Giao Trinh Di Truyen Hoc.pdf

PGS.TS. Khuất Hữu ThanhViện CNSH &CNTP, Đại học Bách Khoa Hà Nội

DI TRUYỀN HỌC

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.softwarelabs.com

http://www.softwarelabs.com

THÀNH TỰU VÀ NHỮNG VẤN ĐỀTHẾ KỈ 20 CHƯA GIẢI QUYẾT ĐƯỢC



1- Ph¸t hiÖn cÊu tróc xo¾n kÐp cña DNA

1866 - Haeckel: Ph¸t hiÖn nh©n tÕ bµo chøa çc nh©n tè di truyÒn1889 - Altman: T¸ch chiÕt ®îc acid nucleic 1953 - Watson & Crick: Ph¸t hiÖn cÊu tróc xo¾n kÐp cña DNA1070 - Ph¸t hiÖn enzym giíi h¹n1973 - Boyer vµ Cohen tæng hîp thµnh c«ng DNA nh©n t¹o1997- Nh©n b¶n v« tÝnh cõu Doly1999 - Thµnh lËp dù ¸n bé gen ngêi

THÀNH TỰU ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC TRONG THẾ KỈ 20



2- Ph¸t minh m¸y chôp c¾t líp CT/MRIComputer Tomography/Nuclear Magnetic Resonance Image

- N¨m 1972 Godfrey Hounsfield ph¸t minh m¸y chôp c¾t líp CT (n¨m 1979 nhËn gi¶i Nobel cïng Allen Cormack)- N¨m 1982 MRI b¾t ®Çu ®îc øng dông trong chÈn ®o¸n bÖnh



3- Ph¸t minh vaccin chèng bÖnh ®Ëu mïa (smallpox)

-BÖnh ®Ëu mïa do virus g©y nªn ®îc biÕt tõ thêi cæ ®¹i (n¨m 1157 tríc CN Vua Pharaoh Ramses V chÕt do ®Ëu mïa )-1520-1522: 3,5 triÖu ngêi chÕt do bÞ ®Ëu mïa-ThÕ kØ 17-18: ë Ch©u ¢u kho¶ng 1 triÖu ngêi chÕt do bÞ ®Ëu mïa mçi n¨m-N¨m 1796, Dr. Edward Jenner (Anh) ph¸t minh çch phßng ®Ëu mïa b»ng h¬ nãng vÕt ®Ëu bß chñng lªn ngêi.-1967: WHO thùc hiÖn chiÕn dÞch diÖt trõ bÖnh ®Ëu mïa (10-15 triÖu ngêi/n¨m)-1977:Trêng hîp cuèi cïng ë Somalia-1980: WHO tiÖt trõ bÖnh ®Ëu mïa trªn toµn thÕ giíi



4- Ph¸t minh vaccin chèng bÖnh b¹i liÖt (Salk vaccin)

- BÖnh b¹i liÖt g©y nªn do Poliovirus, thÕ kØ 190 ph¸t hiÖn mét sè trêng hîp b¹i liÖt- 1916: DÞch b¹i liÖt ë New York Mü lµm 27000 ngêi tµn

tËt, 9000 chÕt. DÞch bÖnh kÐo dµi ®Õn 1955, khi s¶n xuÊt ®îc vaccin míi chÊm døt æ dÞch

- Jonas Salk (Mü) lÇn ®Çu tiªn ph¸t minh vaccin b¹i liÖt (tõ poliovirus sèngtrong ruét khØ)- Th¸ng 4/ 1954: Vaccin b¹i

liÖt (Salk vaccine) s¶n xuÊt víi khèi lîng lín vµ ®îc sö dông thö nghiÖm- Th¸ng 4/1955: 5.000.000

trÎ em ®îc tiªm Salk vaccin



5 - Ph¸t hiÖn mèi liªn quan gi÷a thuèc l¸vµ bÖnh ung th

-1957: HiÖp héi Ung th Mü ®iÒu tra trong 448 ngêi ung th phæi cã 15 ngêihót thuèc

-1961: Surgeon General Luther Terry ®a ra çc sè liÖu vÒ gi¶m sót søc khoÎ dohót thuèc l¸

-1964: Surgeon General Terry tr×nh bµy b¸o ço tríc chÝnh phñ Mü vÒ hËu qu¶cña hót thuèc l¸ vµ bÖnh ung th dµy 387 trang víi h¬n 7000 kÕt qu¶ nghiªn cøu

6 - Ph¸t minh thuèc ngõa thai d¹ng uèng

- 1954: LÇn ®Çu tiªn tæng hîp thµnh c«ng progesteron gióp ngõa thai cho phô n÷- 1956: Ph¸t hiÖn mestranol cã thÓ kÕt hîp progesteron gióp kiÓm so¸t chu k× rông trøng vµ tr¸nh thai an toµn b»ng ®êng uèng- 1958: §Ò nghÞ FDA cho phÐp sö dông thuèc ngõa thai d¹ng uèng- 1959: FDA Cho phÐp sö dông thuèc ngõa thai d¹ng uèng



7 - GhÐp t¹ng

- 1917-1918: GhÐp da - 1946: LÇn ®Çu tiªn ghÐp tuyÕn thîng thËn- 1954: LÇn ®Çu tiªn ghÐp thËn thµnh c«ng- 1960: LÇn ®Çu tiªn ghÐp gi¸c m¹c- 1962: LÇn ®Çu tiªn nèi chi-1967: LÇn ®Çu tiªn ghÐp tim-1968: LÇn ®Çu tiªn ghÐp gan-1978: LÇn ®Çu tiªn ghÐp tuû- ViÖt nam ghÐp gan thµnh c«ng n¨m 2004 cho mét em g¸i 12 tuæi tõ gan cña ngêi bè (sau 36 n¨m)



8 - HIV

12. 1981:CDC b¸o ço vÒ suy gi¶m miÔn dÞch do truyÒn m¸u

5.1983: Ph¸t hiÖn HIV I thuéc retrovirus2.1985: CDC ®Ò nghÞ kiÓm tra HIV tríc

khi nhËn hoÆc tiÕp m¸u10.1985: Uû ban søc khoÎ Mü ®a ra kÕ

ho¹ch s¶n xuÊt AZT2.1988: Ph¸t hiÖn virus HIV-II t¹i Mü12.1988: NhiÒu lo¹i thuèc chèng HIV

