Sinh học - Chương 3: Lai xa, phân tích genom và phân tích lệch bội

Nội dung text: Sinh học - Chương 3: Lai xa, phân tích genom và phân tích lệch bội

1. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 3.1. Khái niệm, ý nghĩa, các cơ chế cách ly sinh sản giữa các loài và khắc phục sự ngăn cản trong lai xa 3.1.1. Khái niệm, ý nghĩa - Để phân biệt với lai trong loài người ta đưa ra khái niệm lai xa: lai giữa các dạng khác nhau có độ xa cách di truyền tính từ loài phụ trở lên. - Các dạng thuộc dạng trồng trọt x các dạng thuộc loại phụ lân cận nhằm khai thác những đặc điểm quý hiếm mà không tính thấy ở nguồn vật liệu trong loài trồng trọt. Cho tới nay, lai xa là giải pháp cơ bản nhằm tạo ra các vật liệu chọn giống mang những đặc điểm giá trị (chống chịu, chất lượng, ) tạo nên những đột phá mới trong tạo giống mới. CHƢƠNG 3 LAI XA, PHÂN TÍCH GENOM VÀ PHÂN TÍCH LỆCH BỘI 3.1.2. Các cơ chế cách ly sinh sản b. Giải pháp khắc phục Sự cách ly sinh sản là một tiêu chuẩn quan trọng nhất để phân biệt các loài khác nhau. - Cắt ngắn hoặc khử bỏ vòi nhuỵ cái, đầu nhuỵ cái được gắn với khối aga + đường + genlatin, rồi thụ phấn. 3.1.3. Những ngăn cản trước thụ tinh và giải pháp khắc phục - Thụ phấn sớm hoặc muộn để tránh phản ứng bất hợp a. Những ngăn cản trước thụ tinh - Ghép cây mẹ lên cây bố - làm gần sinh học Tính không phù hợp giữa giao tử đực và cái của các loài bố mẹ gây ra nhiều trở ngại trước thụ tinh: - Xử lý nhuỵ cái bằng các chế phẩm tăng quá trình thụ phấn + Hạt phấn không nảy mầm trên vòi nhuỵ của cây mẹ - Trộn hạt phấn: hạt phấn cây bố + hạt phấn cây mẹ (làm mất sức sống) - hạt phấn bố có cơ hội nảy mầm. + Ống phấn phát triển rất chậm, hạn chế khả năng đưa tinh trùng vào túi phôi để thụ tinh. - Tứ bội hoá một trong hai bố mẹ + Tính không phù hợp di truyền giữa giao tử đực và giao tử cái, - Thụ phấn vào điều kiện thuận lợi thụ tinh không xảy ra. - Lai với loài trung gian - Chiều thụ phấn 3.1.4. Những ngăn cản sau thụ tinh và giải pháp khắc phục a. Những ngăn cản sau thụ tinh - Đình trệ sự phát triển của hợp tử b. Giải pháp khắc phục - Tiêu phôi - Nuôi cấy phôi non ở môi trường nhân tạo (cứu phôi) - Phôi bị ngừng phát triển ở giai đoạn nào đó mà chưa đạt tới giai - Dung hợp tế bào trần đoạn phôi trưởng thành. - Đa bội hoá - hữu dục (cây song lưỡng bội) - Nội nhũ phát triển không hoàn chỉnh - xuất hiện các không bào - Tổ hợp lai hợp lý ở tế bào chất, bào chất nghèo cơ quan tử - Cây lai có sức sống yếu, bất dục 1
2. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 3.2. Đặc điểm của con lai xa, di truyền tính trạng và biến dị 3.2.3. Những biến dị bất thường xuất hiện trong lai xa trong lai xa 3.2.1. Những đặc điểm của con lai xa Phát triển không bình thường, bất dục, cây dị dạng, giảm - Xuất hiện những biến dị mới mà không có ở bố mẹ. Những phân có những bất thường. Kết quả của giảm phân thu được rất tính trạng xuất hiện mới trong lai xa mà không thể dự đoán nhiều biến loạn. Chỉ có xác suất rất nhỏ F1 giảm phân bình thường trước được trên cơ sở nghiên cứu loài bố mẹ gọi là những – thu được cây lai. biến dị bất thường. Các nghiên cứu cho thấy đại đa số các 3.2.2. Đặc điểm di truyền tính trạng tính trạng thuộc những biến dị này thường thể hiện lặn. - Có sự kết cặp nhưng tần số trao đổi chéo rất thấp so với lai trong - Ngoài ra còn có những biến dị xuất hiện do tương tác giữa loài - giảm hình thành tái tổ hợp. nhân và tế bào chất – xuất hiện dạng bất dục đực tế bào chất. - Tỷ lệ phân ly ở F2 hoặc trong lai phân tích khác biệt so với lai trong loài. Vì: + Tỷ lệ các giao tử hình thành khác nhau + Khả năng thụ phấn, thụ tinh của các giao tử khác nhau + Sức sống và phát triển phôi khác nhau - Tỷ lệ phân ly khác nhau ở các tính trạng và ở các phép lai 3.3. Phân tích tƣơng đồng genom (mức tế bào) a. Các tiêu chí đánh giá mức tương đồng loài A x loài B 3.3.1. Đánh giá mức độ tương đồng genom của các loài (lân 2nAA 2nBB cận) - Genom là toàn bộ vật liệu di truyền tồn tại trong bộ NST của Con lai nAnB, nghiên cứu giảm phân, xác định sự kết cặp của các NST A với các NST B loài. - Số kết cặp thực tế/ tổng số lý thuyết - Để đánh giá mức độ tương đồng genom phải tiến hành lai xa: - Số đơn trị (không kết cặp) giả sử trường hợp lai được phôi – con lai xa. Nghiên cứu giảm - Số kết cặp không bình thường (không toàn phần) phân ở F1 thông qua nghiên cứu khả năng kết cặp thể hiện ở hai mặt: b. Xác định genome phức + Số lượng NST kết cặp: khả năng kết cặp càng lớn – quan hệ - Genome phức: gồm 2 genome của 2 loài hình thành bằng con càng gần đường lai xa (có nhân đôi bộ NST – song lưỡng bội). + Đặc điểm kết cặp – bình thường, kém hoặc không kết cặp 3.3.2. Mét sè vÝ dô vÒ ph©n tÝch genom a. S¬ ®å h×nh thµnh T.durum? T. durum x T. monococum Ví dụ ở chi Triticum (lúa mì): x=7 2n=28 (AABB) 2n=14(AA) 2x=14(BB) Aegilops speltoides  T. monococum: 2n=2x=14  T. durum: 2n=4x= 28 F1: n+n =14+7=21  T. dicocum: 2n=4x=28 2n=21[7( )+ 7( )]  T. timopheevi: 2n=4x=28 Gi¶m ph©n 7( )+ 7( ) AA + B  T.aestuvum: 2n=6x=48 T.durum -14(AA) +14(BB) => AABB =28  T. zhukovskyi: 2n=6x=48  2
3. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam b. T.durum x T.aestivum 2n=28 2n=42 AABB AABBDD 2x=14DD aegilops squaraosa F1: n(AB) +n( ) =35 Gi¶m ph©n: 14( ) +7 ( ) AABB + D Tù thô cña con lai gi÷a 48 x 28 F1: 2n=35 (28AABB +7D) =28+a, b, c, d, e, f,g Tù thô QuÇn thÓ c©y tõ 28 => 42 NST 28+a, 28+aa 28+a,b; 28+aa,bb 28+a, b, c ;28+aa,bb, cc 28+a, b, c ,d ,e ,f ,g; 28+aa, bb, cc, dd, ee,ff,gg Triticum turgidum x T. tauschii c. T. timopheevi x T. monococum AABB, 2n = 28 DD, 2n = 14 2n=28 (A’A’ - -) 2n=14 (AA) F1: 2n = 21[n(A) +n(- -)] = 7+14 = 21 Gi¶m ph©n: 6( ) +(7+1) ( ) iAA’ G Nh©n ®«i T. zhukovskyi (AAA’A’GG) = 6n AABBDD, 2n = 42 T. aestivum T. spelta d. T.timopheevi x T. zhukovskyi 2n=28(A’A’GG) 2n=42 (A’G ) F1:2n=35 [14( ) +7( )] A’A’GG A e.T.durum x T. timopheevi 2n=28 2n=28 AABB RÊt khã cã F1 - Xem thªm lóa níc vµ b«ng. 3
