BIO252BH n6 cơ chế tái tổ hợp di truyền hiện tượng trao đổi chéo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
KHOA Y
-------------

✰🙖🙖-------------

BÁO CÁO
MÔN: SINH HỌC PHÂN TỬ

ĐỀ TÀI: Cơ Chế Tái Tổ Hợp Di Truyền
(Hiện Tượng Trao Đổi Chéo)
Thành viên : Lê Thị Vi Tính
Đặng Lê Quỳnh Anh
Nguyễn Thế Khánh
Lý Ý Nhi
Đà Nẵng, ngày 26 tháng 55 năm 2022

Table of Contents
1


PHẦN I: GIỚI THIỆU (INTRODUCTION) (4)
1. LỊCH SỬ PHÁT HIỆN
2. KHÁI NIỆM
3. ĐẶC ĐIỂM CHÍNH
4. KẾT LUẬN
PHẦN II. TÁI TỔ HỢP TƯƠNG ĐỒNG (2)
1. LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU
2. ĐẶC ĐIỂM CHÍNH
3. VAI TRỊ
4. CƠ CHẾ TÁI TỔ HỢP TƯƠNG ĐỒNG

5. ỨNG DỤNG
PHẦN III. TRAO ĐỔI CHÉO (3)
1. NGUYÊN NHÂN
2. THÍ NGHIỆM
3. KHÁI NIỆM
4. CƠ CHẾ
5. VAI TRÒ
PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO

3
3
4
4
4
5
5
6
6
7
8
9
9
10
11
12
14
15

2

PHẦN I: GIỚI THIỆU (INTRODUCTION) (4)
1. LỊCH SỬ PHÁT HIỆN
Thuật ngữ tái tổ hợp gen có xuất xứ từ tiếng Anh: genetic recombination ,
do Thomas Hunt Morgan đề xuất vào khoảng những năm 1900 – 1910.
‘’Thomas Hunt Morgan (1866-1945) là nhà Di truyền học người Mỹ, thường được
nhắc đến do các khám phá về vai trò của nhiễm sắc thể trong quá trình di truyền của
sinh vật, về sự phân bố các gen (thời đó gọi là "nhân tố Menđen") thành dãy lơcut trên nhiễm sắc thể và đóng vai trị hồn thiện học thuyết di truyền nhiễm sắc thể.
Morgan dùng khái niệm genetic recombination (tái tổ hợp gen), sau khi ơng nghiên
cứu về gen liên kết và gen hốn vị ở ruồi giấm (Drosophila melanogaster) để phân biệt
với khái niệm "biến dị tổ hợp" dùng để mô tả các biến dị phát sinh do phân li độc lập
các gen theo quy luật Mendel phát hiện cách lúc đó khơng lâu.
Hốn vị gene
Tiếp tục thí nghiệm trên ruồi giấm với giống cái có tính trạng trội và giống đực có
tính trạng lặn, Morgan thu được ở đời con thứ nhất kết quả như trên. Tiếp theo, ông
cho đảo ngược vị trí của các đời con thứ nhất và lai, tức là ông cho con cái tiếp tục là
thân xám cánh dài và con đực là thân đen, cánh cụt (khác với thí nghiệm trên), ơng thu
được tỉ lệ kiểu hình là 41% thân xám; 41% thân đen, cánh cụt; 9% thân xám, cánh cụt;
9% thân đen, cánh dài. Để giải thích vấn đề, Morgan đã cho rằng các gene quy định
màu thân và hình dạng cánh đều nằm trên một nhiễm sắc thể. Do vậy, trong quá
trình giảm phân, chúng thường đi cùng nhau (giống như liên kết gene). Vì vậy, đời con
có kiểu hình phần lớn giống bố hoặc giống mẹ. Tuy nhiên, trong quá trình giảm phân
hình thành giao tử cái, ở một số tế bào, khi các nhiễm sắc thể tương đồng tiếp hợp với
nhau, chúng có sự trao đổi đoạn nhiễm sắc thể (được gọi là trao đổi chéo). Kết quả là

3


các gene có thể đổi vị trí cho nhau, từ đó các tổ hợp gene mới xuất hiện. Đó chính là
hiện tượng hoán vị gene.

