Liên kết gen là gì? (Di truyền liên kết hoàn toàn)
Thí nghiệm của Morgan trên ruồi giấm
Ruồi giấm là đối tượng được sử dụng trong thí nghiệm của Morgan. Ruồi giấm có đặc điểm dễ nuôi trong ống nghiệm, sinh sản nhanh, vòng đời ngắn, dễ quan sát, và số lượng NST ít (2n=8).
P thuần chủng: ♀ thân xám, cánh dài × ♂ thân đen, cánh cụt F1: 100% Thân xám, cánh dài ♂ F1 lai phân tích: Pa: ♂ F1 thân xám, cánh dài × ♀ thân đen, cánh cụt Fa: 1 thân xám, cánh dài : 1 thân đen, cánh cụt
Giải thích quy luật liên kết gen
Phép lai trên của Morgan xét sự di truyền của 2 cặp tính trạng: màu sắc thân và độ dài cánh.
Từ kết quả phép lai, chúng ta nhận thấy:
- Fa xuất hiện 2 loại kiểu hình.
- Tỉ lệ phân li kiểu hình của tính trạng màu sắc thân là: thân xám: thân đen = 1:1.
- Tỉ lệ phân li kiểu hình của tính trạng độ dài cánh là: cánh dài: cánh cụt = 1:1.
- Tỉ lệ phân li kiểu hình của cả 2 cặp tính trạng là: 1 thân xám, cánh dài : 1 thân đen, cánh cụt.
Từ kết quả trên, ta thấy kết quả phép lai phân tích Fa không tuân theo quy luật phân li độc lập của Mendel. Điều này cho thấy tính trạng màu sắc thân và độ dài cánh không tuân theo quy luật phân li độc lập.
Thế hệ F1 cho kết quả 100% ruồi đều thân xám, cánh dài, cho thấy thân xám là trội hoàn toàn so với thân đen, cánh dài trội hoàn toàn so với cánh ngắn.
Chúng ta cũng thấy P khác nhau về cả 2 cặp tính trạng thuần chủng tương phản, dẫn đến F1 có dị hợp tử về cả 2 cặp gen. Theo lí thuyết, nếu đem F1 lai phân tích thì thu được đời con có tỉ lệ kiểu hình là: 1:1:1:1.
Nhưng trên thực tế, Morgan thu được F2 có tỉ lệ kiểu hình là 1:1.
Nội dung
Di truyền liên kết là hiện tượng một nhóm tính trạng được di truyền cùng nhau, được quy định bởi các gen nằm trên cùng một NST, cùng phân li về một giao tử và cùng tổ hợp trong quá trình thụ tinh.
Các gen nằm cùng nhau trên một NST, phân li cùng nhau trong giảm phân và tổ hợp cùng nhau trong quá trình thụ tinh, dẫn đến nhóm tính trạng do các gen đó quy định cũng được di truyền đồng thời.
Mỗi NST cấu tạo gồm một phân tử ADN. Mỗi ADN mang nhiều gen và mỗi gen chiếm một vị trí xác định trên phân tử ADN và được gọi là locus.
Các gen nằm cùng nhau trên một NST thường được di truyền cùng nhau, tạo thành một nhóm gen liên kết. Số nhóm gen liên kết của mỗi loài chính bằng với số NST trong bộ NST đơn bội (n) của loài đó.
Ví dụ, ở loài ruồi giấm có bộ NST 2n = 8, nên có số nhóm gen liên kết là 4.
Sơ đồ lai liên kết gen
Cơ sở tế bào học
Quy ước gen:
- Gen B quy định cánh dài.
- Gen b quy định cánh cụt.
- Gen V quy định thân xám.
- Gen v quy định thân đen.
Mỗi NST được cấu tạo gồm một phân tử ADN, gen là một đoạn trình tự trên phân tử ADN. Mỗi NST/ADN có kích thước lớn nên mang nhiều gen, các gen phân bố dọc theo chiều dài của NST.
Sự phân li trong giảm phân của các NST và sự tổ hợp tự do của chúng trong quá trình thụ tinh kéo theo sự di truyền đồng thời của các gen nằm trên cùng một NST.
Thí nghiệm của Morgan và hiện tượng hoán vị gen
P thuần chủng: ♀ thân xám, cánh dài × ♂ thân đen, cánh cụt F1: 100% Thân xám, cánh dài ♀ F1 lai phân tích: Pa: ♀ F1 thân xám, cánh dài × ♂ thân đen, cánh cụt Fa: 0,415 Thân xám, cánh dài : 0,415 Thân đen, cánh cụt 0,085 Thân xám, cánh cụt : 0,085 Thân đen, cánh dài
Giải thích
Lai phân tích ruồi ♂ thân đen, cánh cụt có kiểu gen bv/bv chỉ tạo ra 1 loại giao tử bv với xác suất 100%.
Vậy nên số loại kiểu hình và tỉ lệ ở đời con của phép lai phân tích này phụ thuộc hoàn toàn vào số loại và tỉ lệ giao tử được tạo ra bởi ruồi cái F1 đem lai.
