Bài 15: Di truyền gene ngoài nhân | Sinh Học 12 | Phần bốn. Di truyền học - Chương III: Mở rộng học thuyết Di truyền Nhiễm sắc thể - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 78)

YÊU CẦU CẦN ĐẠT

• Trình bày được bối cảnh ra đời thí nghiệm của Correns.

• Trình bày được thí nghiệm chứng minh di truyền gene ngoài nhân của Correns, từ đó giải thích được gene không những tồn tại trong nhân mà còn tồn tại ngoài nhân (trong các bào quan như ti thể, lạp thể).

• Trình bày được đặc điểm di truyền của gene ngoài nhân và một số ứng dụng.

I. THÍ NGHIỆM CỦA CORRENS VỀ DI TRUYỀN GENE NGOÀI NHÂN

1. Bối cảnh ra đời thí nghiệm

Năm 1900, ba nhà thực vật học là Hugo de Vries, Erich von Tschermak và Carl Correns đã độc lập tiến hành thí nghiệm lai ở các loài thực vật khác nhau và cùng đi đến kết luận giống như của Mendel khi làm thí nghiệm trên đậu Hà Lan. Tuy nhiên, vào năm 1909, Carl Correns đã phát hiện ra một hiện tượng di truyền khác thường ở cây hoa bốn giờ (Mirabilis jalapa). Ở loài cây này, trên cùng một cây có thể có ba loại nhánh với màu sắc lá khác nhau: nhánh toàn lá xanh, nhánh toàn lá trắng và nhánh có lá khảm (có vệt trắng trên nền lá xanh) (H 15.1). Để tìm hiểu cơ sở di truyền của màu sắc lá ở loài cây này, Correns đã tiến hành các thí nghiệm lai khác nhau.

Hình 15.1. Cành hoa Mirabilis jalapa có lá khảm xanh trắng

2. Thí nghiệm

Vì trên một cây của loài hoa này có ba loại cành có màu sắc lá khác nhau nên Correns đã lấy hạt phấn từ hoa trên cành này thụ phấn cho hoa trên cành kia theo các tổ hợp khác nhau và thu được kết quả như ở Bảng 15.1.

(Trang 79)

Bảng 15.1. Một số phép lai do Correns thực hiện ở loài cây hoa bốn giờ và kết quả

3. Giải thích thí nghiệm

Kết quả các phép lai thuận nghịch ở trên cho thấy, màu lá của đời con hoàn toàn phụ thuộc vào màu lá của cây mẹ mà không chịu ảnh hưởng bởi màu lá của cây bố. Từ đó, Correns đưa ra kết luận, tính trạng màu sắc lá ở cây hoa bốn giờ không di truyền theo quy luật Mendel mà di truyền theo mẹ, từ đó xuất hiện thuật ngữ "di truyền theo dòng mẹ".

Những nghiên cứu tiếp theo cho thấy, một số tính trạng do gene nằm trong lục lạp, ti thể ở tế bào chất (còn gọi là gene ngoài nhân). Các gene ngoài nhân này chỉ được truyền từ mẹ cho con vì hầu hết các hợp tử chỉ nhận tế bào chất từ trứng của mẹ mà không nhận tế bào chất từ tinh trùng của bố, dẫn đến đời con mang tính trạng giống mẹ.

Trong thí nghiệm trên, cây lá xanh có tế bào chứa các lục lạp mang allele quy định enzyme xúc tác cho phản ứng tổng hợp tạo ra diệp lục bình thường; cây lá trắng do tế bào trong lục lạp mang allele bị đột biến khiến diệp lục không được tạo ra làm lá màu trắng; còn cây lá khảm có tế bào nhận được cả hai loại lục lạp bình thường và lục lạp chứa allele đột biến. Trong quá trình phân bào, các lục lạp được phân chia ngẫu nhiên và không đồng đều về các tế bào con nên ở đời con, ngoài kiểu hình giống mẹ còn có thể xuất hiện kiểu hình khác (H. 15.2).

Tế bào ban đầu chưa phân bào: Nhân; Thành tế bào; Lục lạp bình thường; Lục lạp đột biến

Lục lạp được phân chia ngẫu nhiên về hai tế bào con

Trường hợp 1: Tế bào chứa 100% lục lạp bình thường; Tế bào chứa 100% lục lạp đột biến.

Trường hợp 2: Tế bào chứa cả lục lạp bình thường và lục lạp đột biến.

Hình 15.2^(*). Sự phân chia ngẫu nhiên không đồng đều các lục lạp trong nguyên phân dẫn đến từ tế bào mẹ cho ra các tế bào con có số lượng và kiểu lục lạp khác nhau

——————————————

^(*) Nguồn hình: Phạm Minh Kiên.

(Trang 80)

II. ĐẶC ĐIỂM DI TRUYỀN GENE NGOÀI NHÂN

Sự di truyền các tính trạng do gene ngoài nhân quy định có các đặc điểm sau:

- Kết quả phép lai thuận nghịch là khác nhau, tính trạng được di truyền theo dòng mẹ và biểu hiện ở cả hai giới.