2. KHÁI NIỆM
Tái tổ hợp gen là hiện tượng sinh vật bố mẹ sinh ra con có những tính trạng khác với
bố mẹ do sự tổ hợp lại những gen vốn có của bố mẹ, phát sinh ra bởi sự chuyển đổi lôcut của các gen trong hệ gen. Các tên khác: tái tổ hợp di truyền (genetic recobination)
hoặc tái tổ hợp sinh học (biological recombination) hay tái tổ hợp DNA (DNA
recombination) cũng có nội hàm này. Khi cần gọi tắt, người ta dùng tên tái tổ hợp.
Hiện nay có thể phân biệt hai kiểu chính của tái tổ hợp là: tái tổ hợp tương đồng và tái
tổ hợp khơng tương đồng

3. ĐẶC ĐIỂM CHÍNH
Trong tái tổ hợp có sự sắp xếp lại và thậm chí cấu trúc lại một phần hoặc cả hệ gen
(genome) của tế bào sống. Có sự chuyển vị (translocation) của gen, thường là chuyển
đổi vị trí một vài cụm gen hoặc cả một hay nhiều đoạn nhiễm sắc thể với nhiều gen.
Do đó, thường dẫn đến thay đổi lơ-cut gen, thậm chí có phân tử DNA bị mất gen, trong
khi có DNA khác lại được nhận thêm gen. Kết quả là dẫn đến phát sinh tổ hợp alen
(allelic combination) mới. Tuy ngày nay các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều hình
thức tái tổ hợp rất khác nhau, nhưng đặc điểm cơ bản là q trình tái tổ hợp ln dẫn
đến sự thay đổi vật chất di truyền (DNA) của tế bào hoặc cơ thể có tái tổ hợp

4.VAI TRỊ

4


Ngồi vai trị đầu tiên của HR là khả năng phát sinh các alen mới, cung cấp
sự đa dạng di truyền giúp chọn lọc tự nhiên hoạt động; thì vai trò thứ hai
của HR là được tế bào sử dụng để sửa chữa một số loại tổn thương DNA
nhất định giúp cân bằng trong của hệ gen. Thứ ba: ở một số trường hợp
ngoại lệ, tái tổ hợp tương đồng là cần thiết cho sự phân hố thích hợp các
nhiễm sắc thể tương đồng trong giảm phân.

PHẦN II. TÁI TỔ HỢP TƯƠNG ĐỒNG (2)

Phần 2 : Tái tổ hợp tương đồng
1 Lược sử nghiên cứu
·

Năm 1905, William Bateson, Edith Rebecca Saunders và
Reginald Punnett đã phát hiện một số ngoại lệ không tuân theo
quy luật Mendel mới được phát hiện lại cách đó khơng lâu.
Trong đó nổi bật là thí nghiệm trên cây đậu thơm: Cây PpLl tự
5


thụ phấn khơng sinh ra kiểu hình phân li theo tỉ lệ 9:3:3:1, mà
lại là xấp xỉ 14:1:1:3. Đây là thí nghiệm đầu tiên đề cập tới tái tổ
hợp, nhưng họ đã giả thuyết rằng các gen P/p và L/l là "cặp
đôi" với nhau (xem chi tiết ở trang Gen liên kết).
·

Sau đó, vào khoảng năm 1910 - 1915, Thomas Hunt Morgan đã
phát hiện và giải thích cơ chế đó là do gen hốn vị. Trong q
trình này, đoạn nhiễm sắc thể mang các gen trên cặp nhiễm
sắc thể không chị em đã đổi chỗ cho nhau. Nghĩa là đoạn
nhiễm sắc thể này chuyển vị sang vị trí tương ứng trên nhiễm
sắc thể kia và ngược lại, do đó sự trao đổi "có đi, có lại" giữa
hai nhiễm sắc thể tương đồng, tạo ra biến dị "tái tổ hợp"

·

Bởi thế, xuất hiện thuật ngữ tái tổ hợp tương đồng để chỉ bản
chất tế bào học của hiện tượng này là trao đổi vật chất di
truyền (mà mãi sau này mới xác định chính xác là DNA) giữa
hai nhiễm sắc thể tương đồng với nhau.

