LTĐH 2012: Lý thuyết ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC – DI TRUYỀN HỌC NGƯỜI

1. CHỌN,TẠO GIỐNG VẬT NUÔI, CÂY TRỒNG VÀ VI SINH VẬT:

1.1. Nguồn vật liệu chọn gống

-         Biến dị tổ hợp: BDTH là những biến đổi của kiểu hình ở thế hệ con do sự tổ hợp lại các gen của bố và mẹ trong sinh sản hữu tính.

-         Đột biến

-         ADN tái tổ hợp

1.2. Các phương pháp chọn, tạo giống.

1.2.1. Chọn giống từ nguồn biến dị tổ hợp

* Quy trình tạo giống thuần dựa trên nguồn biến dị tổ hợp:

-         Bước 1: Tạo các dòng  thuần chủng  có kiểu gen khác nhau

-         Bước 2: Tiến hành lai giữa các dòng thuần với nhau → để tạo ra các tổ hợp gen khác nhau.

-         Bước 3: Chọn lọc những tổ hợp gen mong muốn. Sau đó cho tự thụ phấn hoặc giao phối gần để tạo ra các dòng   thuần chủng (giống thuần).                              

* Thành tựu:

Giống lúa VX83 là kết quả của phép lai giữa giống lúa X1(NN75-10): năng suất cao, chống bệnh bạc lá, không kháng rầy, chất lượng gạo trung bình  với giống lúa CN2(IR 197446 – 11 – 33): năng suất trung bình, ngắn ngày, kháng rầy, chất lượng gạo caoVX83: năng suất cao, ngắn ngày, kháng rầy – chống bệnh bạc lá, chất lượng gạo cao,…

* Lưu ý:

ü      Cơ sở di truyền của phương pháp tạo giống thuần dựa trên nguồn biến dị tổ hợp:

Do sự phân li độc lập và tổ hợp tự do của các cặp gen nằm trên các NST khác nhau trong quá trình sản  tạo ra các tổ hợp gen mong muốnBDTH

ü      Ưu điểm: Đơn giản dễ thực hiện, không đòi hỏi kỹ thuật cao. Có thể dự đoán được kết quả dựa trên các QL di truyền.

ü       Nhược điểm:

-         Mất nhiều thời gian và công sức để chọn lọc và đánh giá từng tổ hợp gen.

-         Khó duy trì những tổ hợp gen ở trạng thái  thuần chủng  vì sự phân li trong giảm phân và quá trình đột biến thường xuyên xảy ra.

1.2.2. Tạo giống có ưu thế lai cao

-         Khái niệm: ƯTL là hiện tượng con lai có năng suất, phẩm chất, sức chống chịu, khả năng sinh trưởng và phát triển vượt trội so với các dạng bố mẹ.

-         Cơ sở của của hiện tượng ƯTL:

+       Để giải thích hiện tượng ƯTL người ta đưa ra giả thuyết siêu trội: ở trạng thái dị hợp tử về nhiều cặp gen khác nhau con lai có kiểu hình vượt trội về nhiều mặt so với các dạng bố mẹ  thuần chủng .

+       ƯTL thường biểu hiện cao nhất ở F₁ sau đó giảm dần qua các đời lai tiếp theo chỉ dùng F₁ với mục đích kinh tế, không dùng làm giống.

-         Quy trình tạo con lai có ưu thế lai cao :

Lai khác dòng đơn hoặc lai khác dòng kép:

·           Lai khác dòng đơn:     dòng A  dòng B         con lai C có ƯTL

·          

Con lai C  Con lai F  Con lai kép G                                          Dùng trong SX

Lai khác dòng kép:     dòng A  dòng B         con lai C

                                        dòng D  dòng E         con lai F

-         Lưu ý:

+       Ưu điểm: Nhanh chóng chọn được dạng F₁ cho ƯTL cao.

+       Nhược điểm:

·          Tốn nhiều thời gian và công sức trong viếc xác định tổ hợp  cho ƯTL.

·          UTL khó duy trì qua các thế hệ

1.2.3. Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến

* Khái niệm về tạo giống bằng phương pháp gây đột biến

Gây đột biến là phương pháp sử dụng các tác nhân vật lí và hóa học, nhằm làm thay đổi vật liệu di truyền của sinh vật để phục vụ cho lợi ích con người.