- Trong di truyền gene ngoài nhân, vài trò của các giao tử đực và giao tử cái không ngang nhau mà vai trò chủ yếu thuộc về tế bào chất của giao tử cái.

- Gene ngoài nhân nằm trên các phân tử DNA dạng vòng nhỏ trong ti thể, lục lạp, các gene này không tồn tại thành từng cặp allele như gene trong nhân nên chỉ cần một allele là được biểu hiện ra kiểu hình.

- Các gene ngoài nhân mặc dù được truyền từ mẹ nhưng các cá thể con của cùng một mẹ có thể nhận được số lượng các allele khác nhau dẫn đến có thể có các kiểu hình khác nhau.

- Không có sự tái tổ hợp gene ngoài nhân trong quá trình thụ tinh.

III. ỨNG DỤNG CỦA DI TRUYỀN GENE NGOÀI NHÂN

Những hiểu biết về các gene ngoài nhân và cơ chế di truyền chúng đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống như nghiên cứu tiến hóa, y học, nông nghiệp, pháp y,... mang lại nhiều lợi ích to lớn.

1. Trong y học

Ở người có một số bệnh do gene nằm trong ti thể quy định như cơ ti thể, tiểu đường, tim mạch, Alzheimer, Leigh,... Sự phát triển của khoa học và công nghệ ngày nay đã có thể giúp các bà mẹ mắc bệnh do gene ti thể sinh ra đời con khoẻ mạnh bằng kĩ thuật loại trừ gene gây bệnh trong ti thể ở đời con (H 15.3). Bằng kĩ thuật này, vào năm 2016, các nhà khoa học ở Mexico đã thnahf công trong việc giúp một người mẹ mang gene đột biến trong ti thể quy định hội chứng Leigh (một hội chứng gây thoái hóa hệ thần kinh sớm) sinh ra người con khỏe mạnh không mang gene bệnh (H 15.3).

(Trang 81)

Người vợ mắc bệnh Leigh → Tế bào trứng (Ti thể bình thường, Ti thể đột biến) → Lấy nhân tế bào → Nhân của tế bào trứng

Người cho trứng → Tế bào trứng (Ti thể bình thường) → Loại bỏ nhân tế bào → Tế bào trứng chứa ti thể bình thường

Người chồng (bình thường) → Tế bào tinh trùng

Thụ tinh → Con sinh ra không mắc bệnh Leigh

Hình 15.3. Sơ đồ mô tả kĩ thuật loại trừ gene gây bệnh trong ti thể ở đời con

2. Trong nông nghiệp

Ở thực vật, bất dục đực tế bào chất là hiện tượng cây không tạo ra được các hạt phấn hữu thụ do bị hỏng một số gene nằm trong tế bào chất. Hiện nay, các nhà khoa học đã tìm thấy hiện tượng này trên 140 loài khác nhau. Phát hiện này được ứng dụng và đem lại bước tiến lớn trong công tác lai tạo giống cây trồng, đặc biệt là đối với các giống cây trồng có hoa lưỡng tính tự thụ phấn.

Ví dụ: Trong việc lai tạo giống lúa, do lúa là cây lương thực tự thụ phấn nên để lai các giống lúa, phải tiến hành khử bao phấn ở cây mẹ và chuyển hạt giống từ cây bố sang. Điều này rất tốn công sức, thời gian và không thể thực hiện lai giống lúa đại trà. Dựa trên hiện tượng bất dục đực do gene trong tế bào chất quy định, các nhà khoa học đã nghiên cứu tạo ra dòng lúa bất dục đực, tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành lai giữa các giống lúa khác nhau, từ đó tạo ra nhiều giống lúa lai có năng suất cao, chất lượng tốt như giống VT 505, MV2, Long Hương 8117, ...

3. Trong nghiên cứu tiến hoá

Do mỗi gene trong ti thể có một số lượng lớn bản sao và di truyền theo dòng mẹ nên các nhà khoa học thường giải trình tự nucleotide trên DNA của ti thể để xây dựng cây phân loại của các nhóm sinh vật, truy tìm nguồn gốc chủng tộc loài người,...

Để truy tìm nguồn gốc loài người, các nhà khoa học tách chiết DNA ti thể từ các bộ xương hoá thạch của các loài người đã tuyệt chủng, có thể thu được hệ gene ti thể còn nguyên vẹn để giải trình tự nucleotide. Sau đó so sánh mức độ giống nhau về trình tự nucleotide DNA ti thể của các hoá thạch với DNA ti thể của các chủng tộc người đang sống, từ đó có thể truy tìm được nguồn gốc của loài người. Những nghiên cứu như vậy cho thấy loài người xuất hiện ở Châu Phi, sau đó phát tán ra các châu lục khác.

Ngoài ra, việc giải trình tự gene trong ti thể còn được áp dụng trong công tác pháp y nhằm xác định hài cốt liệt sĩ và nhân thân các nạn nhân trong các vụ tai nạn cũng như xác định quan hệ huyết thống ở người,...

(Trang 82)