Sinh học - Chương 2: Di truyền tính trạng số lượng, cận phối và ưu thế lai

Nội dung text: Sinh học - Chương 2: Di truyền tính trạng số lượng, cận phối và ưu thế lai

1. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 2.1. Khái niệm và những đặc điểm về nghiên cứu di truyền tính trạng số lượng 2.1.1. Khái niện tính trạng số lượng, tiếp cận thống kê a. Khái niệm tính trạng số lượng: Là tính trạng không biểu hiện phân biệt nhau một cách rõ nét, các trạng thái của nó tạo hành dãy biến dị liên tục, được xác định thông qua các phép định lượng như cân, đo, đếm b. Tiếp cận thống kê trong nghiên cứu di truyền tính trạng số lượng Ví dụ: tính trạng được đo đếm ở nhiều cá thể tạo thành dãy số liệu xi : x1, x2, x3, xn - Giá trị trung bình xi X Chương 2. Di truyền tính trạng số lượng, cận n phối và ưu thế lai 2.1.2. Tiếp cận di truyền, khái niệm về các hiệu ứng: cộng,  Độ lệch chuẩn trội, tương tác - Tính trạng số lượng là tính trạng có nhiều kiểu gen, nhiều kiểu  Phương sai tương tác kiểm soát độ lớn của tính trạng. - Hiệu ứng di truyền là tương tác các gen dẫn đến hiệu quả thể σ = hiện tính trạng. a. Hiệu ứng cộng (D) Là thông số diễn tả hoạt động tương tác của các gen là độc lập nhau khi chúng cộng lại thì biểu hiện độ lớn tính trạng tăng.  Hệ số biến động b. Hiệu ứng trội (hiệu ứng dị hợp tử) (H) Liên quan đến trạng thái dị hợp tử của gen, góp phần đẩy mạnh biểu hiện tính trạng (xuất hiện từ tương tác cùng locus). 2.2. Phương sai kiểu hình, kiểu gen và hệ số di truyền 2.2.1. Các thành phần phương sai, phân tách thành phần c. Hiệu ứng tương tác giữa các hiệu ứng (I) phương sai môi trường DxD; HxH, DxH 2 - Phương sai kiểu hình ( P hay VP): nó đặc trưng cho khả Hiệu ứng này xuất hiện khi xảy ra mối tương tác giữa các gen năng biến động của tính trạng trong quần thể. khác locus hay biểu hiện kiểu hình của tính trạng số lượng 2 - Gồm phương sai kiểu gen ( g hay Vg) và phương sai môi liên quan tới tác động của các gen phụ thuộc vào nhau. 2 trường ( e hay Ve) => giá trị kiểu gen của tính trạng số lượng = D +H +I 2 2 2  P =  g+  e hay VP = Vg + Ve - Tính trạng số lương về cơ bản do hiệu ứng cộng của các gen quy định. Tuy nhiên bên cạnh hiệu ứng cộng giá trị kiểu gen của tính trạng số lượng còn có hiệu ứng trội, hiệu ứng tương tác giữa các gen không cùng alen. 2 2 2 2  G =  D+  H +  I 1
2. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam *Phân tách thành phần phương sai môi trường - Phân tích phương sai - ở F2 có các kiểu gen khác nhau, nên phương sai kiểu hình 2 2 2 gồm di truyền và môi trường:  P =  g+  e V =V + V (2) - Phép lai: thí nghiệm được trồng cả bố mẹ P1, P2 và các con lai F2 g e F1, F2. ở P1, P2, F1 các cá thể có kiểu gen giống nhau, do đó Thay (1) vào (2) Ta có: khi nghiên cứu tính trạng những sai khác của chúng là do môi trường: 1 VVVVV () 1 (1) g F23 P 1 P 2 F 1 Ve () VPPF V V 3 1 2 1 2.2.3. Hệ số di truyền: khái niệm, ước lượng, ý nghĩa 2.2.2. Đánh giá các thành phần phương sai kiểu gen a. Khái niệm: Hệ số di truyền (khả năng di truyền) diễn tả phần