* Quy trình tạo giống mới bằng phương pháp gây đột biến:  gồm 3 bước

-         Bước 1- Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến thích hợp.

-         Bước 2- Chọn lọc các thể đột biến có kiểu hình mong muốn.

-         Bước 3- Tạo dòng  thuần chủng từ thể đột biến có kiểu   giống mới.

* Một số thành tựu tạo giống bằng gây đột biến ở Việt Nam

-         Xử lí giống lúa Mộc tuyền bằng tia gammagiống lúa MT₁: Chín sớm, thấp cây và cứng cây, chịu phèn, chua, năng suất tăng 15 – 25%.

-         Chọn lọc từ 12 dòng ĐB từ giống Ngô M₁ giống ngô DT₆ : ngắn ngày, năng suất cao, hàm lượng prôtêin tăng 1,5%.

-         Xử lí giống táo Gia Lộc bằng NMU(Nitrôzô mêtyl urê) Tạo giống “táo má hồng’’: cho hai vụ quả/năm, khối lượng quả tăng cao và thơm hơn,...

-         Xử lí đột biến bằng cônsixin đã tạo ra các giống cây trồng đa bội có năng suất cao phẩm chất tốt như: dâu tằm, dương liễu, dưa hấu, nho,..

* Lưu ý:

-         Ưu điểm:

+       Nhanh chóng tạo được sự đa dạng của các thể đột biến.

+       Có hiệu quả cao đối với Vi sinh vật.

-         Nhược điểm:

+       Đòi hỏi trang thiết bị hiện đại, trình độ kỹ thuật cao và sự bảo đảm an toàn, nghiêm ngặt  đối với các tác động xấu lên môi trường.

+       Khó dự đoán kết quả do đột biến vô hướng.

1.2.4. Tạo giống bằng công nghệ tế bào

v   Khái niệm về công nghệ tế bào:

-         Công nghệ tế bào là quy trình để tạo ra những tế bào có kiểu nhân mới, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới, hoặc hình thành cơ thể mới không bằng sinh sản hữu tính mà thông qua sự phát triển của tế bào xô ma nhằm nhân nhanh các giống vật nuôi, cây trồng.

-         Công nghệ tế bào gồm 2 công đoạn thiết yếu là: tách tế bào hoặc mô từ cơ thể rồi mang nuôi cấy để tạo mô sẹo, dùng hoocmon sinh trưởng kích thích mô sẹo phân hóa thành cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh.

v   Tạo giống bằng công nghệ tế bào

Tạo giống thực vật

Bao gồm các phương pháp: Nuôi cấy hạt phấn, nuôi cấy tế bào thực vật in vitrô tạo mô sẹo, chọn dòng tế bào xôma có biến dị và dung hợp tế bào trần.

Vấn đề phân biệt	Nuôi cấy hạt phấn	Nuôi cấy tế bào thực vật in vitrô tạo mô sẹo	Chọn dòng tế bào xôma có biến dị	Lai tế bào sinh dưỡng
Nguồn nguyên liệu	Hạt phấn (n) hay noãn chưa thụ tinh	Tế bào (2n)	Tế bào (2n)	Tế bào 2n của hai loài
Quy trình tiến hành	-                           Nuôi cấy hạt phấn hay noãn trong ống nghiệm → cây đơn bội. -                            Từ tế bào đơn bội nuôi trong ống nghiệm → mô đơn bội → gây lưỡng bội hóa → cây lưỡng bội hoàn chỉnh.	Nuôi trên môi trường nhân tạo; tạo mô sẹo; bổ sung hoocmôn kích thích sinh trưởng cho phát triển thành cây trưởng thành.	Nuôi trên môi trường nhân tạo; chọn lọc các dòng tế bào có đột biến gen và biến dị số lượng NST khác nhau.	Tạo tế bào trần, cho dung hợp hai khối nhân và tế bào chất thành một, nuôi trong môi trường nhân tạo cho phát triển thành cây lai.
Cơ sở di truyền của phương pháp	Tạo dòng thuần lưỡng bội từ dòng đơn bội.	Tạo dòng thuần lưỡng bội.	Dựa vào đột biến gen và biến dị số lượng NST tạo thể lệch bội khác nhau.	Lai xa, lai khác loài tạo thể song nhị bội, không thông qua lai hữu tính, tránh hiện tượng bất thụ của con lai.
Ý nghĩa	-                           Chọn được các dạng cây có các đặc tính  tốt. -                           Các dòng nhận được đều  thuần chủng .	-                           Nhân nhanh các giống cây trồng, vật nuôi. -                           Giúp bảo tồn nguồn gen của một số giống quý hiếm.	Tạo ra các giống cây trồng mới có các kiểu gen khác nhau của cùng một giống ban đầu.	Tạo ra các giống mới mang đặc điểm của cả 2 loài mà hữu tính khó có thể tạo ra được.