·

Vào khoảng cuối những năm 1940, Harriet Creighton và nhất là
Barbara McClintock đã chứng minh chi tiết hơn sự trao đổi
chéo xảy ra trong quá trình giảm phân ở nhiều loài sinh vật
nhân thực.

·

Đến năm 1947, nhà vi sinh vật học Joshua Lederberg (hình 2) đã
chứng minh vi khuẩn cũng có khả năng giống như sinh sản
hữu tính, trong đó có tái tổ hợp gen và đã giành giải Nobel năm
1958

6


·

Thời gian tiếp theo là những cơng trình nghiên cứu về tái tổ hợp
ở cấp độ phân tử, trong đó sớm nhất là mơ hình của Robin
Holliday (1964) dựa trên các nghiên cứu của mình về tái tổ hợp
ở nấm (Fungi) và mơ hình DSBR của Jack Szostak và cộng sự
(1983) v.v.

2 ĐẶC ĐIỂM CHÍNH
Tái tổ hợp tương đồng (HR) là một kiểu tái tổ hợp gen (cũng gọi
là tái tổ hợp di truyền), bao hàm hai sự việc đồng thời:
Một đoạn DNA ở nhiễm sắc thể này bị cắt, di chuyển sang vị trí
tương ứng ở nhiễm sắc thể tương đồng với nó, kết nối vào vị trí
đó.
Cùng lúc, có sự trao đổi ngược lại: một đoạn DNA ở nhiễm sắc
thể tương đồng kia cũng bị cắt, di chuyển sang vị trí tương ứng ở
nhiễm sắc thể tương đồng với nó, kết nối vào vị trí đó.
Như vậy, tái tổ hợp tương đồng là một hình thức tái tổ hợp di
truyền trong đó các trình tự nu-clê-ơ-tit được trao đổi lẫn nhau
giữa hai phân tử DNA tương tự nhau hoặc giống hệt nhau

7


3 VAI TRÒ
HR được các tế bào sống sử dụng rất phổ biến để sửa chữa các sai
sót có hại xảy ra trên cả hai mạch đơn DNA khi nhân đôi, theo cơ
chế double-strand breaks (viết tắt: DSB, tức là phá vỡ sợi đơi). Q
trình tái tổ hợp tương đồng có thể tạo ra tổ hợp gen mới trong
giảm phân, khi hình thành giao tử của sinh vật bậc cao (eukaryote).
Nó cũng xảy ra ở vi khuẩn trong q trình chuyển gen ngang để
trao đổi vật liệu di truyền giữa các chủng vi khuẩn. Nhờ đó, tạo
điều kiện cho các quần thể có nhiều biến dị thích nghi trong tiến
hóa.

8

Ngồi vai trị đầu tiên của HR là khả năng phát sinh các alen mới,
cung cấp sự đa dạng di truyền giúp chọn lọc tự nhiên hoạt động;
thì vai trị thứ hai của HR là được tế bào sử dụng để sửa chữa một
số loại tổn thương DNA nhất định giúp cân bằng trong của hệ gen.
Thứ ba: ở một số trường hợp ngoại lệ, tái tổ hợp tương đồng là
cần thiết cho sự phân hố thích hợp các nhiễm sắc thể tương đồng
trong giảm phân
4 CƠ CHẾ TÁI TỔ HỢP TƯƠNG ĐỒNG
Sinh vật nhân thực
Sinh vật nhân thực (Eukaryota, cũng gọi là sinh vật nhân chuẩn) có
các nhiễm sắc thể tồn tại thành từng cặp tương đồng, trong mỗi
cặp thì một chiếc nhận từ bố cịn chiếc kia nhận từ mẹ (khác
nguồn). Sự tiếp hợp dẫn đến bắt chéo giữa các cặp nhiễm sắc thể
tương đồng là cần thiết cho sự phân chia tế bào để hình thành
giao tử. Trong quá trình này, tế bào tái tổ hợp tương đồng qua cơ
chế hốn vị gen, trong đó sợi đơi DNA bị đứt sẽ được sửa chữa lại
để tránh bị sai hỏng trình tự nuclêơtit trong q trình nhân đơi,
dẫn đến sự tái sắp xếp lại các trình tự nuclêơtit đó ở hai nhiễm sắc
thể tương đồng khác nguồn.
9