®îc s¶n xuÊt thö nghiÖm, b¾t ®Çu nghiªn cøu liÖu ph¸p gen chèng HIV



9 - Ph¸t minh Insulin- Mïa hÌ n¨m 1921 Dr. Banting vµ Dr. Best ph¸t hiÖn Insulin - Th¸ng 1.1922 LÇn ®Çu tiªn sö dông thö nghiÖm Insulin t¸ch chiÕt tõ tuyÕn tuþ cña lîn, bß trong y häc - 1982 thµnh c«ng s¶n xuÊt Insulin ngêi t¸i tæ hîp trong tÕ bµo E. coli

Dr. Banting



10 - Ph¸t minh Penicillin

-N¨m 1928 Alexander Fleming ph¸t hiÖn Penicillin tõ nÊm Penicillium - N¨m 1940, Dr. Howard Florey vµ Dr. Ernst Chain s¶n xuÊt vµ tinh chÕ penicillin - Trong chiÕn tranh thÕ giíi thø II Penicillin ®· cøu hµng triÖu binh lÝnh kh«ng bÞ nhiÔm trïng- Sau 1945 thêi k× míi cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt kh¸ng sinh- N¨m 1951 t×m ra chñng P. chrygenum 1951-B25 sö dông trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp- B»ng kü thuËt g©y ®ét biÕn nh©n t¹o vµchän läc ®· chän t¹o ®îc nhiÒu chñng ho¹t tÝnh cao gÊp hµng ngh×n lÇn chñng ban ®Çu nh E-15, E-15.1, M-88…

Alexander Fleming

Dr. Howard Florey



11 - LiÖu ph¸p gen1960 Dù ¸n sö dông gen trong ®iÒu trÞ bÖnh ë ngêi1973 Thµnh c«ng tæng hîp DNA nh©n t¹o1990 LÇn ®Çu tiªn sö dông liÖu ph¸p gen chưa bÖnh ë ngêi

( bÖnh thiÕu hôt ADA - Adenosine Deaminase Deficiency )

2000 LiÖu ph¸p gen ®îc coi lµ ph¬ng ph¸p ch÷a bÖnh hiÖu qua cho con ngêi trong t¬ng lai



Nh©n b¶n v« tÝnh cõu Doly 1997

Nh©n b¶n v« tÝnh ngêi 2002 ?

12 - Nh©n b¶n v« tÝnh ®éng vËt bËc cao



• 1998 – nh©n b¶n chuét nh¾t• 1998 – nh©n b¶n bß s÷a • 2000 – nh©n b¶n lîn• 2001 – nh©n b¶n mÌo Cc• 2002 – nh©n b¶n thá• 2003 – nh©n b¶n ngùa• 2004 – nh©n b¶n bß tãt

• 1997 – nh©n b¶n Dolly

MỘT SỐ MỐC NHÂN BẢN VÔ TÍNH ĐỘNG VẬT



NHỮNG THÁCH THỨC LỚN trong thế kỉ 21

1. Chøc n¨ng gen trong bé gen ngêi?2. Ch÷a mét sè lo¹i bÖnh truyÒn nhiÔm?3. Ngêi vµ chuét chØ kh¸c nhau 1% thµnh phÇn

bé gen?4. Nguån gèc cña con ngêi trªn tr¸i ®Êt?5. Cã ngêi ngoµi tr¸i ®Êt?6. VÊn ®Ò t¸i sinh cña con ngêi7. VÊn ®Ò t©m linh



Chương 1

VẬT CHẤT DI TRUYỀN

I. Lược sử nghiên cứu di truyền họcII. Acid nucleic lµ vËt chÊt mang th«ng tin di truyÒnIII. CÊu tróc DNAIV. CÊu tróc RNAV. VËt chÊt di truyÒn cña mét sè nhãm sinh vËt



I. Lược sử nghiên cứu di truyền học1865 - G.Mendel phát hiện nhân tố di truyền và các quy luật di truyền1869 - Friedrich Miescher phát hiện acid nucleic.1900 - H.Vries, C.Corren, E.Tschermak t¸i ph¸t hiÖn qui luËt Mendel.1902 - Walter Sutton, Theodor Boveri nªu thuyÕt cÊu tróc NST.1910 - T. Morgan vµ CS ph¸t hiÖn vÞ trÝ x¾p xÕp cña çc gen trªn NST.1941 - G.Beadel, E.L. Tatum nªu gi¶ thuyÕt mét gen - mét enzym.1944 - O. Avery, C.McLeod, M.McCarty x¸c ®Þnh gen cÊu t¹o tõ DNA.1953 - J.Watson, F.Crick ph¸t minh cÊu tróc xo¾n kÐp cña DNA. 1958 - M.Meselson, Franklin Stahl ph¸t hiÖn c¬ chÕ t¸i b¶n DNA theo c¬chÕ b¸n b¶o thñ.1966 - Marshall Nirenberg, Gobind Khorana: b¶ng m· di truyÒn.1970 - Hamilton Smith ph¸t hiÖn enzym giíi h¹n (restriction enzyme).1972 - Paul Berg thµnh c«ng t¹o DNA t¸i tæ hîp in vitro.1973 - H.Boyer, S. Cohen lÇn ®Çu tiªn sö dông plasmid t¸ch dßng DNA.1977 - W.Gilbert vµ F.Sanger ph¸t minh ph¬ng ph¸p gi¶i tr×nh tù gen.1995 - Gi¶i tr×nh tù bé gen vi khuÈn Hemophilus influenzae vµ vi khuÈn Mycoplasma genitalium, 1996 - bộ gen nÊm men2003 - Giải trình tự bộ gen người, 2005- bộ gen lúa



CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA SỰ DI TRUYỀN

DNA RNA PROTEIN

DNA

1

2

3

1. T¸i b¶n DNA 2. Phiªn m·3. Phiªn m· ngîc4. DÞch m·5. BiÓu hiÖn gen

NHIÕm S¾c thÓ

GEN

mRNA

rRNA

tRNA

small RNA

4

Protein cÊu tróc

Thụ thể

Enzym

Kh¸ng sinh

Hocmon

Nh©n tè ®iÒu hoµ...

