giáo trình di truyền học

Di TRUYỀN HỌC
TS Lê Thị Kính
Phần A. Di truyền học đại cương
Phần B. DT quần thể và DT số lượng
Tài liệu tham khảo:
1. Phạm Thành Hổ, 2005, Di truyền học. NXB Giáo dục.
TPHCM.
2. Robert H. Tamarin, 1996, Principles of Genetics W. C.
Brown Publisher
3. G. Mendel, 1866, Experiments in plant hybridization
(1865), http//www.netspace.org/Mendel Web/)
PHẦN A: DI TRUYỀN HỌC ĐẠI CƯƠNG
Chương I : Di truyền học–Trung tâm của sinh học (2t)
Chương II : Cơ sở vật chất của tính di truyền (5t)
Chương III: Di truyền học Mendel và DT Mendel mở rộng (10t)
Chương IV: Di truyền nhiễm sắc thể và DT giới tính (7t).
Chương V: Biến dò – đột biến (trong nhân) (3t)
Chương VI: Di truy n ngòai nhân (DT tế bào chất) ề (3t)
Chương VII: Di truyền học ở sinh vật bậc cao và vi sinh vật (3t)
PHẦN B: DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ VÀ SỐ LƯNG
Chương VIII: Di truyền học quần thể (7t)
Chương IX: Di truy n h c số lượng ề ọ (5t)
Chửụng I:
Di truyen hoùcTrung taõm cuỷa sinh hoùc
I. Gii thiu mụn hc
1. Cỏc khỏi nim c bn v di truyn hc
2. Lch s phỏt trin DTH
III. Di truyn hc vi cỏc ngnh khoa hc khỏc
1. Di truyn hc v chn ging
2. Di truyn hc v y hc
3. Di truyn hc v tin hc (Bio-informatics)

4. Di truyn hc vi cỏc ngnh khoa hc xó hi
IV. Mt s thnh tu v ng dng DTH VN
Chửụng I:
Di truyen hoùcTrung taõm cuỷa sinh hoùc
I. Gii thiu mụn hc:
I. Cỏc khỏi nim c bn:
DTH - Mụn sinh hc nghiờn cu tớnh di truyn v tớnh bin d

Tớnh di truyn: l s ging nhau gia cỏc cỏ th cú chung ngun gc,
huyt thng: gia con cỏi vi cha m, ụng b. t tiờn

Tớnh di truyn cú s n nh cao: m bo s n nh ca lũai qua s
lu tr v truyn th thụng tin DT t th h ny qua th h khỏc.

Tớnh bin d biu hin s sai khỏc gia cỏc cỏ th trong mt gia ỡnh,
dũng h, gia con cỏi v cha m, gia anh ch em vi nhau

Bin d, di truyn v chn lc t nhiờn l 3 nhõn t ca hc thuyt tin
húa Darwin : Bin d to s a dng ca sinh vt, chn lc t nhiờn gi li
nhng dng thớch nghi v di truyn duy trỡ cỏc dng ny qua cỏc th h =>
phỏt sinh cỏc lũai mi
Chöông I (tieáp):
I. Giới thiệu môn học,,
2. Lịch sử phát triển của DTH:
Giai đọan trước Mendel:

6000 năm TCN người Ai Cập cổ đại đã tạc trên đá phả hệ của dòng
ngựa tốt và đã biết thụ phấn chéo cho cây trồng

5000 năm TCN người TQ đã biết chọn giống lúa tốt

Tồn tại nhiều giả thuyết giải thích hiện tượng di truyền

Hypocrate (thế kỷ V TCN): thuyết di truyền trực tiếp:

Aristotle (thế kỷ IV TCN): thuyết di truyền dán tiếp (thuyết tiền định)

Quan niệm phổ biến ở thế kỷ 19: là sự di truyền hòa hợp
(Blending): con là trung gian (hoa hồng) giữa cha (hoa đỏ) và mẹ (hoa
trắng)