Tạo giống động vật:

Bao gồm các phương pháp: cấy truyền phôi, nhân bản vô tính bằng kỹ thuật chuyển nhân

Vấn đề phân biệt	Phương pháp cấy truyền phôi	Phương pháp nhân bản vô tính bằng kỹ thuật chuyển nhân(Cừu Dolli)
Nguồn nguyên liệu	Phôi  ĐV	Tế bào cho nhân và tế bào nhận nhân.
Quy trình	-                           Tách phôi làm hai hay nhiều phầnmỗi phần sau đó phát triển thành một phôi. +         Có thể phối hợp hai hay nhiều phôithể khảm. +    Làm biến đổi các thành phần của phôi khi mới phát triển theo hướng có lợi -                           Cấy các phôi vào tử cung của các vật làm mẹsinh con.	-                           Tách TB tuyến vú của cá thể cho nhân; tách TB trứng của cá thể khácloại bỏ nhân. -                           Chuyển nhân của TB tuyến vúTB trứng đã loại bỏ nhân  nuôi cấy trên môi trường nhân tạophát triển thành phôi. -                           Cấy phôi và tử cung của vật làm mẹsinh con.
Cơ sở di truyền của phương pháp	Nuôi cấy phôi: Phôi được tạo thành nhờ sự tham gia của tế bào sinh dục đực và cái.	Nuôi cấy phôi: Phôi được tạo thành nhờ sự phối hợp nhân của tế bào sinh dưỡng của vật cho nhân với TBC của tế bào trứng của vật nhận.
Ý nghĩa	-                           Giúp nhân nhanh các giống vật nuôi có đặc tính quý. -                           Cải biến phẩm chất giống VN đáp ứng nhu cầu sản xuất.	-                           Nhân nhanh các giống vật nuôi quý hiếm. -                           Cho phép tạo ra các giống động vật mang gen người để ứng dụng trong lĩnh vực y học.

1.2.5. Tạo giống bằng công nghệ gen

* Khái niệm công nghệ gen:

Công nhệ gen là một quy trình công nghệ dùng để tạo ra những tế bào hoặc sinh vật có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới.

Công nghệ gen được thực hiện phổ biến hiện nay là kỹ thuật chuyển gen (tạo ra phân tử ADN tái tổ hợp để chuyển gen từ tế bào cho sang tế bào nhận).

* Quy trình chuyển gen

Bước 1:  Tạo ADN tái tổ hợp

-         Nguyên liệu:

+       Gen cần chuyển.

+       Thể truyền(vec tơ chuyển gen): là một phân tử ADN đặc biệt được sử dụng để đưa một gen từ tế bào này sang tế bào khác. Thể truyền có thể là thực khuẩn thể (phagơ) hoặc plasmit( phân tử ADN dạng vòng thường có trong TBC của vi khuẩn).

+       Enzim: Enzim cắt giới hạn (restrictaza) và enzim nối (ligaza).

-         Cách tiến hành:

+       Tách chiết thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào.

+       Dùng enzim cắt giới hạn (restrictaza) để tạo ra cùng một loại đầu dính.

+       Dùng enzim ligaza để gắn gen cần chuyển vào thể truyền  ADN tái tổ hợp.

Bước 2:  Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận

-         Phương pháp biến nạp: Dùng muối canxi clorua hoặc xung điện cao áp làm giãn màng sinh chất của tế bào để ADN tái tổ hợp dễ dàng đi qua.

-         Phương pháp tải nạp: dùng thể truyền là virut lây nhiễm vi khuẩn mang gen cần chuyển xâm nhập vào tế bào vật chủ. Khi đã xâm nhập vào tế bào vật chủ, ADN tái tổ hợp sẽ điều khiển tổng hợp loại prôtêin đặc thù đã được mã hóa trong nó.