5



II. Acid nucleic - vËt chÊt mang th«ng tin di truyÒn

1. ThÝ nghiÖm Griffith (1928)

D¹ng S cã mµng nhÇy cã ®éc tè

D¹ng R kh«ng cã mµng nhÇy, kh«ng sinh ®éc tè

Vi khuÈn staphylococcus pneumoniae cã 2 d¹ng



D¹ng R

D¹ng S

D¹ng S ®un nãng

D¹ng S ®un nãng + R



ThÝ nghiÖm1

2. ThÝ nghiÖm Hershey – Chase 1952

ThÝ nghiÖm 2Protein kh«ng ph¶I lµ vËt chÊt di truyÒn

DNA lµ vËt chÊt di truyÒn



4. Sù ph¸t hiÖn Viroid- N¨m 1980 ph¸t hiÖn Viroid kÝ sinh g©y bÖnh thùc vËt

- Viroid cã cÊu t¹o mét thµnh phÇn duy nhÊt lµ RNA

- Viroid t¹o nªn çc khèi u cña mét sè loµi thùc vËt

- CÊu t¹o tõ kho¶ng 250 -300 ribonucleotid

KÕt luËn:

acid nucleic lµ vËt chÊt mang th«ng tin di truyÒn

3. ThÝ nghiÖm bæ xung cña Oswald Avery vµ céng sù 1944- LÆp l¹i çc thÝ nghiÖm cña Griffith 1928, bæ xung 2 thÝ nghiÖm sau:

+ TN 1:D¹ng S ®un nãng + R + enzym protease tiªm vµo chuét chuét chÕt+ TN 2: D¹ng S ®un nãng + R + enzym nuclease tiªm vµo chuét chuét sèng

Acid nucleic lµ nh©n tè biÕn n¹p



CÊu tróc DNA- CÊu tróc baz¬ nit¬, nucleozid vµ nucleotid- CÊu tróc xo¾n kÐp cña ph©n tö DNALiªn kÕt 3’,5’-phosphodiesterLiªn kÕt hydro gi÷a çc baz¬ nit¬Kho¶ng çch gi÷a çc baz¬ nit¬

§Æc trng cña DNA- TÝnh chÊt håi tÝnh vµ biÕn tÝnh cña DNA- NhiÖt ®é biÕn tÝnh Tm- Tû lÖ A+T / G+C- TrËt tù x¾p xÕp cña çc nucleotid- CÊu tróc kh«ng gian cña chuçi xo¾n kÐp

III. CÊu tróc DNA



1. Baz¬ nit¬ vµ nucleotid- Bazơ nitơ



dATP (deoxyadenosin triphosphat)

CN

H

C

CCN

H

NH2

32

16

5

4

N

N

C7

89

O

CC

CC H

H

H

H

OH

CH2

H

1'

2'3'

4'

5'OPO

O

O

POO

O

POO

O

3' hydroxyl

5' phosphat

Nucleotid (dNTP:dATP, dGTP, dCTP, dTTP)Bazơ ntơ + Đường + Phosphat





2. Cấu trúc mạch đơn DNACác nucleotid trong mạch đơn DNA – liên kết phosphodieste



3. Nguyên lí ChargaffTrong phân tử DNA: số lượng A = T, số lượng G = C



Liên kết giữa hai mạch đơn phân tử DNA – liên kết hydro

A - T cã 2 liªn kÕt hydro

G - C cã 3 liªn kÕt hydro



C

A

G

T

AA

G

TTG

CC

A TC G

4. CÊu tróc xo¾n kÐp DNA



5. M¹ch ®¬n DNA ®îc kÐo dµi theo chiÒu 5’ ®Õn 3’



Ph©n tö DNA xo¾n kÐp

Vïng giµu A -T biÕn tÝnh sím nhÊt

Çc sîi DNA ®¬n th¸o xo¾n

NhiÖt ®é caohoÆc pH cao

Çc s¬i ®¬n DNAt¸ch rêi nhau

6. TÝnh chÊt biÕn tÝnh, håi tÝnh cña DNA



100

50

0

7050 90oC

PhÇ

n tr

¨m G

-C

tro

ng D

NA

NhiÖt ®é biÕn tÝnh cña DNA (Tm – T melting )

Tm lµ nhiÖt ®é trung b×nh khi hai m¹ch DNA b¾t ®Çut¸ch rêi nhau vµ t¸ch nhau hoµn toµn



- Tû lÖ G -C cµng cao ph©n tö DNA cã Tm cµng lín- Çc nucleotid s¾p xÕp liÒn nhau cµng dµi Tm cµng lín



7. §Æc ®iÓm cÊu tróc çc d¹ng DNA

D¹ng A D¹ng B D¹ng Z

ChiÒu xo¾n: Xo¾n ph¶i Xo¾n ph¶i Xo¾n tr¸i

§êng kÝnh: 2.6 nm 2.0 nm 1.8 nm

CÆp baz¬: 11 bp 10.4 bp 12 bp

Mét vßng xo¾n: 2,53 nm 3,54 nm 4,56 nm

Çch tÝnh Tm

Víi ®o¹n DNA < 25 cÆp baz¬:

Tm= 2 0C x (A + T) + 4 0C x (G + C)

Víi ®o¹n DNA > 25 c¹p baz¬:

Tm= 81,5 0C + 16,6 (log Na+) + 0,41 (% G +C) – (500/n)- 0,61% FA

FA - formaldehyt

n – tæng sè cÆp baz¬



DNAA B Z



IV. CÊu tróc RNA1. Các loại RNA chủ yếu

…

(21-28 nu)



RNA nhỏ có chức năng enzymRibozymRNA bộ gen virusGenomic RNA

Điều hoà phiên mã và dịch mãPri miRNA - primary micro RNAmiRNA - micro RNA

RNA bất hoạtshRNA - short hairpin

Bất hoạt gen, điều hoà phiên mã vàdịch mã

siRNA - small interfering RNA, RNA silencing)

Cắt nối mRNA, rRNA, tRNA; tạo đuôipolyA

snRNA - small nuclear snoRNA - small nucleolar

Tham gia quá trình tổng hợp proteintRNA – transfer RNA

Tham gia quá trình tổng hợp proteinrRNA - ribosomal RNA

Tham gia quá trình tổng hợp proteinmRNA - messenger RNA

Chức năng cơ bảnCác dạng RNA chủ yếu



RNA ribosom (rRNA): 3 lo¹i16S rRNA (rRNA tiÓu phÇn nhá ribosom)23S rRNA (rRNA tiÓu phÇn lín ribosom)5S rRNA (rRNA tiÓu phÇn lín ribosom)

- Çc lo¹i rRNA cña eukaryote

- Çc lo¹i rRNA cña prokaryote

RNA ribosom (rRNA): 4 lo¹i18S rRNA (rRNA tiÓu phÇn nhá ribosom)28S rRNA (rRNA tiÓu phÇn lín ribosom)5, 8S vµ 5S rRNA (rRNA tiÓu phÇn lín ribosom)