Theo những ngiên cứu gần đây, sự tái tổ hợp kết hợp với sửa chữa
như thế khơng phải có thể xảy ra ở bất cứ vị trí nào trên DNA của
nhiễm sắc thể, mà chỉ ở những vị trí xác định gọi là điểm nóng tái
tổ hợp (recombination hotspots). Sự bắt chéo các nhiễm sắc thể
thường bắt đầu chỉ khi có loại prơtêin gọi là Spo11 tạo ra một chỗ
đứt trong chuỗi kép DNA đích (cũng gọi là DNA mục tiêu).Thường
thì "điểm nóng" này dài khoảng 1.000 - 2.000 bp trên DNA sẽ diễn
ra HR.

Mơ hình / con đường tái tổ hợp có khá nhiều, mỗi mơ hình/con
đường là một giả thuyết xây dựng trên các dữ liệu khoa học, thích
hợp với những giai đoạn nhất định trong chu kì tế bào.
Mơ hình sớm nhất là mơ hình Holliday (xem ở trang gen hốn vị có
giới thiệu sơ lược).
Mơ hình nữa là con đường SDSA (viết tắt từ Synthesis-Dependent
Strand Annealing) mơ tả có sợi DNA 3 xâm nhập dọc theo 2 sợi đơi
DNA nhờ DNA pơlymêraza rồi được giải phóng khi "ngã tư
Holliday" hình thành và qua một quá trình được gọi là di chuyển
nhánh

10


Mơ hình DSBR (viết tắt từ Double-Strand Break Repair) bổ sung
cho con đường SDSA ở giai đoạn sau khi cắt bỏ, xâm nhập và tổng
hợp sợi DNA.
Con đường SSA (viết tắt từ Single-Strand Annealing) mô tả sự tái tổ
hợp tương đồng có sửa chữa đứt sợi đơi DNA giữa hai trình tự lặp
lại
Con đường BIR (viết tắt từ Break-Induced Replication) là con
đường tái tổ hợp tương đồng có sửa chữa các điểm đứt DNA chỉ
có một đầu, nghĩa là việc sửa chữa xảy ra ở chạc nhân đôi khi bị
hỏng mà vẫn cho phép đầu mút nhiễm sắc thể kéo dài đạt u cầu
ngay cả khi khơng có enzym telơmeraza.
Ở vi khuẩn
Vi khuẩn chỉ có 1 DNA-NST (DNA vịng ở vùng nhân), nhưng cũng
có HR. Q trình HR đã được nghiên cứu nhiều nhất và được hiểu
rõ nhất ở trực khuẩn lị Escherichia coli. Mặc dù quá trình này khác
đáng kể so với tái tổ hợp giảm phân (tức tái tổ hợp tương đồng

nhân thực), nhưng nó cũng có trao đổi 2 đoạn DNA, nên cũng gọi
là HR.

11


HR ở loài vi khuẩn này đã được phát hiện là có ít nhất 25 sản phẩm
của gen tham gia, chủ yếu gồm RecA, RecBCD (exonuclease V),
RecE (exonuclease VIII), RecF, RecG, RecJ, RecN, Recor, RecQ, RecT,
RuvAB, RuvC, SbcCD, và prôtêin SSB (căng mạch), cũng như DNA
pôlymêraza I, DNA gyraza, DNA tôpôizômêraza I, DNA ligaza và
DNA hêlicaza. Các hoạt động do các sản phẩm này (chủ yếu là
enzym) bao gồm ghép cặp DNA tương đồng và trao đổi sợi, tháo
xoắn và tách mạch DNA, di chuyển nhánh, liên kết và phân cắt liên
kết Holliday, gắn liền các đoạn. Sau đây chỉ giới thiệu về con đường
tái tổ hợp RecBCD.
RecBCD là một phức hợp enzym gồm 3 tiểu đơn vị gọi là RecB,
RecC và RecD gắn kết với nhau. Khi phức hợp này di chuyển dọc sợi
DNA-NST kép trong lúc nhân đôi, thì nó sẽ khởi tạo HR bằng tháo
xoắn DNA và tách đôi mạch khi gặp một chuỗi nuclêôtit gọi là Chi
(đọc là "Kai"). Sau đó là 4 giai đoạn sinh hóa: 1 = xử lý phân tử
DNA thành các đoạn tái tổ hợp phù hợp; 2 = ghép nối các đoạn
DNA thích hợp; 3 = trao đổi sợi DNA và mở rộng DNA; 4 = phân giải
cấu trúc bắt chéo.
RecBCD trượt đến vị trí KAI.
RecBCD tháo xoắn và cắt hai sợi DNA tạo nên 2 "đi" vịng lặp.
12