Bước 3: Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp     

-         Chọn thể truyền có gen đánh dấu.

-         Bằng các kỹ thuật nhất định (ví dụ sử dụng mẫu dò đánh dấu phóng xạ) nhận biết được sản phẩm đánh dấu và nhân dòng tế bào này để sản xuất ra sản phẩm mong muốn.

* Thành tựu ứng dụng công nghệ gen

Thành tựu nổi bật nhất trong ứng dụng công nghệ gen là khả năng cho tái tổ hợp thông tin di truyền giữa các loài đứng xa nhau trong bậc thang phân loại mà lai hữu tính không thể thực hiện được.

ü      Tạo giống động vật:

Bằng phương pháp vi tiêm, cấy nhân đã có gen đã cải biến, sử dụng tế bào gốc,… tạo ra những giống động vật mới có năng suất và chất lượng cao và đặc biệt có thể sản xuất ra các loại thuốc chữa bệnh cho người:

-         Chuyển gen prôtêin huyết thanh của người vào cừubiểu hiện ở tuyến sữacho sản phẩm với số lượng lớnchế biến thành thuốc chống u xơ nang và bệnh về đường hô hấp ở người.

-         Chuyển gen sản xuất r-prôtêin của ngườibiểu hiện ở tuyến sữacho sản phẩm với số lượng lớnsản xuất prôtêin C chữa bệnh máu vón cục gây tắc mạch.

-         Chuyển gen hoocmôn sinh trưởng của chuột cống vào chuột nhắtnên nó có khối lượng gần gấp đôi so với chuột cùng lứa.

ü      Tạo giống thực vật

-                   Tạo giống bằng công nghệ gen mở ra nhiều ứng dụng mới cho trồng trọt: sản xuất các chất bột, đường với năng suất cao, sản xuất các loại prôtêin trị liệu, các kháng thể và chất dẻo. Thời gian tạo giống mới rút ngắn đáng kể.

-         Đến nay đã có hơn 1200 loại thực vật đã được chuyển gen. Trong số đó có 290 giống cây cải dầu, 133 giống khoai tây và nhiều loại cây trồng khác như cà chua, ngô, lanh, đậu nành, bông vải, củ cải đường.

-         Phương pháp chuyển gen ở thực vật rất đa dạng: chuyển gen bằng plasmit, bằng virut, chuyển gen trực tiếp qua ống phấn, kỹ thuật vi tiêm ở tế bào trần, dùng súng bắn gen.

-         Ví dụ:

+       Tạo ra giống cà chua chuyển gen kéo dài thời gian chín, giống cà chua chuyển gen kháng virut.

+       Tạo ra giống lúa chuyển gen tổng hợp - carôten.

+       Chuyển gen trừ sâu từ vi khuẩnbông vải  giống mới kháng sâu hại.

ü      Tạo giống vi sinh vật

Ngày nay, đã tạo được các chủng vi khuẩn cho sản phẩm mong muốn không có trong tự nhiên, bằng cách chuyển một hay một nhóm gen từ tế bào của người hay một đối tượng khác vào tế bào của vi khuẩn.

Các vi sinh vật như E.coli, nấm men bánh mì là những đối tượng đầu tiên được sử dụng trong công nghệ gen để sản xuất một số loại prôtêin của người như insulin chữa bệnh tiểu đường, hoocmon tăng trưởng của người (hGH), hoocmôn Somatostatin điều hòa hoocmôn sinh trưởng và insulin trong máu, văcxin viêm gan B để phòng bệnh viêm gan B…

2. Di truyền học người

2.1. Các khái niệm

* Khái niệm di truyền y học :

Là ngành khoa học vận dụng những hiểu biết về di truyền học người vào y học, giúp cho việc giải thích, chẩn đoán, phòng ngừa, hạn chế các bệnh, tật di truyền và điều trị trong một số trường hợp bệnh lí.

* Khái niệm di truyền y học tư vấn:

Là một lĩnh vực chẩn đoán. Di truyền y học tư vấn hình thành trên cơ sở những thành tựu về di truyền học người và di truyền Y học.

Di truyền học tư vấn có nhiệm vụ chẩn đoán, cung cấp thông tin về khả năng mắc các bệnh di truyền ở đời con của các gia đình đã có bệnh này, từ đó cho lời khuyên trong việc kết hôn, sinh đẻ, đề phòng và hạn chế hậu quả xấu ở đời sau.