2. Thµnh phÇn baz¬ nit¬ cña RNA vµ DNA

RNA DNA

Adenin AdeninCytosin CytosinGuanin GuaninUracil (U) Thymin (T)

Trong ph©n tö RNAuracil - adenin

Trong ph©n tö DNAthymin - adenin

T = A U = A



5’

3’



3. CÊu tróc tæng qu¸t mRNA cña prokaryote

5’

3’

uuccuccu AUG

Tr×nh tù Shine-Dalgarno Bé ba më ®Çu (initiation)

Tr×nh tù Shine-Dalgarno (SD) giµu baz¬ pyrimidin (uracil) lµvÞ trÝ kÕt hîp víi 16S rRNA khëi ®Çu tæng hîp protein

AAU

Bé ba kÕt thóc (termination)

Vïng dÞch m· (coding sequence)



4. CÊu tróc tæng qu¸t mRNA cña eukaryote

m7GpppMò

5’ Vïng 5’ kh«ng dÞch m· AUG

Bé ba më ®Çu(initiation codon)


(AAAAAA)n§u«i poly(A)

UGA

Bé ba kÕt thóc (Termination codon)

3’AAUAAA

Vïng 3’ kh«ng dÞch m·



tRNA vËn chuyÓn çc acid amin cho qu¸ tr×nh dÞch m·• §Çu 3’ cã tr×nh tù - CCA g¾n víi acid amin• Bé ba ®èi m· (anticodon) ë vÞ trÝ ph×nh gi÷a (anticodon loop)

5. CÊu tróc tæng qu¸t RNA vËn chuyÓn (mRNA)



V . VẬT CHẤT DI TRUYỀN

CỦA MỘT SỐ NHÓM SINH VẬT1. VËt chÊt di truyÒn cña virus

- DNA xo¾n kÐp (Adenovirus, Herpesvirrus, VR viªm gan B- HBV, phage T, phage λ)

- DNA m¹ch ®¬n ( phage ϕ X174, phage M13…)

- RNA m¹ch ®¬n (VR sëi – paramyxovirus, VR d¹i - Rhadovirus, VRcóm, quai bÞ – myxovirus influenzae, VR sèt xuÊt huyÕt, viªm n·o –Arbovirus, VR viªm gan HAV, HCV, HDV, vµ HEV; VR HIV…)

- RNA m¹ch kÐp ( Reovirus )

2. VËt chÊt di truyÒn cña prokaryote

- DNA m¹ch kÐp (NST ®¬n gi¶n)

- DNA m¹ch kÐp trong plasmid, ty thÓ , l¹p thÓ

3. VËt chÊt di truyÒn cña Eukaryote

- DNA m¹ch kÐp trong nh©n, NST cã cÊu tróc ®iÓn h×nh- DNA trong ty thÓ , l¹p thÓ vµ DNA trong Plasmid ë nÊm men-





VI. CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG NHIỄM SẮC THỂ1. CÊu tróc nhiÔm s¾c thÓ





2. CÊu tróc nucleosom

+ Nucleosom:- ~200 bp DNA; 2 vßng DNA cuèn chÆt 8 ph©n tö histon-Mét ph©n tö histon H1 dÝnh gi÷a + T©m nucleosom: - KÝch thíc146 bp DNA cuèn 1 3/4 vßng- DNA kh«ng ë d¹ng siªu xo¾n- Cã 4 lo¹i histon H2A, H2B, H3, H4 (mçi lo¹i 2 ph©n tö)





- CÊu tróc mét NST ®¬n gåm: T©m ®éng (C), çnh dµi (q), çnh ng¾n (p) vµ ®iÓm mót (telomer)- Tuú vÞ trÝ t©m ®éng cã thÓ t¹o nªn çc d¹ng t©m c©n, t©m lÖch, t©m mót- H×nh d¹ng, kÝch thíc, sè lîng bé NST ®Æc trng riªng cho mçi loµi. VÝ dô: Ruåi giÊm 2n=8 gåm :1cÆp NST h×nh que;1 cÆp h×nh ch÷ V; 1 cÆp h×nh h¹t, 1cÆp NST giíi tÝnh ë con çi 2 chiÕc h×nh que, ë con ®ùc 1 h×nh que vµ mét h×nh mãc nhá h¬n



1 Mb, 33 gen

Chr 19 kÝch thíc 60 Mb, ~1200 gen



3. H×nh d¹ng, sè lîng nhiÔm s¾c thÓ

- H×nh d¹ng, kÝch thíc nhiÔm s¾c thÓ ®Æc trng riªng cho tõng loµi sinh vËt, ë kú gi÷a cña çc qu¸ tr×nh ph©n bµo mçi nhiÔm s¾c thÓ chia thµnh çnh dµi (q) çnh ng¾n (p), gi÷a lµ t©m ®éng.- ë k× gi÷a nhiÔm s¾c thÓ cã nhiÒu lo¹i h×nh d¹ng kh¸c nhau: h×nh que, h×nh h¹t, h×nh ch÷ V, ch÷ X, ch÷ Y …- ë ngêi 2n = 46, bß 2n = 60, gµ 2n = 78, ruåi giÊm 2n= 8, lóa 2n = 24, ng« 2n = 20... Çc giao tö cã bé nhiÔm s¾c thÓ ®¬n béi (n), ë ngêi n = 23, ng« n = 10, bßn = 30...- Sè lîng gen trªn mçi nhiÔm s¾c thÓ ®Æc trng ë mçi loµi sinh vËt



Chương 2

GEN & BỘ Gen

I . Cấu trúc genII . Tái bản gen (DNA)III. Phiên mã tổng hợp RNAIV. Dịch mã và sinh tổng hợp proteinV . Điều hòa hoạt động và biểu hiện genVI. Cấu trúc nhiễm sắc thể và bộ gen



Gen3

Gen2

Gen1

A. gen



Gen lµ g×?- ThuËt ng÷ gen (gene) b¾t nguån tõ ch÷ Hyl¹p Genos : nghÜa lµ nguån gèc - ThuËt ng÷ gen ®îc ®a ra lÇn ®Çu tiªn n¨m 1902 bëi Walter Sutton vµ Theodor Boveri, khi nªu thuyÕt cÊu tróc nhiÔm s¾c thÓ- Kh¸i niÖm gen: gen ®îc hiÓu mét çch chung nhÊt lµ mét ®o¹n DNA (hoÆc RNA) mang th«ng tin di truyÒn x¸c ®Þnh cÊu tróc cña mét chuçi peptid hoÆc mét lo¹i RNA (rRNA, tRNA, siRNA, miRNA, smallRNA, ribozym…)



Gen mang

m· di truyÒn

Gen kh«ng mang

m· di truyÒn

Gen

- Gen m· ho¸ protein (mRNA)

- Gen m· ho¸ rRNA, tRNA, ribozym, small RNA,..