Hai "đi" được ủ, tạo ra vịng lặp thứ hai.

RecBCD tải prơtêin RecA lên đi ở vị trí KAI.
Một đoạn DNA hai mạch còn nguyên vẹn được tải lên, tạo vòng lặp
D.
Vòng lặp D và DNA ban đầu tạo nên "ngă tư" Holliday (cấu trúc 4
sợi bắt chéo).
Giải tán cấu trúc bắt chéo.
Xem mô tả con đường RecBCD
5 Ứng dụng
Nhiều phương pháp kĩ thuật đưa đoạn DNA xác định vào sinh vật
để tạo ra DNA tái tổ hợp tạo ra các sinh vật biến đổi gen có sử
dụng hiểu biết về HR. Các phương pháp này rất phổ biến với đối
tượng là nấm men và chuột. Ở chuột, cấc nhà khoa học đã dùng tế
bào mầm phôi làm nguồn cấp vật liệu di truyền, kết hợp ức chế
gen đích theo nguyên tắc HR. Theo hướng này, các nhà khoa học
Mario Capecchi, Martin Evans và Oliver Smithies đã được trao giải
Nobel sinh lý học năm 2007.

13


Trong di truyền y học, nhiều nhà khoa học cũng đã vận dụng hiểu
biết sâu sắc hiện nay về HR để phòng chống một số bệnh ung thư.

PHẦN III. TRAO ĐỔI CHÉO (3)
1. NGUYÊN NHÂN
Khi dùng ruồi giấm (fruit fly) để nghiên cứu các đột biến di truyền, Morgan và cộng sự
đã tìm ra khoảng 80 loại đột biến khác nhau được tìm ra, họ đã phân tích và thấy ln
có một số kiểu hình của một số tính trạng ln đi cùng với nhau. Ví dụ: ruồi giấm thân
vàng thì thường có mắt trắng. Tức là có một số alleles của hai gene khác nhau có liên
kết với nhau để cùng được di truyền như một đơn vị (unit – nghĩa là không bị tách rời)

(mà sau này ta hiểu ra là chúng có xu hướng ở trên cùng 1 chromosome). Điều này
chứng tỏ định luật 2 của Mendel là thiếu sót, do Mendel quan điểm sự di truyền giữa 2
tính trạng khác nhau là độc lập nhau về di truyền.
2. THÍ NGHIỆM

14


Ban đầu, ơng tạo ra con cái có
các tính trạng khơng đồng nhất
(heterozygous), trong đó các
alen lặn (y, w, m) là ở trên cùng
chromosome X thứ nhất và các
alen

trội

L(arge))

(B(lack),
ở

R(ed),

trên

cùng

chromosome tương đồng. Rồi
đem

lai

với

con

đực

có

chromosome X cũng chứa các
alen lặn (y, w, m). Nếu các tính
trạng trên cùng một unit (ở đây
là 1 chromosome) là di truyền
cùng với nhau như một đơn vị
(unit – khơng thể tách rời), thì
kiểu hình (phenotype) của thế
hệ