2.2. Một số bệnh, tật di truyền

2.2.1 Bệnh di truyền phân tử

-         Khái niệm : Là những bệnh mà cơ chế gây bệnh phần lớn do đột biến gen gây nên

Ví dụ : bệnh phêninkêtô- niệu

+ Người bình thường : gen tổng hợp enzim chuyển hoá phêninalanin→ tirôzin

+ Người bị bệnh : gen bị đột biến ko tổng hợp dc enzim này nên phêninalanin tích tụ trong máu đi lên não đầu độc tế bào

-         Chữa bệnh: phát hiện sớm ở trẻ → cho ăn kiêng

2.2.2. Hội chứng bệnh liên quan đế đột biến NST

-         Khái niệm: Các đb cấu trúc hay số lượng NST thường liên quan đến rất nhiều gen gây ra hàng loạt tổn thương ở các hệ cơ quan của người nên thường gọi là hội chứng bệnh

-         Ví dụ : hội chứng đao

+ Cơ chế : NST 21 giảm phân không bình thường (ở người mẹ ) cho giao tử mang 2 NST 21, khi thụ tinh kết hợp với giao tử có 1 NST 21 → cơ thể mang 3NST 21 gây nên hội chứng đao

+ Cách phòng bệnh : không nên sinh con trên tuổi 35

2.2.3. Bệnh ung thư

-         Khái niệm: là loại bệnh đặc trưng bởi sự tăng sinh không kiểm soát được của 1 số loại tế bào cơ thể dẫ đến hình thành các khối u chèn ép các cơ quan trong cơ thể. Khối u được gọi là ác tính khi các tế bào của nó có khả năng tách khỏi mô ban đầu di chuyển đến các nơi khác trong cơ thể(di căn) tiếp tục thiết lập các khối u khác.

-         Nguyên nhân,cơ chế : đột biến gen, đột biến NST.

Đặc biệt là đột biến xảy ra ở 2 loại gen : Gen quy đinh yếu tố sinh trưởng và gen ức chế các khối u

-         Cách điều trị và phòng bệnh:

+ Cách điều trị: chưa có thuốc điều trị, dùng tia phóng xạ hoặc hoá chất để diệt các tb ung thư

+ Phòng bệnh: Thức ăn đảm bảo vệ sinh, môi trường trong lành

2.3. Bảo vệ vốn gen của loài người

2.3.1. Tạo môi trường trong sạch nhằm hạn chế các tác nhân gây đột biến

2.3.2. Tư vấn di truyền và việc sàng lọc trước sinh

-         Là hình thức chuyên gia di truyền đưa ra các tiên đoán về khả năng đứa trẻ sinh ra mắc 1 tật bệnh di truyền và cho các cặp vợ chồng lời khuyên có nên sinh con tiếp theo ko ,nếu có thì làm gì để tránh cho ra đời những đứa trẻ tật nguyền

-         Kỹ thuật : chuẩn đoán đúng bệnh, xây dựng phả hệ người bệnh, chuẩn đoán trước sinh

-         Xét nghiệm trước sinh : Là xét nghiệm phân tích NST,ADN xem thai nhi có bị bệnh di truyền hay không, Phương pháp :

+ chọc dò dịch ối

+ sinh thiết tua nhau thai

2.3.3. Liệu pháp gen- kỹ thuật của tương lai

-         Khái niệm: là việc chữa trị các bệnh di truyền bằng cách phục hồi chức năng của các gen bị đột biến

-         Biện pháp: đưa bổ sung gen lành vào cơ thể người bệnh và thay thế gen bệnh bằng gen lành.

-         Mục đích: hồi phục chức năng bình thường của các tế bào hay mô, khắc phục sai hỏng di truyền, thêm chức năng mới cho tế bào.

2.4. Vấn đề di truyền khả năng trí tuệ

-         Hệ số thông minh ( IQ):  được xác định bằng các trắc nghiệm với các bài tập tích hợp có độ khó tăng dần

-         Khả năng trí tuệ và sự di truyền: Tập tính di truyền có ảnh hưởng nhất định tới khả năng trí tuệ

2.5. Di truyền học với bệnh AIDS : Để làm chậm sự tiến triển của bệnh người ta sử dụng biện pháp di truyền nhằm hạn chế sự phát triển của virut HIV