đóng góp do sai - Các bố mẹ P1, P2 , các con lai F1, F2 và các lai ngược F1 x P1 khác về di truyền trong biến dị kiểu hình chung của tính trạng ở => B , F x P => B quần thể. 2 2 1 1 2 2 2  g  g H 2 2 2 - Từ các kết quả đo đếm để ước lượng VP1, VP2, VF1, VF2, VB1,  p  g  e VB2 b. Ước lượng: - Thầnh phần phương sai môi trường: - Hệ số di truyền biến đổi từ 0=>1. để đánh giá hệ số di truyền ta cần tách thành phần phương sai môi trường ra khỏi phương sai 1 kiểu hình để xác định phương sai kiểu gen, bằng các phương VVVVe () P P F 3 1 2 1 pháp: - Dựa vào phân tích phương sai để tính ra Vg và Ve - Dựa vào kết quả các phương sai VP1,VP2, VF1 , VF2 thu được ở thí nghiệm bố trí các bố mẹ và các con lai F1, F2. - Bên cạnh đó có thể sử dụng hệ thống tương quan (b) giữa bố mẹ và đời con theo tính trạng nghiên cứu: H2=2b - Hệ số di truyền được đánh giá trên cơ sở đóng góp của phần c. ý nghĩa: phương sai di truyền theo hiệu ứng cộng của các gen trong - Hệ số di truyền là một công cụ giúp cho quá trình chọn lọc. Nó toàn bộ biến dị chung của kiểu hình ở quần thể gọi là hệ số di cho phép dự đoán kết quả chọn lọc tính trạng số lượng ở đời truyền theo nghĩa hẹp (h2). 2 con: 2  d 2 h 2 SE =h SD  p SD=Xi - XP (vi sai chọn lọc) - Hệ số di truyền cao (từ 0,8 trở lên) tính trạng có hiệu quả chọn SE= X - X (hiệu quả của chọn lọc) lọc cao. Hệ số di truyền thấp (<0,4) - chọn lọc tính trạng kém F1 P 2 hiệu quả. XF1 =XP+SE = XP +h .SD 2
3. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 2.3. Cận phối Trong đó ns: Số đời từ bố tới trước tổ tiên 2.3.1. Khái niệm cận phối, hệ số cận thân nd: số đời từ mẹ tới trước tổ tiên a. Khái niệm: i: là số tổ tiên Cận phối là sự giao phối giữa các cá thể gần nhau về mặt di F : hệ số cận thân của tổ tiên truyền. A b. Hệ số cận thân (F): Chỉ khả năng để xuất hiện các thể đồng hợp tử, hay xác suất để các alen gặp gỡ trở lại. i ns nd 1 1 Fx  (1 FA ) 1 2 Nếu hệ số cận thân ở tổ tiên = 0: ns nd 1 i 1 F x  1 2 a. Một số kiểu cận phối +Anh chị em con cô con câu. 2 2 1 + Bố con, mẹ con 1 1 1 0 1 F 2 1 1 X F 2 16 X 2 4 +Con cô con cậu kép: +Anh chị em ruột (full sibs) 2 2 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 FX FX  2 2 4 1 2 8 +Nửa anh em (half sibs) 1 1 1 1 1 FX 2 8 +Cô cháu, chú cháu 2 1 1 1 1 F 2 X 2 8 b. Cận phối hệ thống - Là trường hợp cận phối xảy ra ở nhiều đời liên tục, khi ấy hệ => Cận phối liên tục qua các thế hệ dẫn tới sự tăng liên tục lượng số cận thân sẽ liên tục biến đổi. đồng hợp tử. Tốc độ tăng nhanh hay chậm phụ thuộc vào mức - Tự phối độ gần trong cận phối: tự phối tăng rất nhanh, ở full sibs tăng 1 chậm hơn, chậm hơn cả là ở hafl sibs. Ft (1 Ft 1 ) 2 - Cận phối liên tục có ý nghĩa lớn trong chọn giống nhằm tạo các - Bố mẹ x đời con (lai trở lại liên tục) cấu trúc đồng hợp tử. 1 F (1 2F F ) t 4 t 1 t 2 - Full sibs x full sibs 1 Ft (1 2Ft 1 Ft 2 ) 4 - Half sibs x half sibs Trong đó t là số thế hệ. 3
