Giáo trình sinh học phân tử Đột biến gen

ĐỘT BIẾN GEN

TS. Nguyễn Ngọc Lan



MỤC TIÊU
• Trình bày được nguyên nhân và hậu quả của đột biến.
• Trình bày được cách tế bào sửa chữa ADN hư hỏng để
tránh đột biến.
• Nhận diện được một số bệnh di truyền ở người do đột
biến gây ra.
• Trình bày được tác động của các yếu tố gây đột biến.
• Mô tả các phương pháp chọn lọc đột biến ở vi sinh vật.


KHÁI NIỆM
• Đột biến gen là những biến đổi xảy ra trong
cấu trúc của gen.
• Những biến đổi này thường liên quan đến 1
cặp nucleotid (đột biến điểm) hoặc 1 số cặp
nucleotid.
• Nhân tố môi trường gây ra đột biến gọi là tác
nhân gây đột biến.


ĐỘT BIẾN SINH DƯỠNG
• Đột biến xảy ra ở các tế bào không sinh sản, thay đổi
cục bộ, không di truyền.
• Có thể là nguyên nhân gây ung thư hay lão hóa.
ĐỘT BIẾN DÒNG MẦM

• Đột biến xảy ra trong giao tử, truyền cho thế hệ sau.
TẦN SỐ ĐỘT BIẾN
• Trong tự nhiên, các gen đều có thể bị đột biến nhưng
với tần số thấp (10-6 – 10-4).
• Tần số đột biến căn cứ trên một lần sao chép, một lần
phân bào hay trên một giao tử và trên một tế bào trong
một thế hệ.


TẦN SỐ ĐỘT BIẾN TỰ NHIÊN CỦA MỘT SỐ GEN
Sinh vật
E. coli

Bắp

Đột biến

Tần số

Căn cứ đánh giá

Leu - → Leu+

7.10-7

Đột biến/ tế bào

Arg+ → Agr -

4.10-9

Đột biến/ tế bào

StrS → StrR

4.10-10

Đột biến/ tế bào

4,82.10-8

Đột biến/ giao tử

2.2.10-6

Đột biến/ giao tử

R → r (đỏ

trắng)

Y → y (vàng trắng)

E.coli đột biến nhạy cảm với streptomycin  kháng với
streptomycin với tần số 4.10-10 đột biến / tế bào / thế hệ  trong
10 tỉ tế bào của một thế hệ có 4 đột biến StrR xuất hiện ngẫu
nhiên.


Tỉ lệ đột biến ở người: 10-6 / gen/ thế hệ

10-6 / gen /thế hệ x 5.104 gen/ bộ gen đơn bội
5.10-2 đột biến trên giao tử = (5/100 hay 1/20)
 Mỗi hợp tử : 1/20 đột biến
 Hai giao tử trên 1 hợp tử : 1/10 cơ hội mang
đột biến mới.
Đa số là đột biến lặn, không biểu hiện trong
điều kiện dị hợp tử.


KHÁI NIỆM VỀ GEN
Gen là một phần của phân
deoxyribonucleic acid (DNA).

tử

Vai trò làm khuôn mẫu cho việc phiên mã
để tạo thành phân tử ribonucleic acid
(RNA) có chức năng quan trọng.
Trình tự gen chứa 4 loại base: adenin (A),
cytosin (C), guanin (G), thymine (T)
ARN: thymine được thay bằng uracil (U)
- Purin: A và G
- Pyrimidin: C,T và U


Base
sequence
of
mRNA
is

TRÌNH TỰ mARN BỔ SUNG CHO ĐOẠN ADN
complementary to that of DNA
Phiên mã

CODON: một bộ ba nucleotide liền kề, còn được gọi là bộ ba, trong DNA
hoặc RNA mã hóa cho một axit amin để kết hợp vào một polypeptide



Phân tử ADN

Sợi ADN
khuôn mẫu

PHIÊN MÃ

DỊCH MÃ


CÁC LOẠI ĐỘT BIẾN
• Đột biến điểm: thay đổi một base trong chuỗi
ADN gây bởi tác nhân gây đột biến hay sai sót
trong sao chép ADN
o
Thay thế cặp nucleotid
o
Đột biến lệch khung
• Đột biến đa điểm: thay đổi tác động hơn một base

ĐỘT BIẾN: thay thế cặp nucleotid
Gen bình thường
G GTC TC C TC A CG C C A
↓
C C A G AG G AG U G CG G U
Codons
↓
P ro - G l u - G l u - C ys - G l y
Amino acids

Chỉ ảnh hưởng đến 1 codon

Đột biến thay thế
G GTC A C C TC ACG C C A
↓
C C A G U G G AG U G CG G U
↓
P ro - A rg - G l u - C ys - G l y