Lanmarck (thế kỷ 19) với thuyết tập nhiễm: sự luyện tập và môi
trường sống có ảnh hưởng trực tiếp đến vật liệu sinh sản và di truyền

Darwin (1868) đưa ra thuyết Pangen (pangenesis): mỗi phần của cơ
thể sản sinh ra các mầm (gemmule), theo máu vào bộ phận sinh dục,
và con là kết quả hòa hợp giữa các vật liệu sinh sản của cha và mẹ,
ngòai ra hiện tượng tập nhiễm cũng ảnh hưởng đến sự di truyền cho các
thế hệ sau. Darwin đã không biết đến báo cáo khoa học của Mendel
(1865)
Chöông I (tieáp):
I. Giới thiệu môn học,,
2. Lịch sử phát triển của DTH:
Phát triển di truyền Mendel và sau Mendel:

Gregor Mendel (1865) đã chứng minh sự di truyền các tính trạng
mang tính gián đọan và được chi phối bởi các nhân tố (element) di
truyền mà sau này được gọi là gen (gene)  chưa được công nhận

Cuôi thế kỷ 19 nhiều phát minh về tế bào học ra đời => công trình
nghiên cứu khoa học của Mendel được hiểu và chấp nhận


1900: H. de Vries, E.K. Correns và E. Tschermark, chứng minh sự
đúng đắn của các qui luật di truyền Mendel => DTH ra đời và Mendel
là người sáng lập

1901: Thuyết đột biến của H. de Vries

1911: T.H. Morgan cùng A. Sturtevant, C. Bridges và H.J. Muller
công bố các công trình NCKH trên ruồi giấm, xây dựng học thuyết Di
truyền NST, thiết lập nhóm liên kết gen và Bản đồ di truyền NST.

1920: N.I.Vavilov nêu qui luật về “dãy tương đồng trong biến dị di
truyền” làm cơ sở cho thuyết “các trung tâm giống cây trồng trên thế
giới”
Chöông I (tieáp):
I. Giới thiệu môn học,,
2. Lịch sử phát triển của DTH:
Phát triển di truyền Mendel và sau Mendel (tiếp):

1941: G’. Beadle và E. Tatum nêu ra thuyết 1 gen – 1 enzyme,
chứng minh gen kiểm tra các phản ứng sinh hóa

1940-1950: bà Mc Clintock (giải Nobel 1983) phát hiện các gen di
chuyển hay “các phần tử di động” (transposable elements) trên
NST làm cơ sở khoa học phát triển công nghệ chuyển gen và kỹ thuật
di truyền.

1944: O. Avery, Mc Leod và Mc Carty chứng minh trực tiếp DNA là
vật chất mang thông tin di truyền


1953: Mô hình cấu trúc DNA của Watson-Crick đây là phát minh
lớn nhất của thế kỷ, học thuyết trung tâm (Central Dogma) của sinh
học phân tử ra đời với mối liên hệ DNA > RNA > Protein

Thập niên 1960: các nhóm của M. Nirenberg và của H. Khorana đã
xác định được tòan bộ 64 bộ ba mã di truyền

1961: F. Jacob, J. Monod chứng minh cơ chế di truyền điều hòa
tổng hợp protein
Chöông I (tieáp):
I. Giới thiệu môn học,,
2. Lịch sử phát triển của DTH:
Kỹ thuật di truyền (genetic engineering)

Bắt đầu vào thập niên 1970 cho đến nay. nghiên cứu ở mức
độ các phân tử nucleotide

Xác định trình tự các nucleotide của gene

Đột biến điểm định hướng (site-directed mutagenesis)

Công nghệ protein (protein engineering)

Kỹ thuật chuyển gen (gene transferring) và cơ thể biến đổi
gen (MGO: Modified Gene Organism)

Sinh học điện tóan ( Bio in silico)
Chöông I (tieáp):
II. Di truyền học với các ngành khoa học khác
1. Di truyền học và chọn giống


