Ứng dụng của di truyền gene ngoài nhân

Di truyền ngoài nhân Sinh học 12

Di truyền gen ngoài nhân mở ra góc nhìn mới về sự di truyền thông qua ADN trong ti thể và lục lạp, không tuân theo quy luật Mendel cổ điển. Trong chương trình Sinh học 12, việc tìm hiểu ứng dụng của di truyền gen ngoài nhân giúp học sinh liên hệ kiến thức với thực tiễn sản xuất và đời sống.

1. Bối cảnh ra đời thí nghiệm

Năm 1909, Correns đã phát hiện được màu sắc lá cây hoa phấn (Mirabilis jalapa) không di truyền theo các quy luật của Mendel. Năm 1909, Correns công bố kết quả nghiên cứu về hiện tượng di truyền gene ngoài nhân.

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.

2. Thí nghiệm

Trên cây hoa phấn tồn tại đồng thời các cành mang lá xanh, lá trắng và lá đốm. Correns tiến hành thụ phấn

P		F1
Bố	Mẹ
Lá trắng	Lá xanh	Lá xanh
Lá xanh	Lá trắng	Lá trắng
Lá khảm	Lá trắng	Lá trắng
Lá trắng	Lá khảm	Lá khảm, lá xanh, lá trắng
Lá khảm	Lá xanh	Lá xanh
Lá xanh	Lá khảm	Lá khảm, lá xanh, lá trắng

3. Giải thích thí nghiệm

Con sinh ra hoàn toàn giống mẹ (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). Không giống các quy luật di truyền đã học.

Giải thích:

- Tính trạng này không tuân theo quy luật di truyền nhiễm sắc thể (không theo QLDT Mendel)

- Tính trạng này do gene ngoài nhân và sự di truyền các tính trạng do gene ngoài nhân theo dòng mẹ. Do:

+ Một số tính trạng do gene nằm trong lục lạp, ti thể ở tế bào chất (còn gọi là gene ngoài nhân).

+ Các gene/lục lạp, ti thể ∈ TBC chỉ được truyền từ mẹ cho con vì: Hầu hết các hợp tử (con) chỉ nhận TBC (mang gene ngoài nhân) từ tế bào trứng của mẹ mà không nhận tế bào chất từ tinh trùng của bố → con mang tính trạng giống mẹ.

=> Gọi là di truyền tế bào chất hay di truyền ngoài nhân.

Như vậy, đời con chỉ nhận các gene trong tế bào chất của giao tử cái nên Correns gọi hiện tượng di truyền này

4. Đặc điểm di truyền 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.

- 100% con giống mẹ.

- Trong di truyền gene ngoài nhân:

+ Vai trò của các giao tử đực và giao tử cái không giống nhau.

+ Vai trò chủ yếu thuộc về tế bào chất của giao tử cái.

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

- Gene ngoài nhân có:

+ Gene này trên DNA/ ti thể, lục lạp.

+ Gene này không tồn tại thành từng cặp allele → chỉ cần một allele là được biểu hiện ra kiểu hình.

+ Các cơ thể con cùng 1 mẹ nhưng mang số lượng alelle không giống nhau → có thể khác KH.

** LƯU Ý:

- Một tế bào có thể có nhiều lục lạp, nên chứa nhiều phân tử DNA.

- Các DNA trong TBC của 1 TB có thể chứa 1 hay nhiều alelle đột biến của một gene

- Nhiều alelle của 1 gene trên các DNA trong TBC của tế bào khi qua giảm phân, phần tế bào chất phân chia không đều → Xuất hiện các loại tế bào (trứng/giao tử cái):

+ Loại giao tử mang alelle đột biến (1)

+ Loại giao tử mang alelle bình thường (2)

+ Loại giao tử mang alelle bình thường và đột biến (3)

- Qua thụ tinh tạo ra hơp tử: (giao tử đực không mang gene tế bào chất)

+ Giao tử đực x giao tử cái (1) → hợp tử mang alelle đột biến → Biểu hiện kiểu hình đb.

+ Giao tử đực x giao tử cái (2) → hợp tử mang alelle bình thường → Biểu hiện kiểu hình BT.

+ Giao tử đực x giao tử cái (3) → hợp tử mang alelle bình thường và đột biến → Biểu hiện kiểu hình có thể cả bình thường và đột biến

Ví dụ: Ở người, hệ gene ti thể có khoảng 37 gene. Mỗi gene trong tế bào chất thường có rất nhiều bản sao vì số lượng ti thể hoặc lục lạp trong mỗi tế bào thường rất lớn và các gene trong tế bào chất có khả năng bị đột biến cao (cao hơn 10 lần so với gene trong nhân).

5. Ứng dụng di truyền ngoài nhân

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,... Có thể dùng KT loại trừ gene ti thể gây bệnh này ở đời con.
Trong nông nghiệp	Ở thực vật, tính trạng bất thụ đực (cây không tạo được hạt phấn hữu thụ) do nhiều gene đột biến nằm trong ti thể quy định (biết có hơn 140 loài) → Ứng dụng gây bất thụ đực ở dòng làm mẹ. Nên trong lai tạo giống không mắc công phải khử đực cây mẹ. Ví dụ: Trong việc lai tạo giống lúa, do lúa là cây lưỡng tính 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 được 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 cho năng suất cao, chất lượng tốt như giống VT 505, MV2, Long Hương 8117,...
Trong nghiên cứu tiến hoá	Gene trong ti thể có một số lượng lớn bản sao và di truyền theo dòng mẹ → UD: giải trình tự nucleotite trên DNA của ti thể để xây dựng cây phân loại của các nhóm sinh vật, truy tìm nguồn gốc chủng tộc loài người,... Ví dụ 1: Để truy tìm nguồn gốc loài người, các nhà khoa học tách chiết DNA ti thể từ các bộ xương hóa 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 hóa thạch với DNA ti thể của các chủng tộc người đang sống, từ đó các nhà khoa học có thể truy tìm được nguồn gốc của loài người

-----------------------------------------------

Nắm vững ứng dụng của di truyền gen ngoài nhân giúp học sinh hiểu rõ hơn về các cơ chế di truyền đặc biệt và ý nghĩa thực tiễn. Đây là nội dung giúp mở rộng tư duy và liên hệ kiến thức Sinh học 12 với đời sống.