- Gen gi¶ (pseudogene)

- Gen cha râ chøc n¨ng

- Çc intron

- §o¹n lÆp minnisatellit, microsatellit,

- Çc tr×nh tù TEL, CEN, Telomer, Spacer, Alu, Intergenic…



- Gen giả chiếm khoảng 20-30% DNA gen nhân của sinhvật bậc cao- Gen giả là các gen không chức năng, là các bản copy của gen mã hoá protein nhưng không được phiên mãhoặc có phiên mã nhưng không được dịch mã (nguyênnhân chưa rõ)- Cấu trúc gen giả: có thể xuất phát từ các gen nhảy củavirus (retro-transposon), bản copy gen mã hoá protein bịmất 5’ promoter, không có các intron, có đoạn polyA.- Cơ chế hình thành gen giả: chưa rõ

Gen giả (Pseudogenes)

Gen mã hoá protein (Coding gene)

- Gen mã hoá protein chiếm dưới 2% DNA bộ gen- Gen mã hoá protein có cấu trúc điển hình 3 vùng gen: vùng điều khiển, vùng mang mã di truyền - ORF vàvùng kết thúc



Gen ®iÓn h×nh gåm 3 vïng: - Vïng ®iÒu khiÓn hay vïng promoter (vùng 5’)- Vïng mang m· di truyÒn (Coding sequences)

hay vïng dÞch m· ORF )- Vïng kÕt thóc hay (vïng 3’)

I. CÊu tróc gen



Vïng 5’ Vïng mang m· di truyÒn (ORF) Vïng 3’

P O

Promoter Operator

+1 Phiªn m·

-60 -40 -35 -10

Upstream element – UE Core Promoter - T©m promoter- 35 (TTGACAT) - 10 hay TATA box ë prokaryote - 75 CAAT box - 25 TATA box ë eukaryote

1. CÊu tróc vïng điều khiển (vùng 5’promoter)



3’

promoter

Gene 1 Gene 2 Gene 3

a. CÊu tróc tæng qu¸t gen (Operon) prokaryote

- Promoters

+Tr×nh tù - 35 (TTGACA) gåm15-20 bp

+Tr×nh tù -10 (TATAAT) gåm 5-9 bp

- §iÓm khëi ®Çu phiªn m· CAT

-Tr×nh tù shine-dalgarno 10 bp (AGGAGG) phÝa trªn béba mở đầu (AUG)

- Terminator

5’Operon



Vïng 5’ cña prokaryote

-Cã 1 lo¹i o promoter chung cho çc gen m· ho¸ mRNA, rRNA, tRNA và small RNA- Promoter ®iÒu khiÓn sù phiªn m· cña tÊt c¶ çc cistron (gen cÊu tróc) trong mét OPERON.



b. CÊu tróc tæng qu¸tgen cña eukaryote

5’

3’



Gen (DNA)⇒ RNA ⇒ Protein



Eukaryote cã 3 lo¹i promoter ®iÓn h×nh, ®Æc trng riªng víi tõng nhãm gen cÊu tróc:

Vïng 5’ cña Eukaryote

Vùng mang mã di truyền

Vùng 3’

Vùng promoter

- 5’ UTR trình tự ở đầu 5’ không dịch mã- 3’ UTR trình tự ở đầu 3’ không dịch mã- TATA box vÞ trÝ -30 -35- CAAT box vÞ trÝ -75 gåm kho¶ng 22bp - GC box vÞ trÝ - 90 gåm kho¶ng 20bp- Tr×nh tù phÝa trªn Promoter (Upstream Promoter elements)- Spacer DNA gåm kho¶ng 14-20 nucleotid- Vị trÝ khëi ®Çu phiªn m· kho¶ng 6-20 bp tríc bé ba më ®Çu CAT- TÝn hiÖu g¾n ®u«i PolyA signal (AATAAA)



1. Promoter nhóm I (promoter của gen mã hoá rRNA 18S, 28S và5,8S là vị trí tiếp xúc của enzym RNA polymorase I)

Vùng điều khiển gen của Eukaryote chia làm 3 nhómPromoter khác nhau:

2. Promoter nhóm II (promoter của các gen mã hoá¸ mRNA là vị trítiếp xúc của enzym RNA polymerase II)



Promoter cña çc gen m· ho¸ tRNA)

Promoter cña çc gen m· ho¸ 5S rRNA)

Phiªn m·

Phiªn m·

3. Promoter nhóm III ( promoter của các gen mã hoá tRNA, r RNA làvị trí tiếp xúc của enzym RNAplymerase III)



Enhancer vµ silcencer- Lµ tr×nh tù ®iÒu hoµ ho¹t

®éng gen- N»m tríc, sau hoÆc trong

gen- Ho¹t ®éng kh«ng phô

thuéc vµo gen

Promoter và vị trí các trình tự enhancer,silencer

Promoter- VÞ trÝ RNA polymerase tiÕp

cËn DNA- VÞ trÝ tiÕp cËn cña nh©n tè

phiªn m·- KiÓm so¸t ho¹t ®éng gen



Vïng 5’

§iÓm khëi ®Çu phiªn m·

§iÓm kÕt thóc phiªn m·

Vïng 3’

Phiªn m·

mRNA

Cistron 1 Cistron 2 Cistrron 3 Cistron 4

+1

-Çc gen tËp hîp thµnh Operon gåm nhiÒu cistron cã chung vïng ®iÒu khiÓn (vïng 5’) vµ vïng kÕt thóc (vïng 3’)

-Phiªn m· tõ ®iÓm khëi ®Çu cña cistron 1 cho ®Õn cistron cuèi cïng

-Kh«ng cã qu¸ tr×nh g¾n mò vµ g¾n ®u«i Poly A; Phiªn m· ®ång thêi víi dÞch m·

OPERON

2. CÊu tróc vïng dÞch m· (translated region- ORF)

a. Vïng dÞch m· cña prokaryote

AUG AUG AUG AUG



Vïng 5’ Exon 1 Exon 2 Exon 3

Intron 1 Intron 2 Intron 3

§iÓm khëi ®Çu phiªn m·

§iÓm kÕt thóc phiªn m·

§iÓm g¾n ®u«i PolyA

Vïng 3’