“Cách mạng xanh”: giống cao sản, F1 => hàng tỷ lợi nhuận

Chủng vi sinh công nghiệp => sản lượng tăng hàng trăm lần

Kỹ thuật DT: chuyển gene từ lòai này qua loài khác
2. Di truyền học và y học

Giải tòan bộ trình tự nucleotid của bộ gene người (100.000 gene)

Y học dự phòng: phát hiện sớm bệnh di truyền bằng marker phân tử,


Liệu pháp gene: đưa gen bình thường vào thay thế gen bệnh
3. Di truyền học và tin học (Bio-informatics)

Phát triển tin học mô phỏng  “điều khiển” thông tin bộ gen
4. Di truyền học với các ngành khoa học xã hội

Đạo lý sinh học (bioethics): sinh sản vô tính, tạo dòng phôi người, tạo
“siêu nhân”

Liệu pháp gen kéo dài tuổi thọ con người => tác động đến triết học,
luật học, giáo dục học, nhân văn học
Chöông I (tieáp):
III. Một số thành tựu về ứng dụng
DTH ở VN

Thập niên 1950-1960 TS Lương Đình Của đã tạo ra những
giống dưa hấu đa bội tam bội (3n) không hột, rau muống tứ bội


Nhiều giống ưu thế lai F1 cây trồng, gia súc, gia cầm, thủy sản

Viện lúa ĐBSCL đã tạo thành công các giống lúa cao sản
chuyển gen giàu vitamin A

Một số Trung tâm, Viện nghiên cứu đã chuyển thành công gen
kháng thuốc diệt cỏ, gene giúp bảo quản rau hoa tươi lâu tuy
nhiên hiện vẫn còn ở phạm vi nghiên cứu.

Một số phòng TN đã thành công trong việc áp dụng kiến thức di
truyền học phân tử để tạo ra các sản phẩm thương mại: “quick
kit” phát hiện các bệnh hiểm nghèo trên người: viêm gan siêu B,
HIV.
Câu hỏi ôn tập
1. Di truyền học là gì? khái niệm về tính di truyền và tính biến dị. trình bày
mối liên hệ giữa di truyền và biến dị và cho ví dụ minh họa.
2. 3 nhân tố quan trọng trong học thuyết tiến hóa của Darwin, mối liên hệ
giữa chúng
3. Các quan điểm giải thích hiện tượng di truyền trước Mendel
4. Giả thuyết của Darwin về cơ sở vật chất của tính di truyền
5. Ý nghĩa của các định luật di truyền Mendel .
6. Trình bày một số thành tựu, phát minh quan trọng liên quan đến sự phát
triển của di truyền học
7. Mối liên hệ giữa Di truyền với các ngành khoa học khác
8. Một vài ví dụ về ứng dụng thực tiễn của di truyền học
Chương II:
Cơ sở vật chất của tính di truyền
Một vật chất được gọi là vật chất di truyền hay vật
chất mang thông tin di truyền phải thỏa mãn được các

điều kiện sau:

Chứa lượng thông tin sinh học qui định mọi đặc tính
tăng trưởng và phát triển của một cơ thể sinh vật.

Có khả năng truyền đạt các thông tin này cho thế hệ
sau.

Có khả năng tự tái bản.

Có tính ổn định cao: tần số sai hỏng rất thấp, có khả
năng tự sửa sai
Chương II:
I. Cơ sở tế bào học
1. Tế bào là vật chất mang thông tin di truyền

Tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản của mọi cơ thể
sống

Tế bào là cấu trúc nhỏ nhất có khả năng tồn tại như một đơn
vị sống độc lập
Thuyết tế bào học của Schleiden và Schwann (1838-1839):

Tất cả các sinh vật đều được cấu tạo từ tế bào

Tế bào chỉ được sinh ra từ tế bào

Tế bào của mọi lòai sinh vật về căn bản đều có những quá trình
trao đổi chất và thành phần hóa học giống nhau
Rudolph Vinchow (1839): “Mỗi động vật đều được cấu tạo từ

các đơn vị sống, mỗi đơn vị mang trong nó tất cả các đặc tính
của sự sống”
=> thành phần nào trong tế bào mang thông tin di truyền?
Chương II:
I.
2. So sánh nhóm tế bào Prokaryote và Eukaryote
Tế bào Prokaryote (vi khuẩn):