Tỷ lệ kiểu hình ở Fa là: 41.5% thân xám, cánh dài : 41.5% thân đen, cánh cụt : 8.5% thân xám, cánh cụt : 8.5% thân đen, cánh dài.
→ Ruồi cái F1 giảm phân tạo ra 4 loại giao tử có tỉ lệ khác nhau (không phải 1:1:1:1 như phân li độc lập của Mendel). 4 loại giao tử này được chia thành 2 nhóm: BV = bv = 41,5%; Bv = bV = 8,5%.
Ta thấy gen quy định tính trạng màu sắc thân và độ dài cánh ở ruồi cái F1 không tuân theo quy luật di truyền phân li độc lập hay di truyền liên kết gen hoàn toàn. Để giải thích hiện tượng con cái F1 dị hợp tử thân xám, cánh dài cho 4 loại giao tử tỉ lệ không bằng nhau, Morgan giả thuyết rằng hiện tượng liên kết gen trong trường hợp này không hoàn toàn (có xảy ra hiện tượng hoán vị gen). Nghĩa là các gen quy định 2 cặp tính trạng này mặc dù cùng nằm trên 1 cặp NST nhưng trong quá trình giảm phân có xảy ra hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo giữa 2 NST trong cặp tương đồng, dẫn đến hình thành giao tử hoán vị và giao tử liên kết với tỉ lệ không bằng nhau.
Nội dung quy luật hoán vị gen
Trong quá trình giảm phân hình thành giao tử, các cromatit khác nguồn trong cặp NST tương đồng ở kì đầu giảm phân 1 có thể trao đổi chéo các đoạn tương đồng cho nhau, dẫn đến tạo hoán vị gen và làm xuất hiện tổ hợp gen mới.
Sự liên kết giữa các gen có liên quan đến khoảng cách giữa chúng trên NST. Các gen nằm càng gần nhau trên 1 NST thì càng liên kết chặt chẽ với nhau, ngược lại, các gen càng nằm xa nhau trên NST thì sự liên kết giữa các gen là yếu hơn.
→ Tần số hoán vị gen và khoảng cách giữa các gen có mối quan hệ tỉ lệ thuận với nhau: 2 gen nằm càng gần nhau, tần số hoán vị càng nhỏ; 2 gen nằm càng xa nhau, tần số hoán vị càng lớn.
Tần số hoán vị gen (f) được tính bằng tổng tỉ lệ các giao tử hoán vị → tỉ lệ mỗi giao tử = f/2.
Tần số hoán vị của 2 gen với nhau không được vượt quá 50%, luôn nằm trong khoảng 0 - 50% → tỉ lệ giao tử hoán vị cũng không vượt quá 25%. 1 cM (centimorgan) tương ứng với 1% hoán vị.
Hiện tượng hoán vị gen có thể xảy ra ở cả hai giới hoặc chỉ xảy ra ở một giới.
Dùng phép lai phân tích có thể xác định được tần số hoán vị giữa 2 gen với nhau.
Để xác định tần số hoán vị gen, ta thường dùng phép lai phân tích.
Sơ đồ lai hoán vị gen
Cơ sở tế bào học
Quy ước gen:
- Gen B quy định cánh dài.
- Gen b quy định cánh cụt.
- Gen V quy định thân xám.
- Gen v quy định thân đen.
Sự tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các NST của cùng 1 cặp tương đồng có thể dẫn đến sự hoán vị giữa các gen nằm trên cặp NST đó. Các gen càng xa nhau càng dễ xảy ra hoán vị gen do lực liên kết giữa chúng yếu.
1 tế bào có kiểu gen BV/bv khi xảy ra tiếp hợp và trao đổi chéo tạo ra 4 loại giao tử tỉ lệ có bằng nhau BV = bv = Bv = bV.
Tuy nhiên, trong quá trình giảm phân của con cái, không phải tất cả các tế bào đều hoán vị mà chỉ một số tế bào xảy ra hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo ở kì đầu của giảm phân I làm tổ hợp lại các gen không alen. Do vậy, tỉ lệ các giao tử hoán vị ít hơn so với tỉ lệ các giao tử liên kết.
Ý nghĩa của liên kết gen
- Hạn chế sự xuất hiện của biến dị tổ hợp.
- Các gen trên cùng 1 NST có xu hướng di truyền cùng nhau, duy trì tính ổn định của loài.
- Lợi dụng sự di truyền liên kết để chuyển các gen quý nằm gần nhau trên cùng 1 NST, từ đó tạo ra giống mới mang nhiều tính trạng tốt.
Ý nghĩa của hoán vị gen
- Làm tăng biến dị tổ hợp, tạo sự đa dạng, phong phú cho sinh vật.
- Biến dị tổ hợp còn là nguồn nguyên liệu của tiến hoá và chọn giống.
- Tạo điều kiện cho sự tổ hợp lại các gen quý, hình thành nhóm gen liên kết mới có ưu thế hơn trong chọn giống và tiến hóa.
Trên đây là những thông tin cơ bản về liên kết gen và hoán vị gen. Hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về chủ đề này.