4. 7/18/15 2.3.4. Suy thoái do cận phối, gánh nặng di truyền của quần thể 2.3.3. Chỉ số nguy hiểm do cận phối - Là hiện tượng ở các dòng cận phối xảy ra sự suy giảm mức thể hiện của một loạt tính trạng, suy yếu sức sống và tính thích ứng của cơ thể. Tỷ số giữa tần số xuất hiện các kiểu lặn có hại do cận - Nguyên nhân di truyền của sự suy thoái cận phối: phối trên tần số này ở trường hợp giao phối ngẫu nhiên gọi là + Gen lặn có hại được tăng cơ hội trở thành đồng hợp tử, gây suy chỉ số nguy hiểm do cận phối. giảm sức sống và khả năng thích ứng của cơ thể. 2 + Suy thoái cận phối là hệ quả của sự chuyển dịch giá trị trung q pqF bình quần thể về phía các alen lặn. q 2 - Công thức ước lượng mức độ giảm giá trị trung bình quần thể khi xảy ra cận phối: MF -MP=-2dpqF MF, MPgiá trị trung bình quần thể khi xảy ra cận phối và trường hợp bình thường b. Gánh năng di truyền của quần thể - Sự tồn tại, tích luỹ ngày càng nhiều các đột biến lặn có hại ở p - tần số trung bình các alen trội; q- tần số trung bình các một quần thể nào đó lại xem như một gánh nặng di truyền mà alen lặn quần thể phải chịu đựng. F- hệ số cận thân - Gánh nặng di truyền do: d- giá trị thể hiện của các dị hợp tử + Tăng đột biến - Thường sự suy thoái ở thế hệ đầu diễn ra mạnh, càng về sau + Hiệu quả chọn lọc thấp hoặc không có chọn lọc thì càng chậm hơn + Cận phối => Nhiều dòng tự phối có thể duy trì lâu dài. - Giảm gánh nặng di truyền: + Giảm yếu tố gây đột biến + Tăng hiệu quả chọn lọc + Giảm cận phối, tăng khả năng giao phối ngẫu nhiên 2.4. Ưu thế lai +Ưu thế lai trung bình (Heterosis): F1 vượt hơn giá trị trung bình của các bố mẹ. 2.4.1. Khái niệm, ý nghĩa 1 F (P P ) 1 1 2 a. Khái niệm Hb% 2 100 1 Ưu thế lai là hiện tượng khi con lai F1 thể hiện vượt trội (P1 P2 ) hơn bố mẹ về những đặc điểm riêng biệt. 2 + Ưu thế lai thực (Heterobeltiosis): F1 vượt hơn dạng bố mẹ tốt + Ưu thế lai chuẩn (Standard Heterosis): F1 vượt hơn giá trị của nhất theo tính trạng nghiên cứu (về cả chiều dương và chiều một giống chuẩn (giống đối chứng) nào đó đem so sánh. âm). F S Hs% 1 100 S F P Hb% 1 b 100 Pb 4
5. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam b. Ý nghĩa - Dự đoán ưu thế lai: - Đối với sinh vật: tăng khả năng thích ứng + Khả năng kết hợp chung - Trong chọn giống: tạo ưu thế lai, tăng thể hiện tính trạng và + Khả năng kết hợp riêng phối hợp được nhiều tính trạng giá trị vào một kiểu gen => + Lai đỉnh, lai dialel (luân giao) tạo giống ưu thế lai là con đường ngắn nhất và có hiệu quả cao trong việc tập hợp nhiều tính trạng quý vào một giống. - Duy trì ưu thế lai: - Phải có công nghệ sản xuất giống tốt => ưu thế lai lớn => giá + Nhân giống vô tính thành rẻ => sản xuất nhiều => tăng năng suất. + Nhân qua thế hệ bằng hạt, hệ thống di truyền không phân - Trong quản lý và thương mại hạt giống: ly thông qua phối vô phối aposporie (sinh sản không bào tử). + Quy định tiêu chuẩn hạt giống + Quản lý hạt giống 2.4.2. Cơ sở di truyền của ưu thế lai a. Giả thiết liên quan tới tương tác cùng locus - hiệu quả trội, siêu trội - Hiệu quả tương tác bổ sung giữa các gen: AabbCCdd x aaBBccDD => F1: AaBbCcDd Aabb x aaBB => AaBb F1 tích luỹ được nhiều