F1

phụ

thuộc

vào

chromosome X của con cái sẽ
tuân thẻo theo bảng Punnett

(Punnett square) như sau:
Cụ thể là các con F1 tạo ra
một nửa thuần trội và một nửa
thuần lặn cho kiểu hình của
các tính trạng. Đây sẽ tuân
theo định luật 2 của Mendel.
Tuy nhiên, thực tế cho thấy,
trong hơn 10,495 con ruồi
giấm (fruit fly) chỉ có khoảng
2/3 số lượng là có kiểu hình
15


thuần trội (BRL) hoặc thuần lặn (ywm) cho các tính trạng. Số ruồi cịn lại, trong số 3
tính trạng đang được xem xét, có con có kiểu hình thì trội, kiểu hình thì lặn, như sau:
Như vậy, kiểu hình hỗn hợp (BRm, ywL, yRL, B wm…) có thể được giải thích là có
sự trao đổi chéo (crossover) các alleles giữa 2 chromosomes X trong quá trình hình
thành trứng (quá trình meiosis)
của con cái. Sau đây là hình
minh họa ví trí các allele trên
chromosome X lúc khơng có
crossover xảy ra và minh họa
cho crossover giữa các alleles
của gene về màu mắt và kích
thước của cánh.

3. KHÁI NIỆM
Trao đổi chéo: Là hiện tượng 2 cromatit của cặp nhiễm sắc thể đồng dạng trao đổi cho
nhau 2 đoạn tương ứng sau khi tiếp hợp ở kì đầu giảm phân 1, dẫn tới hiện tượng hoán
vị gen giữa các alen.

a) Trao chéo tại 2 điểm cùng lúc là sự trao đổi chéo kép ( đối với 3 cặp alen trở lên
trên cùng một NST ) của 2 cặp alen diễn ra đồng thời, cùng lúc khơng phân theo thứ tự
thời gian. Vì vậy chúng chỉ tạo thêm một cặp giao tử mới, cái này khơng có ý nghĩa
nên rất ít dùng.
b) Trao đổi chéo tại 2 điểm khơng cùng lúc là sự hốn vị của 2 trong 3 cặp gen, tuy
nhiên sự hoán vị xảy ra không cùng lúc, và xét vào các thời điểm hoặc các khơng gian
khác nhau, vì vậy có thể xảy ra tất cả các trường hợp mà chúng tạo ra khác nhau.
c) Trao đổi chéo kép có nghĩa là hốn vị liên quan tới hơn 2 cặp NST (có nghĩa là từ 3
cặp trở lên) khác với trao đổi chéo đơn. Nó xuất hiện trong cả 2 trường hợp trên và mơ
hình chung nó là trường hợp 1 nhưng tên gọi khác là nó có xuất hiện trong TH 2.

16


4. CƠ CHẾ
Cơ chế giao nhau
Ở cấp độ phân tử, sự giao thoa bắt đầu bằng sự đứt gãy sợi kép ở một trong các phân
tử DNA. Sự đứt gãy sợi kép này có thể xảy ra tự nhiên thơng qua các tác nhân như bức
xạ hoặc chất gây ung thư, hoặc thông qua hoạt động của các protein cụ thể. Sau đó, các
exonuclease, enzyme loại bỏ nucleotide từ đầu 5 'của DNA, hoạt động trên sự đứt gãy
này và loại bỏ các đoạn ngắn của nucleotide theo hướng 5' -> 3 'khỏi cả hai sợi. Điều
này dẫn đến hai vùng sợi đơn treo được bao phủ bởi các protein xúc tác cho q trình
tái tổ hợp, cịn được gọi là tái tổ hợp. Các enzym này xúc tác sự xâm nhập của các
vùng sợi đơn thành các trình tự thích hợp cho sự bắt cặp bazơ. Sự gần nhau của các
chromatid không phải chị em trong prophase I, cho phép vùng sợi đơn này sử dụng
trình tự trên nhiễm sắc thể tương đồng. Sợi xâm nhập đầu tiên hoạt động giống như
một đoạn mồi và tổng hợp vùng sợi kép cho chính nó bằng cách sử dụng một sợi của
chromatid khơng phải chị em của nó làm khn mẫu. Điều này dẫn đến sợi bổ sung
của nó bị dịch chuyển và bắt cặp cơ sở với vùng sợi đơn thứ hai được tạo ra ban đầu
bởi exonuclease. Cuối cùng, điều này dẫn đến việc hai sợi được trao đổi với nhau và

hình thành một cấu trúc giống hình chữ thập được gọi là điểm nối Holliday. Điều này
17