Phiªn m·

7mGTiÒn mRNA ®· g¾n mò

TiÒn mRNA ®îc g¾n mò & ®u«i PolyA

AAAAAA7mG

7mGmRNA hoµn chØnh

G¾n mò, g¾n ®u«i PolyA

C¾t Intron, nèi Exon

AUG

AUG UAA

AUGAAAAAA

b. Vïng dÞch m· cña Eukaryote



CÊu tróc gen eukaryote: gen ph©n ®o¹n exon-intron xen kÏ

Gen m· ho¸histon

Gen m· ho¸factor VIII

KÝch thíc gen = 400 bpgåm exon = 400 bp + intron = 0 bp(Kh«ng cã intron)

Gen m· ho¸β-globin

KÝch thíc gen = 1.660 bpGåm exon 990 bp + intron 670 bp

KÝch thíc kho¶ng ~ 186.000 bp;Gåm exon = ~ 9.000 bp + intron = 9.600bp



+ Vïng 3’ cña prokaryote vµ eukaryote cã cÊu tróc t¬ng ®èi gièng nhau gåm:

- TÝn hiÖu kÕt thóc

- Mét sè tr×nh tù lÆp ng¾n cha râ chøc n¨ng

- Tr×nh tù kÕt thóc ®Ó ph©n biÖt gen nµy víi gen kh¸c (terminator)

+ Vïng 3’ cña eukaryote cã çc tr×nh tù ®Æc hiÖu cho g¾n ®u«i poly Adenin

+ Vïng 3’ kh«ng mang m· di truyÒn, nhng lµ cÊu tróc kh«ng thÓ thiÕu ®îc cña gen. G©y ®ét biÕn nh©n t¹o ëvïng 3’ còng g©y biÕn ®æi cÊu tróc gen, cÊu tróc protein t¬ng øng

3. CÊu tróc vïng 3’



1. Chu kú tÕ bµo

G1

S

G2

M

- G1:Sinh trëng vµ chuÈn bÞ tæng hîp DNA- S: Tæng hîp DNA & histon- G2: Sinh trëng vµ chuÈn bÞ ph©n chia tÕ bµo- M: Nguyªn ph©n

Thêi gian cña chu k× tÕ bµo kh¸c nhau tuú theo lo¹i tÕ bµo, c¬ quan…- TÕ bµo gan chuét 6 th¸ng - TÕ bµo biÓu m« ruét 0,5 giê

II. Tái bản gen (DNA)



1. Çc gi¶ thuyÕt vÒ t¸i b¶n DNA



2. T¸i b¶n DNA(theo c¬ chÕ b¸n b¶o thñ)



a. Ch¹c ba t¸i b¶n ë Prokaryote





*Binding proteins prevent single strands from rewinding.

5’

3’

5’

3’

3’5’

5’3’

Tái bản gen

- Enzym Primase tổng hợp các đoạn RNA ngắnở các đầu 3’ tạo các RNA mồi (RNA primer)

Helicase

Primase

- Enzym topoisomerase tiếp cận vị trí Ori thực hiện quátrình mở xoắn, enzym helicase cắt các liên kết hydro, protein bám dính SSB bám vào các mạch đơn



5’3’5’3’

5’

3’

3’5’

Tái bản gen

Enzym DNA polymerase gắn các nucleotid với RNA mồi, tổng hợp các mạch đơn

DNA polymerase



5’ 5’

5’3’

5’

3’

3’

5’

3’

3’

Đoạn Okazaki

Tái bản gen

- Mạch liên tục tổng hợp theo chiều 5’ đến 3’ cùng chiềutháo xoắn của phân tử DNA- Mạch gián đoạn tổng hợp từng đoạn ngắn 5’ đến 3’ngược chiều tháo xoắn gọi là đoạn Okazaki



5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

3’

3’

5’ 5’3’

Tái bản gen

- Mạch liên tục tổng hợp theo chiều 5’ đến 3’ cùng chiềutháo xoắn của phân tử DNA- Mạch gián đoạn tổng hợp từng đoạn ngắn 5’ đến 3’ngược chiều tháo xoắn gọi là đoạn Okazaki



5’

5’

3’ 3’

5’

3’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

Enzym Exonuclease phân huỷ các RNA mồi

Tái bản gen

Enzym Exonuclease



Enzym Ligase xúc tác hình thành liên kết phosphoestenối liền các đoạn DNA với nhau

3’

5’

3’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

Tái bản gen

Enzym Ligase



5’3’5’3’

5’

3’

3’5’

5’

5’3’5’3’ 3’

5’

3’

5’3’

5’

3’

3’5’

5’3’

3’5’ 5’

5’3’5’3’ 3’

5’

3’

5’

5’ 3’

5’3’

3’

5’ 5’3’

5’

3’3’5’

3’

5’ 3’

5’3’

3’

5’

3’5’

3’

5’ 3’

5’3’

3’

5’

Tái bản gen



Çc ®iÓm Ori çch nhau kho¶ng 150 kb

Hai ph©n tö DNA míi

b. T¸i b¶n DNA ë Eukaryote

5’3’

3’5’

5’3’

3’5’3’5’

5’3’



• VÒNG TÁI BẢN CỦA DNA

3’5’

5’ 3’

3’ 5’

5’3’

3’5’

5’3’

- Çc m¹ch ®¬n DNA chØ ®îc tæng hîp theo mét chiÒu tõ 5’ ⇒ 3’- M¹ch nhanh ®îc tæng hîp liªn tôc, m¹ch chËm tæng hîp tõng ®o¹n ng¾n kho¶ng 1000 nu (®o¹n Okazaki)

Sîi chËm(lagging strand)

Sîi nhanh(leading strand)

§o¹n Okazaki



1. Phiªn m· cña prokaryotea. CÊu tróc RNA polymerase cña prokaryote

RNA polymerase ë E. coli gåm 5 tiÓu phÇn proteinTiÓu phÇn Sè lîng Vai trßα 2 Cha râ chøc n¨ngβ 1 T¹o liªn kÕt phosphodiesteβ ’ 1 g¾n víi DNA khu«n

α2ββ’σ α2ββ’ + σholoenzym T©m enzym polymerase Nh©n tè sigma

(core polymerase)

III. Phiên mã (transcription)

σ 1 G¾n víi promoter lµ nh©n tèkhëi ®Çu phiªn m·



b. C¬ chÕ phiªn m· ë Prokaryote



- Phiªn m· tõ ®Çu ®Õn cuèi ph©n tö DNA chung chotÊt c¶ çc ciston trong 1 operon- Phiªn m· ®ång thêi víi dÞch m·



