Di truyền gene ngoài nhân SVIP

I. THÍ NGHIỆM CỦA CORRENS VÀ SỰ TỒN TẠI GENE NGOÀI NHÂN

Vào năm 1909, Carl Correns phát hiện hiện tượng di truyền ngoài nhân trên cây hoa bốn giờ hay hoa phấn (Mirabilis jalapa), trong đó màu sắc lá của đời con chỉ phụ thuộc vào cây mẹ, do gene quy định nằm trong lục lạp chỉ được truyền từ mẹ sang con.

➢ Bối cảnh ra đời thí nghiệm của Correns

- Năm 1900: Ba nhà khoa học Hugo de Vries, Erich von Tschermak và Carl Correns đã độc lập thí nghiệm, chứng minh được quy luật di truyền của Mendel trên các loài thực vật khác nhau.

- Năm 1903: Walter Sutton liên kết các nhân tố di truyền của Mendel với NST.

- Năm 1909: Carl Correns phát hiện ra hiện tượng di truyền bất thường ở cây phấn (Mirabilis jalapa): Trên cùng một cây có thể có ba cành với màu sắc lá khác nhau. Ông đã tiến hành thí nghiệm để tìm hiểu quy luật di truyền của tính trạng này.

Cành hoa Mirabilis jalapa có lá khảm xanh trắng

➢ Thí nghiệm của Correns

- 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 sau:

Kiểu hình cây bố mẹ và các cây con

- Kết quả không giống với quy luật di truyền Mendel và mở rộng học thuyết Mendel. → Sự di truyền tính trạng màu lá trong thí nghiệm của Correns không tuân theo quy luật di truyền NST.

- Màu sắc lá chỉ được xác định bởi cành cây mẹ (cho noãn) mà không phụ thuộc vào bố (cho hạt phấn). → Tính trạng màu lá do gene nằm trong lục lạp quy định.

➢ Sự tồn tại gene ngoài nhân

- DNA không chỉ được tìm thấy ở trong nhân tế bào mà còn có trong lục lạp và ti thể với cấu trúc mạch vòng, xoắn kép.

Gene trong ti thể ở tế bào sinh vật nhân thực

II. ĐẶC ĐIỂM DI TRUYỀN GENE NGOÀI NHÂN VÀ ỨNG DỤNG

1. Cơ sở sự di truyền gene ngoài nhân trong thí nghiệm của Correns

Do sự phân chia ngẫu nhiên và không đồng đều các lục lạp bình thường (màu xanh) và lục lạp đột biến (màu trắng) trong quá trình phân bào.

- DNA lục lạp mang gene mã hóa protein sinh tổng hợp diệp lục:

+ Gene bình thường → diệp lục được tổng hợp → tế bào lá có màu xanh.

+ Gene bị đột biến → diệp lục không được tổng hợp → tế bào lá có màu trắng.

- Trong tế bào có chứa nhiều lục lạp chứa gene đột biến hoặc gene không đột biến.

- Khi giảm phân, xảy ra sự phân chia không đồng đều tế bào chất chứa các lục lạp cho các tế bào trứng khác nhau.

Sự phân chia ngẫu nhiên và không đồng đều các lục lạp trong nguyên phân

2. Đặc điểm di truyền gene ngoài nhân

- Kết quả phép lai thuận nghịch khác nhau.
- Di truyền theo dòng mẹ: Con lai mang tính trạng của mẹ, biểu hiện ở cả hai giới.
- Di truyền không đồng nhất: Các cá thể con của cùng một mẹ có thể có kiểu hình khác nhau (do số lượng các loại allele nhận được là ngẫu nhiên).

3. Ứng dụng hiện tượng di truyền ngoài nhân

Di truyền gene ngoài nhân có nhiều ứng dụng quan trọng trong nghiên cứu di truyền, y học, nông nghiệp và nghiên cứu tiến hoá.

- Một số bệnh ở người do gene nằm trong ti thể quy định như cơ ti thể, tiểu đường, tim mạch, Alzheimer, Leigh,...

- Công nghệ tế bào đã phát triển kĩ thuật giúp loại trừ gene gây bệnh trong ti thể.

Ví dụ: Năm 2016, các nhà khoa học ở Mexico đã giúp một người mẹ mang gene đột biến gây hội chứng Leigh sinh con khoẻ mạnh không mang gene bệnh.

Kĩ thuật loại trừ gene gây bệnh trong ti thể ở đời con

- Ở thực vật, sự sai hỏng một số gene nằm trong tế bào chất có thể gây ra hiện tượng bất dục đực (hạt phấn không có khả năng thụ tinh). → Ứng dụng gây đột biến gene ngoài nhân để tạo giống cây trồng có hoa lưỡng tính tự thụ phấn.

Ví dụ: Lúa có hoa lưỡng tính, tự thụ phấn và kích thước hoa rất nhỏ. Khi lai bình thường cần phải loại bỏ nhị ở cây mẹ rồi chuyển hạt phấn từ cây bố sang → mất công sức và thời gian → tạo dòng lúa bất dục đực để dễ dàng lai giữa các giống lúa khác nhau. Thành tựu: Giống VT505, MV2, Long Hương 8117,...

- Giải trình tự gene của DNA trong ti thể để xây dựng cây phân loại, truy tìm nguồn gốc chủng tộc loài người,...

Ví dụ: Các nhà khoa học đã tách chiết DNA ti thể từ bộ xương hoá thạch của loài người đã tuyệt chủng, so sánh với DNA ti thể của các chủng tộc người hiện nay, từ đó truy tìm nguồn gốc loài người, xác định được loài người xuất hiện ở châu Phi trước khi phát tán ra các châu lục khác.

Nguồn gốc loài người

- Giải trình tự gene ti thể còn được ứng dụng trong công tác pháp y.

Ví dụ: Xác định hài cốt liệt sĩ, nhân thân các nạn nhân trong các vụ tai nạn, xác định quan hệ huyết thống,...