được đặt theo tên của nhà khoa học, người đầu tiên đề xuất rằng sự tiếp giáp như vậy
có thể giải thích cả việc lai chéo và một hiện tượng khác được gọi là chuyển đổi gen
trong đó locus gen dị hợp tử trở thành đồng hợp tử trong quá trình phân chia tế bào.
Các điểm nối Holliday cũng có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi như là 'chiasma' ở
cuối prophase I, tiếp tục hiển thị cho đến cuối anaphase I. Các điểm nối Holliday được
ổn định và phân giải thông qua các protein điều chỉnh thao tác di truyền được gọi là
MSH4 và MSH5. Sự tái kết hợp đồng nhất Trong hình ảnh, các sự kiện sau cuộc xâm
lược sợi dẫn đến băng qua và hình thành đường giao nhau Holliday được đưa ra ở bên
phải. Các sự kiện không giao nhau, bao gồm chuyển đổi gen được mơ tả ở bên trái. (1)

5. VAI TRỊ
Các sinh vật chỉ phân chia vơ tính mà khơng có cơ hội tái tổ hợp như vậy mắc phải
một tình trạng gọi là Muller's Ratchet. Tức là mỗi thế hệ của lồi đó chứa ít nhất bao
nhiêu đột biến gen như thế hệ trước, nếu khơng muốn nói là nhiều hơn. Nói cách khác,
khi tất cả các thế hệ con cháu giống hệt nhau về mặt di truyền, thì khơng có phạm vi để
các lỗi di truyền được sửa chữa, hoặc cho các tổ hợp mới và có lợi phát sinh.
Việc lai xa làm tăng tính biến động của quần thể và ngăn chặn sự tích tụ của các tổ hợp
có hại của các alen, đồng thời cho phép một số tổ hợp bố mẹ được truyền lại cho thế hệ
con cái. Bằng cách này, có sự cân bằng giữa việc duy trì các tổ hợp alen hữu ích tiềm
năng cũng như tạo cơ hội cho sự biến đổi và thay đổi. (1)
PHẦN IV: THỂ THỰC KHUẨN M13

Màu lam: P3. Nâu:
P6. Đỏ:
P7. Vàng:
P8. Chanh:

P9. Tím:
Đặc điểm : có thể sinh sản bên trong vật
nhiễm mà ko gây ly giải tế bào
Thuộc họ : dang sợi filamentous
bacteriophages

Thể thực khuẩn M13 (Enterobacteria phage
M13) là loại thể thực khuẩn dạng sợi có
một phân tử DNA mạch đơn (ssDNA), ký
sinh ở trực khuẩn Escherichia coli.
Ở dạng tiền xâm nhập, mỗi M13 là một sợi
dài khoảng 700 nm và rộng khoảng 6 nm
Ở dạng tiền xâm nhập, mỗi M13 là một sợi
dài khoảng 700 nm và rộng khoảng 6 nm,
nhỏ hơn vật chủ của nó hàng nghìn lần.
ADN của nó có cấu trúc vịng tương tự như
plasmit, nên còn được gọi là plasmit M13.
M13 xâm nhập vào vách tế bào E. coli, làm
tế bào chủ tiết ra enzym phân huỷ lớp vỏ
prơtêin của nó, nhờ đó plasmit M13 thốt
ra
và có thể xâm nhập sâu hơn nữa vào tế18
bào
chủ.


Thành phần
Mỗi “con” M13 ở dạng tiền xâm nhập gồm hai thành phần chính: vỏ prơtêin và lõi ADN.
●

Lớp vỏ trong cùng cấu tạo từ prôtêin P8. Mỗi phân tử P8 gồm khoảng 50 axit amin được
mã hóa bởi gen G8P trong bộ gen của nó. Lớp vỏ trong này ở M13 hoang dã, gồm tới
khoảng 2700 phân tử, để tạo ra lớp vỏ có thể dài tới 900 nm hoặc hơn nữa. Kích thước
này khơng cố định mà rất linh hoạt, được nó điều chỉnh cho phù hợp với lõi ADN bên
trong. Chẳng hạn, khi bộ gen M13 co lại từ 6,4 kb xuống chỉ cịn 221 b, thì lớp vỏ cũng
ngắn lại tương ứng.

