vị sao chép. - Sao chép ngược bản sao ARN của Tranposon và chuyển bản sao của ADN đến vị trí mới - chuyển vị trực tiếp ARN. 2. Biến dị không di truyền (thường biến) 2.1. Khái niệm thường biến (modifications) là những biến đổi kiểu hình của cùng một kiểu gen, phát sinh trong quá trình phát triển của cá thể dưới ảnh hưởng của môi trường. Nếu xét về khả năng di truyền thì đột biến và thường biến là không đồng nhất nhưng xét về vật chất và cơ chế biến đổi thì hai quá trình đó không đối lập nhau vì đột biến là kết quả biến đổi tái tạo gen, còn thường biến là kết quả của biến đổi hoạt động của gen. 2.2. Các cơ chế phân tử của thường biến 2.2.1. Cơ chế ức chế và cảm ứng enzym Cơ chế của thường biến thích ứng thường được giải thích bằng cơ chế điều hòa hoạt động của gen mà sự tạo ra các enzim thích ứng (điều hòa theo mô hình Operon) là mấu chốt nhất của cả vấn đề. Ví dụ, giống thỏ Himalaya có lông toàn thân trắng muốt, ngoại trừ đầu mút của cơ thể như tai, bàn chân, đuôi và mõm có lông đen. Tại sao các tế bào trong cùng một cơ thể, có cùng một kiểu gen nhưng lại biểu hiện khác nhau? Có thể dự đoán rằng, các tế bào ở đầu mút cơ thể có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phần thân bên trong nên chúng có khả năng tổng hợp được sắc tố melanin nên lông có màu đen, trong khi phần còn lại không tổng hợp được sắc tố này nên lông có màu trắng. Đề chứng minh giả thuyết này, người ta đã cạo phần lông trên thân thỏ và chườm đá ngay tại vị trí đó thì lông lại có màu đen. Vậy có thể kết luận “nhiệt độ cao làm ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim tham gia vào điều hòa hoạt động gen. Nhiệt độ cao làm biến tính protein đặc biệt là một số loại vô cùng mẫn cảm. Khi enzim bị mất chức năng (biến tính) thì melanin có sẽ không được tổng hợp nên lông có màu trắng”. 2.2.2. Cơ chế phá huỷ ngẫu nhiên hoạt động của gen Nguyên nhân của đột biến nhân tạo (morphoz) và các sao hình (phenocopy) ở các sinh vật là do hiện tượng phá hủy ngẫu nhiên hoạt động của gen. B.L.Astaurov, năm 1927, ông đã nghiên cứu kỹ sự biểu hiện kiểu hình của đột biến biến cánh (tetratera) là một loại đột biến đôi cánh phụ vốn tiêu giảm thành cặp cánh thứ hai của ruồi giấm. Cùng nuôi tring một môi trường, đôi cánh phụ do đột biến tetratera có độ lớn rất khác nhau ở các cá thể khác nhau. Thậm chí ngay trên cùng một cá thể, cánh mọc ở thân bên trái cũng khác với cánh mọc ở thân bên phải. Ông kết luận: Sự không ổn định có tính quy luật của sự tác động gen, nghĩa là sự biểu hiện của nó biến động ngẫu nhiên, đó là cơ sở của phát sinh thường biến. Nguyên nhân của những thường biến không theo quy luật có thể là do sự phá hủy ngẫu nhiên sự biểu hiện của thông tin di truyền ở những giai đoạn khác nhau, từ phiên mã đến phản ứng enzym của protein – sản phẩm của gen và xa hơn nữa là phá hủy quá trình phát sinh hình thái. 2.2.3. Cơ chế các biến đổi tạm thời không di truyền xảy ra trong vật chất di di truyền được loại bỏ nhờ hệ thống sửa chữa M.Rernik và R.Holliday (1971) nghiên cứu enzym cảm ứng Nitratreductase ở nấm Astilago maidis. Nếu như enzym này cảm ứng ở A. maidis trực tiếp sau khi nấm bị phóng xạ bằng tia UV thì hoạt tính của enzym giảm hơn so với mức chuẩn và trong tế bào tổng hợp nhiều enzim giống như nitratreductase về phương diện miễn dịch nhưng không có hoạt tính. Nếu như có hiện tượng sửa chữa tối trong một thời gian sau chiếu xạ nhưng trước lúc cảm ứng enzym thì hoạt tính enzym lại tăng. Cho thấy, các sản phẩm sáng tạo ra trong ADN là nguyên nhân làm giảm hoạt tính enzym và xuất hiện các trường hợp không bình thường của nó nên những biến dị tương tự là biến dị thường biến. C. PHẦN KẾT LUẬN Nghiên cứu biến dị của sinh vật dưới cấp độ phân tử là một vấn đề khó khăn, nhưng những hiểu biết đã có cũng đã cơ bản cho ta hiểu được một cách khái quát hầu hết các biến dị đều diễn ra ở cấp độ phân tử, cấp độ phân tử của vật chất di truyền là nơi mẫn cảm nhất. Vậy muốn bảo vệ bộ gen của sinh vật nhằm tránh những biến dị có hại, chúng ta phải biết bảo chúng ta, thế hệ sau và cả môi trường sống của chúng ta khỏi các tác nhân lý hóa ô nhiễm và độc hại.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docTiểu luận - Di truyền học phân tử.doc