Có DNA và bào chất

Không nhân, không nội bào quan

NST dạng vòng: DNA +ít protein

Phân chia amitosis (trực phân)

Kích thước < 5µm
Tế bào Eukaryote (động vật):

Có DNA và bào chất

Nhân, NBQ & màng bao quanh

NSTdạng thẳng: DNA+histone
= nucleoprotein

Phân chia Mitosis & Meiosis

Kích thước > 5µm
Chương II:

I.
3. Tế bào nhóm Eukaryote
Tế bào động vật:

Có nhân, các nội bào quan+ màng

Bao bọc bởi màng nguyên sinh

Có lysosome & trung thể

Không có lục lạp

Không có hoặc có nhiều không
bào nhỏ
Tế bào thực vật:

Có nhân, các NBQ + màng

Màng nguyên sinh bên trong + vách
tế bào bên ngoài

Không có lysosome & trung thể

Có lục lạp

Có không bào lớn ở giữa
Chương II:
I.
3. Tế bào nhóm Eukaryote (tiếp)
Các nội bào quan quan trọng trong tế bào:


Ribosomes (40-50% RNA): “xưởng tổng hợp Protein”

Ty thể (Mitochondrion), ”trạm năng lượng của tế bào”, chứa hệ
men kiểm sóat quá trình Krep của tế bào.

Lục lạp (chloroplast) chỉ có trong tế bào thực vật, là “bộ máy
quang hợp của tế bào”

Ty thể và lục lạp chứa DNA & RNA, chúng đóng vai trò quan
trọng trong di truyền tế bào chất.

Nhân (Nucleus): chứa đến 95% lượng thông tin di truyền của
tế bào, trong nhân chứa mạng nhiễm sắc , đó là dạng tháo xoắn
của NST gồm DNA và protein, trong quá trình phân bào mạng
nhiễm sắc dày lên và tạo thành nhiễm sắc thể (NST)
Chương II:
I.
4. Nhiễm sắc thể

Nucleosome là đơn vị cấu trúc cơ bản của
NST (DNA + 8Histone)

3 nucleosome chromatine  xoắn lại
nhiều lần  NST

NST được quan sát rõ nhất vào giai đọan
Metaphase của phân bào Mitosis hoặc
Meiosis


NST ở dạng kép, gồm 2 nhiễm sắc tử
(chromatide), dính nhau ở tâm động

Trên NST có vùng ăn màu sậm
(heterochromatine) và ăn màu lợt
(euchromatine)

NST có hình dạng, kích thước, số lượng đặc
trưng cho từng lòai
Chương II:
I.
4. Nhiễm sắc thể (tiếp)

Tùy theo vị trí tâm động: NST
tâm cân (Metacentric), NST tâm
cận cân (Submetacentric), NST
tâm lệch (Acrocentric), NST tâm
đỉnh (Telocentric)

Phân lọai NST:
- NST thường (NST A): theo cặp
tương đồng ở TB dinh dưỡng
- NST giới tính: qui định giới
tính đực và cái
- NST khổng lồ gặp trong tuyến
nước bọt của bộ diptera
- NST chổi thông phong / chổi
đèn có trong các lòai lưỡng thê
- NST B: thường có ở sinh vật
sống trong điều kiện khắc

nghiệt (khô cằn, lạnh, cấy mô ).
Chương II:
I.
4. Nhiễm sắc thể (tiếp)
Một số khái niệm cơ bản liên quan đến NST:

Bộ gen (genome) hay bộ NST cơ bản n hoặc x

Bộ NST (number of chromosomes) là số NST thực
có trong tế bào

Kiểu nhân (Karyotype) là bộ NST của cá thể với các
chi tiêt về số lượng, hình dạng và kích thước của từng
NST