4. 7/18/15 3.4. Phân tích các thể lệch bội, các ứng dụng b. Nguyên nhân hình thành các thể lệch bội 3.4.1. Khái niệm, những nguyên nhân hình thành các thể lệch bội a. Khái niệm lệch bội và các dạng lệch bội - Do giảm phân không bình thường Lệch bội là trường hợp ở bộ NST có sự thay đổi số lượng + Trong phân bào nguyên nhiễm hay giảm nhiễm một hay vài theo từng cặp NST. Tuỳ vào dạng thay đổi mà có các tên gọi khác NST bị rơi không chạy về hai cực của tế bào. nhau.Ngoài lệch bội đơn còn có các lệch bội kép là trường hợp ở + Ở phân bào giảm nhiễm khi hai NST tương đồng tiếp hợp hai đôi NST nào đó đều có thay đổi số lượng. với nhau mà không phân chia, cả hai dồn về một tế bào từ đó Dạng Công thức hình thành nên các giao tử thừa và giao tử thiếu theo một NST nào đó - các dạng giao tử thừa, thiếu, bình thường phối hợp với Thể một 2n-1 nhau tạo nên các lệch bội khác nhau. Thể ba 2n+1 - Do lai xa Thể không 2n-2 Thể bốn 2n+2 Thể một kép 2n-1-1 Thể ba kép 2n+1+2 3.4.2. Ứng dụng các lệch bội trong xác định nhóm liên kết của gen nghiên cứu + Trường hợp gen nghiên cứu là đột biến lặn a. Phân tích thể không - Các thể không có sức sống kém, mức độ bất dục cao, khó duy Lai đúng: trì. Dạng bình thường (2n) mang gen đột biến làm bố x với các - Thể không thường xuất hiện khi cho dạng thể một tự thụ thể không - Sử dụng thể không để xác định nhóm lên kết của gen nghiên F1 có kiểu hình lặn => gen nghiên cứu thuộc nhóm liên kết cứu. của thể không đem lai Lai không đúng: F1 cho kiểu hình trội 4
5. 7/18/15 * Lai đúng a P ( ) × a + Trường hợp gen nghiên cứu là đột biến trội Lai đúng: a F1 Dạng bình thường (2n) mang gen đột biến x với các thể không Đột biến F1 thể hiện trội * Lai không đúng: F2 cho tỷ lệ phân ly khác bình thường A a P ( ) × A a Lai không đúng: F2 cho tỷ lệ phân ly bình thường A F 1 a Kiểu dại * Lai đúng: Rg * Lai không đúng: P ( ) × rg Rg P Rg ( ) × F1 Rg rg Rg F1 Rg F Rg trội 2 2n 24% rg Rg 97% trội Rg 2n -1 73% Bình thƣờng (2n) 24% 3 trội : 1lặn ( ) 3% lặn 2n -2 F2 Thể một 73% 3 trội :1 lặn Thể không 3% 3 trội : 1 lặn b. Phân tích thể một * Lai không đúng: - Trường hợp gen nghiên cứu thể hiện lặn: Lai đúng: P A a Dạng bình thường mang gen nghiên cứu x các thể một × A a F1 thể hiện kiểu hình lặn F1 A A A : * Lai đúng: a a a P A a trội trội × a F1 a A : Trội a Trường hợp gen nghiên cứu là đột biến lặn Kiểu lặn Kiểu trội 5
6. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam * Lai đúng: P a A - Trường hợp gen nghiên cứu thể hiện trội × Lai đúng: A Dạng bình thường mang gen nghiên cứu x các thể một F1 A A F1 đều thể hiện trội : a F2 phân ly khác bình thường F2 3A- : 1 aa trội : lặn A Lƣỡng bội 24% A trội Thể một A 73% Thể không ( ) 3% lặn Phân ly rất khác bình thƣờng * Lai không đúng: c. Phân tích thể ba P a A × a A - Đặc điểm di truyền tế bào + Tuỳ vào khả năng tiếp hợp của các NST mà sẽ hình thành F1 A A nên một trị ba hoặc theo lưỡng trị với một đơn trị. : a a + Sự phân ly NST có thể xảy ra các trường hợp sau: Hai NST gần nhau đi về 1 cực, NST thứ 3 đi về cực còn lại của tế F2 bào hoặc hai NST ở đầu lần lượt đi về hai cực của tế bào, 3A- : 1aa NST thứ 3 nằm lại vùng xích đạo của tế bào. Trội : lặn - Giả sử sự phân ly của các gen gắn liền với sự phân ly của Lƣỡng bội 3A- : 1aa các NST tương đồng, ở cả hai trường hợp đều thu được các dạng giao tử với tỷ lệ bằng nhau. Thể một 3A- : 1aa Thể không 3A- : 1aa Phân ly bình thƣờng: 3A- :1aa trội : lặn Kiểu gen Các dạng giao tử và ty lệ 3.5. Lai xa và cải biến genome thực vật của chúng AAA 1AA : 1A - Tạo con lai phức bằng con đường lai xa AAa 1Aa : 1aa - Công nghệ thay thế NST + Dùng thể không Aaa 1AA: 2Aa : 2A :1a + Dùng thể một aaa 1aa : 2Aa: 2a :1A - Công nghệ bổ sung NST từ loài lân cận vào loài trồng - Công nghệ chuyển đoạn NST mang gen quan tâm từ loài lân cận vào loài trồng trọt Vì hạt phấn mang NST thừa (n+1) khó cạnh tranh với những hạt phấn bình thường cho nên về cơ bản hạt phấn chỉ cung cấp cho hậu thế những giao tử mang 1 alen. 6
7. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Dßng nhËn RR + ( ) Dòng cho DD + (a//a ) - Dùng thể một ThÓ Kh«ng 2n-2 =40+0 Lƣỡng bội 2n = 40+ 2 a2 a3 RR( ) x DD( ) ThÓ mét RD + (a/ ) [0,5 R + 0,5 D] a3 2n-1 = 40 + 1 a3 a3 Dßng nhËn RR + ( ) RD( ) ; RD( ) 2n - 2 = 40+0 a ThÓ mét RD + (a/ ) 2 [0,92 R + 0,08 D], t = 6 2n -1 = 40+1 a a a Dßng nhËn RR + ( ) 3 3 2 RD( ) x RR( ) RD( ) x RR( ) 2n - 2 = 40+0 ThÓ mét RR (a/ ) Mang VCDT cña gièng 2n -1 = 40+1 nhËn + 1 NST l¹ Có thể áp dụng nhưng khó phân biệt 2 thể một có ( ) và ( ). Tù thô phÊn Dßng cã thay thÕ NST : RR + (a//a) ThÓ mét RR(a/ ) ThÓ kh«ng RR + ( ) 2n = 40 +2 2n -1 = 40+ 1 2n -2 = 40 + 0 - Công nghệ bổ sung NST từ loài lân cận vào loài trồng Công nghệ chuyển đoạn NST mang gen quan tâm từ loài lân cận vào loài trồng trọt Lai lúa mì trồng (2n - 6x=42) x mạch đen (2n=2x =14) - Một số kiểu chuyển đoạn: F1 3x+1x=21+7 =28 + Một đoạn NST lạ (của loài lân cận) được chuyển xen vào NST của loài trồng Lưỡng bội hoá F1– dạng song lưỡng bội hữu dục (6x+2x =42+14=56) + Chuyển đoạn thuận nghịch: một đoạn NST của loài trồng và một đoạn NST F lưỡng bội hoá x lúa mì trồng 1 lạ chuyển trao đổi cho nhau. 6x+2x = 42+14 6x=42 - Một số phương pháp xử lý phóng xạ các dạng chuyển NST lạ 6x+x =42+7 =49 (trong đó có 7 NST