●

Có bốn loại prơtêin khác phủ trên bề mặt M13 tạo thành lớp vỏ ngoài, trong đó P7 và P9
phủ ở hai đầu như hai chiếc “chổi cùn”. Những prôtêin này rất nhỏ, chỉ chứa khoảng 30 –
33 axit amin,

●

Ở đầu kia của M13 là năm phân tử P3 xen kẽ với P6, tạo thành khối prôtêin đầu tiên
tương tác với vật chủ E. coli trong quá trình lây nhiễm.

●

Lõi của M13 là một phân tử ADN vịng, mạch đơn gồm 6407 nuclêơtit được gói gọn trong
lớp vỏ của prơtêin P8 và phủ bên ngồi cùng bởi nhiều vỏ prôtêin nhỏ khác là P3, P6, P7,
P8, P9 như trên đã trình bày.

●

P8 (cũng viết PVIII) gọi là “capsid protein G8P” được mã hoá bởi gen 8 của nó.
Cơ chế hoạt động – Đặc điểm trong quá trình sao chép của phage m13
●

Quá trình xâm nhập ban đầu của MP3 thực hiện nhờ protein P3 của nó gắn vào thụ thể
ở đầu sợi pilus F ở màng tế bào chủ Escherichia coli (vật chủ đặc trưng của nó), kích

19


thích tế bào chủ tiết ra enzym tự phân huỷ lớp vỏ prơtêin của nó, nhờ đó ADN của nó
(sợi cha mẹ) xâm nhập vào tế bào chất. Sau đó, q trình nhân đơi ADN M13 ở E.
coli theo các bước chính như sau.
1. ADN ban đầu của nó gọi là sợi cha mẹ (parental replicative, viết tắt là RF) kí hiệu là
“+”, sau khi đã ở tế bào chất của vật chủ, thì chuỗi bổ sung (kí hiệu là “-“) được tổng
hợp ra nhờ các enzyme của vật chủ, gồm ADN gyraza (một loại topôizômeraza II) xúc
tác cho sự hình thành các siêu xoắn âm của ADN (nghĩa là được tháo xoắn) và enzym
ADN pơlymeraza xúc tác chính cho nhân đôi.
2. Cơ chế nhân đôi – về cơ bản – diễn ra theo cơ chế nhân đôi của ADN vịng.
3. Sản phẩm cuối cùng là ADN đã nhân đơi gồm “chuỗi dương” (+) RF và “chuỗi âm”
(-).
4. Một protein của nó là P2 chọn chuỗi (+) ở đầu 3′-hydroxyl của RF, hoạt động như một
mồi để khởi tạo ra chuỗi mới.
5. Chuỗi âm của RF được chọn làm khuôn mẫu của phiên mã, tổng hợp ra các mARN
của nó, từ đó tạo thành nhiều protein của nó, đều nhờ bộ máy phiên mã và dịch mã có
sẵn trong vật chủ.
●

Trong số các protein được tạo ra trong tế bào chất của tế bào chủ có P2, P5 và P10,
trong đó:

– P5 liên kết với ADN sợi đơn mới để ngăn chặn chuyển đổi sang ADN RF, tạo thành
phức hợp cấu trúc P5-ADN.
– Khi P5 đạt đến nồng độ nhất định (gọi là “critical concentration” tức nồng độ tới hạn)

thì quá trình tổng hợp DNA RF ngừng. Sao chép DNA chuyển sang tổng hợp chuỗi dương
(+) đơn.
●

Trước khi thoát ra ngồi, nó tự lắp ráp “cơ thể” thành một vỏ bọc (capsid) xoắn bao
bên ngồi ADN của nó, khi đó mỗi “cơ thể” có cấu trúc dạng sợi, chiều dài 7601950 nm và rộng (đường kính) 6-8 nm. Sự lắp ráp diễn ra tại màng trong của tế bào
vật chủ.

20


VI. Ứng dụng của vector M13 bacteriophage1.
Giải trình tự: một số phương pháp giải trình tự cần sử dụng DNA mạch đơn do đó tạo dịng
bằng vector M13 rất hữu ích cho những phương pháp này.2. Sử dụng oligonucleotide tạo đột
biến điểm trong dịng hóa gen. (hình 11)3. Phương pháp phage display: được sử dụng để nhận
biết các tương tác protein – protein.

21