gen trội hơn so với bố mẹ, có ưu thế hơn so với bố mẹ + Khắc phục được ức chế lặn - Thể hiện: + Do phối hợp nhiều gen + Gen lặn bị lấp trống: hiệu ứng trội c. Cân bằng di truyền bên trong và cân bằng di truyền quan hệ: AA =Aa (gen lặn a được lấp trống bởi A- thể hiện tốt hơn aa) + Tăng dị hợp tử => ngoài hiệu ứng trội còn hiệu quả siêu trội - Cân bằng bên trong liên quan tới một trật tự các gen nào đó - Lý thuyết siêu trội: sắp xếp dọc theo nhiễm sắc thể, có thể dẫn tới một trật tự sắp + Theo giả thiết liều lượng xếp các gen có mức cân bằng tốt => cân bằng bên trong tốt. AA aa - Ở mỗi locus các alen khác nhau của hai nhiễn sắc thể tương AA - dư thừa, aa - thiếu hụt, Aa- cho mức liều lượng tối ưu => con lai F1 (Aa) đồng có thể thiết lập nên mức cân bằng tốt về quan hệ giữa có ưu thế hơn dạng bố mẹ (AA, aa). các alen => cân bằng quan hệ tốt. + Theo giả thuyết tạo sản phẩm A- cho sản phẩm 1; a- cho sản phẩm 2 Aa- lai: sản phẩm 1 + sản phẩm 2 có hiệu quả tác động mạnh hơn hai sản phẩm ban đầu trong việc hình thành tế bào. Dị hợp tử càng nhiều thì càng làm tăng cường độ tính trạng số lượng biểu hiện => phân ly F2 càng lớn. Câu hỏi ôn tập chương 2 1. Khi nghiên cứu tính trạng số lượng cần cú những tiếp cận thống kê như thế nào? Ước lượng số lượng gen kiểm tra tính trạng số lượng. 2. Khái niệm về các thành phần phương sai: kiểu hình, kiểu gen, d. Giả thiết liên quan tới tương tác nhân - bào chất môi trường. Trong giỏ trị kiểu gen hóy diễn tả khái niệm về - Trong quá trình tự thụ: không có sự đổi mới giữa nhân - bào chất các hiệu ứng: cộng, trội, tương tác. - Lai: quan hệ nhân - bào chất thay đổi  Một số phương pháp tách thành phần phương sai môi trường, phương sai hiệu ứng cộng, trội được ước lượng như thế nào? (sử dụng sơ đồ lai ngược)  Trình bày: khái niệm, ước lượng và ý nghĩa ứng dụng của hệ số di truyền. Vì sao núi hệ số di truyền là thông số mang tính chất quần thể.  Khái niệm về cận phối và hệ số cận thân. Ví dụ về một số kiểu cận phối. Cận phối hệ thống và ý nghĩa ứng dụng của nó.  Chỉ số nguy hiểm do cận phối cho biết thông tin gì? Nêu những nguyên nhân di truyền của sự suy thoái do cận phối. 5
6. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7. Khái niệm và ý nghĩa của ưu thế lai. Ưu thế lai cần được duy trì trong những trường hợp nào? Nờu khỏi niệm về cân bằng di truyền quan hệ và cân bằng di truyền bên trong. 8. Chứng tỏ rằng cơ sở di truyền của ưu thế lai cần được xem X xét ở các dạng tương tác: cùng locus, khác locus, tương tác nhân –bào chất. 11. Các tổ tiên là kết quả giao phối ngẫu nhiên. Xác định hệ số 9. Phân biệt bản chất của khái niệm: tính trội, độ trội. Nêu cận thân cho các kiểu cận phối sau đây: khái niệm và ước lượng khả năng kết hợp chung. 10. Ở một quần thể giao phối ngẫu nhiên, thể đột biến lặn (aa) gây bệnh di truyền nguy hiểm xuất hiện với tần số 1 trên 20.000 cá thể. Xác định chỉ số nguy hiểm do cận phối khi xảy ra các kiểu cận phối sau: a. Anh chị em ruột X X b. Nửa anh em X c. Anh em con cô, con cậu d. Cận phối theo sơ đồ dưới 6