của loài lân cận) + Xử lý phóng xạ dòng thể một ở giai đoạn ngay trước giảm nhiễm. Sau đó thu Gải sử ký hiệu của 7 NST lạ a, b ,c ,d,e ,f,g hạt phấn thụ cho cây mẹ bình thường. Ở đời con tiến hành nghiên cứu, Cho dòng 49 NST tự thụ hoặc lai trở lại với lúa mì trồng một số đời phân tích tế bào để xác định đoạn NST chuyển. Thông qua phân tích tế bào ta thu được thể một và thể hai khác nhau + Xử lý phóng xạ hạt phấn của dòng thể hai. Sau đó thụ phấn cho cây mẹ bình 42+a 42+aa thường. Hậu thế nghiên cứu phát hiện những dạng mang gen cần chuyển. 42+b 42+bb + Xử lý hạt của dòng thể hai: Từ các cây xử lý phóng xạ ta thu hạt thông qua 42+c 42+cc tự thụ phấn để nghiên cứu những cá thể ở hậu thế, phát hiện dạng mang gen cần chuyển. 42+g 42+gg Cũng có thể thu được thể một kép và thể hai kép 8. Chuyển đoạn nhiễm sắc thể của loài lân cận vào NST của loài Câu hỏi ôn tập chƣơng 3 trồng. 1. Vì sao trong các chương trình tạo giống cần thiết tiến hành lai xa? 9. Nguyên tắc sử dụng thể khụng và thể một trong xác định nhóm Những yếu tố nào quyết định thành công trong lai xa. liên kết của gen nghiên cứu. 2. Chỉ tiêu gì được xem là căn bản nhất để phân biệt các loài? Nêu 10. Di truyền thể ba, ứng dụng thể ba trong xác định nhúm liên kết những nguyên nhân và giải pháp cơ bản khắc phục những ngăn cản của gen nghiên cứu. trước thụ tinh khi lai xa. 11. Bộ nhiễm sắc thể của một loài cây trồng 2n có mang một số 3. Nêu những biến cố xảy ra trong qua trình phát triển và giảm phân nhiễm sắc thể lạ (A, B, ) . Cho tự thụ hai kiểu sau đây: của con lai xa. Bằng những phương thức nào con lai xa bất dục trở (1) 2n +A ; (2) 2n + A + B, hậu thế của chúng có các bộ nhiễm sắc thành hữu dục thể như thế nào? Khi: 4. Sự di truyền các tính trạng trong lai xa có những đặc điểm gì? Thế a. Trường hợp các giao tử đực đều có khả năng cho thụ tinh bình nào là những biến dị bất thường xuất hiện trong lai xa, ý nghĩa. thường 5. Những căn cứ cho phép đánh giá mức tương đồng genom. Nêu ví b. Trường hợp các giao tử đực có nhiễm sắc thể thừa không có dụ về phân tích genom (ở lỳa mỳ). khả năng cho tự thụ. 6. Trình bày những nguyên nhân xuất hiện các thể lệch bội c. Từ những trường hợp trên, anh (chị) rút ra kiểu lệch bội nào có 7. Trình bày nguyên tắc về thực nghiệm bổ sung và thay thế nhiễm ý nghĩa ứng dụng cao và ổn định về bộ nhiễm sắc thể qua các sắc thể đời tự thụ. 7
8. 7/18/15 12. Ở ngô, để xác định nhóm liên kết của gen trội kháng bệnh (S), sau đó thụ phấn dòng đồng hợp tử trội (SS) cho lần lượt tám dòng thể ba mẫn cảm (lặn). Các F1 được lai phân tích, kết quả hậu thế được trình bày dưới đây: Thể ba của II III V VI VII VIII IX X Kháng 275 240 300 350 405 215 280 265 Mẫn cảm 250 268 287 321 770 201 297 277 Gen nghiên cứu thuộc nhóm liên kết nào? Trình bày sơ đồ của thực nghiệm. 8