2. Phiªn m· cña Eukaryotea. Nh©n tè phiªn m· vµ RNA polymerase ë eukaryote

- Çc nh©n tè phiªn m·lÇn lît ®Õn g¾n vµo vÞ trÝt©m promoter.- Nh©n tè TFII F g¾n víienzym t¹o thµnh phøchîp råi tiÕp xóc víipromoter-Nh©n tè TFII S khëi ®éng phiªn m· lµm ®øt liªn kÕtgi÷a 2 m¹ch DNA (mëxo¾n)- Cã 3 lo¹i RNA polymerase kh¸c nhau t¬ng øng víi 3 nhãmpromoter



b. Phiªn m· ë eukaryote

(Antisense)

(Sense)



RNAPDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.softwarelabs.com


Qu¸ tr×nh g¾n mò vµ g¾n ®u«i plyA cho çc mRNA

- Çc ph©n tö mRNA khi tæng hîp ®îc mét ®o¹n (9-11 nu) ë®Çu 5’ ®îc g¾n 1 ph©ntö 7mGppp gäi lµ mò (cap).- Tríc khi kÕt thóc ®îc g¾n 250-350 nucleotid lo¹i A t¹o thµnh ®u«i polyA



c. C¬ chÕ phiªn m· ë eukaryote

- RNA ®îc tæng hîp trªn m¹ch khu«n (antisense- kh«ng mang m·) cña gen theo chiÒu 5’ ⇒3’- Mçi gen chØ cã 1 m¹ch khu«n, trªn ph©n tö DNA cã nhiÒu gen, çc m¹ch khu«n lµ kh¸c nhau- Ph©n tö tiÒn RNA (preRNA) qua qu¸ tr×nh biÕn ®æi thµnh d¹ng ho¹t ®éng, ra khái nh©n tham gia tæng hîp Protein



4. CÊu tróc tæng qu¸t RNA th«ng tin (mRNA)a. mRNA cña prokaryote

AUGSD AUGSDTr×nh tù Shine- Dalgarno

vµ bé ba më ®Çu

5’ 3’AUGSD

Cistron 2 Cistron 3

lac I P O lac Z lac Y lac A

AUG AUG AUG

AUGSD AUGSDAUG

Tr×nh tù Shine- Dalgarnovµ bé ba më ®Çu

5’

AUG

Tr×nh tù Shine- Dalgarnovµ bé ba më ®Çu

Bé ba AUG m· ho¸ Met kh«ng cã tr×nh tù SD

Shine- Dalgarno

Çc gen cïng híng t¹o thµnh Operon (Operon Lac gåm 3 gen m· ho¸ 3 protein enzym gäi lµ 3 cistron). Çc cistron ®îc phiªn m· ®ång thêi cïng víi qu¸ tr×nh dÞch m·



5’ m7GpppMò

Vïng 5’ kh«ng dÞch m· AUG

Bé ba më ®Çu(initiation codon)


§u«i poly(A)Bé ba kÕt thóc (Termination codon)

AAUAAAVïng 3’ kh«ng dÞch m·

b. mRNA cña eukaryote

UAA (AAAA)N 3’

5’ 7mGppp AUG

Mét bé ba më ®Çu AUG ë ®Çu 5’

AUG

Bé ba AUG m· ho¸ Met kh«ng lµm nhiÖm vô cña bé ba më ®Çu

AAAAAA





1. §Æc ®iÓm quá trình phiªn m·

+ Prokaryote

- Phiªn m· ®ång thêi cho tÊt c¶ çc cistron

- Kh«ng g¾n mò, kh«ng g¾n ®u«i, kh«ng c¾t intron-nèi exon

- mRNA võa míi tæng hîp cã thÓ cho çc ribosom tiÕp xóc ngay, qu¸ tr×nh phiªn m· vµ dÞch m· tiÕn hµnh ®ång thêi

+ Eukaryote

- Phiªn m· riªng biÖt ë mçi gen t¹o çc ph©n tö tiÒn mRNA- Cã qu¸ tr×nh g¾n mò, g¾n ®u«i vµ c¾t intron vµ nèi exon t¹o

çc mRNA hoµn chØnh- mRNA hoµn chØnh míi ®îc ®a ra ngoµi tÕ bµo chÊt tham

gia tæng hîp protein

III. MÃ DI TRUYỀN VÀ QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ



- M· di truyÒn cã 64 bé ba m· ho¸ h¬n 20 lo¹i acid amin trong tæng hîp protein.

- 4 lo¹i nucleotid A, G, C, U nªn 43 = 64- Bé ba më ®Çu: AUG (m· ho¸ methionin)- Ba bé ba kh«ng m· ho¸ acid amin gäi lµ bé ba kÕt thóc: UAA, UAG, UGA§Æc ®iÓm cña m· di truyÒn:

- æn ®Þnh, kh«ng mang tÝnh ®Æc hiÖu loµi- Cã tÝnh linh ho¹t (nucleotid thø 3 cã thÓ thay ®æi, nªn mét lo¹i acid amin cã thÓ do 2 hoÆc nhiÒu bé ba m·ho¸- M· di truyÒn chØ theo mét chiÒu nhÊt ®Þnh, t¹o nªn çc khung ®äc m· kh¸c nhau (khung ®äc m· cã thÓliªn tôc hoÆc çch ®o¹n)

2. M· di truyÒn



B¶ng m· di truyÒn (Genetic Code)

UUUUUCUUAUUG

CUUCUCCUACUG

AUUAUCAUAAUG

GUUGUCGUAGUG

UCUUCCUCAUCG

CCUCCCCCACCG

ACUACCACAACG

GCUGCCGCAGCG

UAUUACUAAUAG

CAUCACCAACAG

AAUAACAAAAAG

GAUGACGAAGAG

UGUUGCUGAUGG

CGUCGCCGACGG

AGUAGCAGAAGG

GGUGGCGGAGGG

Phe

Leu

Leu

Val

Ile

Met

Ser

Pro

Thr

Ala

Tyr

Stop

His

Gln

Asn

Lys

Asp

Glu

Cys

Arg

Ser

Arg

Gly

StopTrp



H2N-C-C-OHH

R--

O=ATP

H2N-C-C-O-P-O-riboza-adeninH

R--

O=

acid amin

ADP

tRNA

H2N-C-C-OH

R--

O=

Aminoacyl - tRNA

AMP

3’

Adenyl ho¸

a. S¬ ®å ho¹t ho¸ acid amin

(acid amin d¹ng ho¹t ®éng)