ĐỘT BIẾN LẶN hay đột biến cùng nghĩa
Gen bình thường
G GTC TC C TC A CG C C A
↓
C C A G AG G AG U G CG G U
Codons
↓
P ro - G l u - G l u - C ys - G l y
Amino acids

Đột biến thay thế
G GTC T T C TC A CG C C A
↓
C C A G A A G AG U G CG G U
↓
P ro - G l u - G l u - C ys - G l y


ĐỘT BIẾN VÔ NGHĨA
Gen bình thường
G G TC TC C TC A C G C C A
↓
C C A G AG G AG U G CG G U
Codons
↓
P ro - G l u - G l u - C ys - G l y
Amino acids
o
o

Đột biến thay thế
G G TC TC C TC A C T C C A
↓
C C A G A AG AG U G A G G U
↓
P ro - G l u - G l u - STO P

Mã hóa cho codon kết thúc  làm cụt protein
Tác động tùy thuộc protein bị cụt bao nhiêu và mức độ
cần cho hoạt động của protein

ĐỘT BIẾN LỆCH NGHĨA
Mã hóa cho acid amin khác  protein không có chức năng
Gen bình thường
G G TC TC C TC A C G C C A
↓
C C A G AG G AG U G CG G U
Codons
↓
P ro - G l u - G l u - C ys - G l y
Amino acids
© 2010 Paul Billiet ODWS

Đột biến chuyển đổi
G G TC C T C TC A CG C C A
↓
C C A G G A GA GU G CGG U
↓
P ro - G l y - G l u - C ys - G l y


ĐỘT BIẾN LỆCH KHUNG
Khung đọc 1

Khung đọc 2

Do chèn hay mất một hay nhiều nucleotid trong vùng mã
hóa của gen.

ĐỘT BIẾN: thêm nucleotid
Một dạng của đột biến lệch khung
Gen bình thường
GGTCTC C T C ACG C C A
↓
C C A G AG G AG U G CG G U
Codons
↓
P ro - G l u - G l u - C ys - G l y
Amino acids
© 2010 Paul Billiet ODWS

Đột biến thêm nucleotid
G G T GCTCC T C A C G C C A
↓
CCACGAGGAGUGCGGU
↓
P ro - A rg - G l y - Va l - A rg


ĐỘT BIẾN: mất nucleotid
Một dạng đột biến lệch khung
Gen bình thường
G GTC TC C TC A CG C C A
↓
C C A G AG G AG U G CG G U
Codons
↓
P ro - G l u - G l u - C ys - G l y

Amino acids
© 2010 Paul Billiet ODWS

Đột biến mất nucleotid
G GT C / C C TC A CG C C A
↓
C C A G G G AG U G CG G U
↓
Pro-Gly-Ser-Ala-


Chuỗi polypeptide

Trình tự acid amin bị sai lệch =
PROTEIN không có chức năng


ĐỘT BIẾN ĐA ĐIỂM
• Là những tác động thay đổi từ 2 đến hàng ngàn
base
• Sự xóa mất đoạn  thay đổi khung đọc
• Sự chèn đa điểm  gen bị lệch khung
Thay đổi sản phẩm của gen
Gen nhảy có hai loại:
o Transposon: di chuyển trực tiếp trong bộ gen, dùng
làm công cụ biến đổi ADN trong cơ thể sống
o Retrotransposon: phiên mã thành ARN  ADN


NGUYÊN NHÂN ĐỘT BIẾN

• Đột biến tự nhiên: xảy ra một cách tự phát
• Đột biến cảm ứng: gây ra bởi các tác nhân đột biến


ĐỘT BIẾN TỰ NHIÊN
• Xảy ra trong tự nhiên một cách ngẫu nhiên, tần
số nhất định, không xác định được nguồn gốc
• Tần suất sai sót: 10-10 base, tỷ lệ thấp do khả
năng sửa lỗi của các ADN polymerase
• Đột biến tự nhiên ở mức phân tử gồm có:
- hổ biến
- khử amin
- chuyển vị
- đảo chuyển
- đột biến lệch khung - oxy hóa phân hủy


ĐỘT BIẾN TỰ NHIÊN (tt)
CHUYỂN VỊ : thay thế một base bằng base khác có
cùng tính chất hóa học.
• Purine thay bằng purine: thay A bởi G hay G bởi A
• Pyrimidine thay bằng pyrimidine: thay C bởi T hay
T bởi C).
ĐẢO CHUYỂN: thay thế ngược lại của một base
thuộc loại hóa chất này bằng base của loại hóa chất
khác
• Pyrimidine thay bằng purine: C bởi A, C bởi G, T
bởi A, T bởi G;
• Purine thay bằng pyrimidine: A bởi C, A bởi T, G
bởi C, G bởi T.

Chuyển vị

Đảo chuyển

Đảo chuyển

Chuyển vị

Ví dụ:
• Chuyển vị sẽ là G - C
• Đảo chuyển sẽ là G - C

A-T
T - A.