Nhân đồ (Karyogram) là hình vẽ hay chụp của bộ NST
được sắp xếp theo thứ tự và đánh số từng đôi hay
từng chiếc theo thứ tự từ dài đến ngắn
Phân bào ở sinh vật Prokaryote (vi khuẩn)
Phân đôi (binary fission):

NST gồm những sợi DNA
vòng đơn được sao chép, tự
nhân đôi

Nhiễm sắc thể đã được nhân
đôi bám vào màng tế bào

Màng tế bào kéo dài ra


NST kép tách thành 2 NST
đơn

Thành lập màng tạo 2 tế bào
Chương II:
I.
5. Phân chia tế bào – vai trò NST
Chu kỳ tế bào (cell cycle):
Bắt đầu từ cuối phân bào trước đến cuối
lần phân bào kế tiếp
Gian kỳ (interphase):
- G1: tế bào tăng trưởng và tích lũy
nguyên liệu cho tổng hợp DNA
- S: tổng hợp DNA và protein
- G2: Tích lũy năng lượng, tổng hợp
protein chuẩn bị phân bào
Nguyên phân (Mitosis) :
phân chia tế bào
Chương II:
I.
5. Phân chia tế bào (tiếp)
Phân bào ở sinh vật Eukaryote – Chu kỳ tế bào
Nguyên phân (Mitosis): ở mô sinh dưỡng
Từ một tế bào ban đầu tạo ra hai tế bào con có
số lượng và đặc điểm NST giống nhau và giống
tế bào mẹ (2n).
Nguyên phân chia làm 4 kỳ:

Prophase (kỳ trước) : NST (dạng kép) xoắn, dầy
lên, còn màng nhân


Metaphase (kỳ giữa): NST tập trung ở mặt phẳng
“xích đạo”, không còn màng nhân và tiểu hạch

Anaphase (kỳ sau): NST “kép” tách 2 NST đơn,
mỗi chiếc về 1 cực của TB

Telophase (kỳ cuối): các NST đã phân về các
cực tế bào, NST duỗi ra, cuối kỳ bắt đầu hình
thành màng ngăn đôi tế bào,
Chương II:
I.
5. Phân chia tế bào (tiếp)
Phân bào ở sinh vật Eukaryote - Nguyên phân
Nguyên phân ở TB Động vật
Nguyên phân xảy ra ở các tế bào sinh
dưỡng đặc biệt ở các mô phân sinh, đỉnh
sinh trưởng, ở cả các tế bào sinh dục
nguyên thủy
Ý nghĩa nguyên phân:

Đảm bảo sự tăng trưởng của cá thể
sinh vật, gia tăng số lượng tế bào, thay
thế tế bào chết hay tổn thương

Cơ sở của sự sinh sản vô tính

Đảm bảo sự phân chia đồng đều và
chính xác vật liệu di truyền (NST) của tế
bào mẹ cho các tế bào con


Duy trì tính đặc trưng của lòai.
Chương II:
I.
5. Phân chia tế bào (tiếp)
Phân bào ở sinh vật Eukaryote – Nguyên phân
Giảm phân (Meiosis) ở TB sinh dục
Phân bào chuyển tế bào từ dạng lưỡng bội (2n)
sang dạng đơn bội (n)

Gồm 2 lần phân chia liên tiếp là giảm phân I và
giảm phân II. Mỗi lần phân chia đều trải qua 4 kỳ:
Prophase, Metaphase. Anaphase và Telophase
Giảm phân I (GP I): Cơ chế giảm phân

Prophase1: các NST tương đồng tiếp hợp, bắt cặp
và trao đổi chéo => tạo các dạng tái tổ hợp gen.

Cuối GP 1: Từ một tế bào 2n tạo 2 tế bào con n
nhưng các NST còn ở dạng sợi kép.
Giảm phân II (GPII): cơ chế nguyên phân

Hai tế bào con đơn bội (n) từ GP I, sẽ phân chia
thành 4 tế bào con đơn bội (n) với các NST dạng sợi
đơn.
Chương II:
I.
5. Phân chia tế bào (tiếp)
Phân bào ở sinh vật Eukaryote – Giảm phân