5’

5’

Bé ba ®èi m·

Bé ba ®èi m·

3. C¬ chÕ dÞch m·



b. S¬ ®å kÕt hîp bé ba ®èi m· (tRNA)víi bé ba m· ho¸ (mRNA)

5’ 3’A U GU A C

3’ 5’ tRNAmet

mRNA

5’ 3’

C U AG

G A U

3’ 5’tRNAleu

mRNA

Baz¬ “linh ho¹t”

Mét tRNAleu cã thÓ “®äc” 2 béba m· ho¸ acid amin leucin

Bé ba më ®Çu trªn mRNA

DNAT A CA T G



c. S¬ ®å phiªn m· vµ dÞch m· ë eukaryote



Prokaryote:gen ®ång nhÊt (exon) mét gen- mét protein

Eukaryote gen = intron + exon; mét gen- nhiÒu protein



* Çc gen trong cïng Operon cña vi khuÈn do mét vïng ®iªï hoµ, çc gen ®¬n cã vïng 5’ riªng* Çc nh©n tè m«i trêng (chÊt dinh dìng, nhiÖt ®é, chÊt ®éc…) cã thÓ ho¹t ho¸ hoÆc øc chÕ ho¹t ®éng cña gen* Çc møc ®é ®iÒu hoµ gåm:- §iÒu hoµ ë møc phiªn m·- §iÒu hoµ ë møc dÞch m·- §iÒu hoµ b»ng çc gen t¨ng cêng (enhancer) hay gen bÊt ho¹t (silencer)

V. Điều hòa dịch mã

1. §iÒu hoµ ho¹t ®éng gen cña prokaryote



* Çc gen trong cïng Operon cña vi khuÈn do mét vïng ®iªï hoµ* Çc nh©n tè m«i trêng (chÊt dinh dìng, nhiÖt ®é, chÊt ®éc…) cã thÓ ho¹t ho¸ hoÆc øc chÕ ho¹t ®éng cña gen* Çc møc ®é ®iÒu hoµ gåm:- §iÒu hoµ ë møc phiªn m·- §iÒu hoµ ë møc dÞch m·- §iÒu hoµ b»ng çc gen t¨ng cêng (enhancer) hay gen bÊt ho¹t (silencer)

V. §iÒu hoµ dÞch m·

1. §iÒu hoµ ho¹t ®éng gen cña prokaryote



LacI Promoter LacY LacALacZOperatorCAPBindin

RNAPol.

Repressor

Repressor

mRNA

Lac Operon: Khi cã glucose trong m«i trêng (kh«ng cã lactose)

Kh«ng ®îc phiªn m·

1.1. §iÒu hoµ dÞch m· ë lac Operon



Lac I Promoter LacY LacALacZOperatorCAP

Repressor

mRNA

Lac

Repressor

Repressor

XRNAPol.

RNAPol.

Phiªn m· víi cêng ®é thÊp

Lac Operon: Khi cã glucose vµ lactose trong m«i trêng




Repressor Promoter LacY LacALacZOperatorCAP

Repressor

mRNA

CAPcAMP

Lac

Repressor

Repressor

XCAPcAMP

CAPcAMP

RNAPol.

RNAPol.

Lac Operon: Khi chØ cã lactose trong m«i trêng (kh«ng cã Glucose)




Trp

Trp

Repressor

Repressor

Repressor Promo. trpD trpBLead.Operator trpAtrpCtrpEAten.RNAPol.

mRNA

Operon Trp :Khi m«i trêng cã Tryptophan

1.2. §iÒu hoµ dÞch m· ë Trp - Operon



Trp

Trp

Repressor

Repressor

Repressor Promo. trpD trpBLead.Operator trpAtrpCtrpEAten.RNAPol.

mRNA

Operon Trp :Khi m«i trêng cã Tryptophan




Repressor

Repressor Promo. trpD trpBLead.Operator trpAtrpCtrpEAten.

mRNA

RNAPol.

RNAPol.

Operon Trp :Khi m«i trêng kh«ng cã Tryptophan




- Khi m«i trêng cã hµm lîng tryptophan cao: chØ cã gen L ®îc phiªn m·, dÞch m· kh«ng ®îc thùc hiÖn. - Khi m«i trêng cã hµm lîng tryptophan thÊp: c¶ 6 gen TrpL, TrpE, TrpD, TrpC, TrpB vµ TrpA ®Òu ®îc phiªn m·,: qu¸ tr×nh dÞch m· thùc hiÖn t¹o mét sè s¶n phÈm trung gian cuèi cïng lµ tryptophan ®îc tæng hîp.

Không phiên mã các gen mã hoá Tryptophan

Phiên mã tạo mRNA



- Khi enzym RNA polymerase tiÕp xóc víi C1 promoter, gen C1 phiªn m· vµ dÞch m· t¹o protein C1. Protein C1 øc chÕ ho¹t ®éng cña gen Cro lµm cho bé gen phage lamda g¾n víi bé gen tÕ bµo. Phage lamda tån t¹i ë d¹ng sinh tan.

Gen Cro kh«ng ho¹t ®éng

2. §iÒu hoµ ho¹t ®éng gen cña phage



- Khi enzyme RNA polymerase tiÕp xóc víi Cro promoter lµm cho gen Cro ho¹t ®éng phiªn m· vµ dÞch m· t¹o Cro protein. T¸c ®éng cña Cro-protein lµm cho bé gen phage lamda t¸ch khái bé gen tÕ bµo, t¸i b¶n vµph¸ huû tÕ bµo. Phage lamda tån t¹i ë d¹ng g©y ®éc.

Gen C1 kh«ng ho¹t ®éng



Mçi gen cÊu tróc cã mét vïng ®iªï hoµ riªng

Çc møc ®é ®iÒu hoµ ho¹t ®éng gen:

- §iÒu hoµ ë møc phiªn m·- §iÒu hoµ ë møc dÞch m·- §iÒu hoµ b»ng thay ®æi ®é dµi ®u«i polyA- §iÒu hoµ b»ng çc enhancer hoÆc silencer- §iÒu hoµ b»ng çc protein ®Æc hiÖu (hormon, enzym, P53 protein…)

3. §iÒu hoµ ho¹t ®éng gen cña eukaryote



NST 16

NST 11

§iÒu hoµ gen m· ho¸ globin ngêi

- Çc nhãm gen m· ho¸ chuçi anpha n»m trªn nhiÔm s¾c thÓ sè 16 chÞu sù kiÓm so¸t cña enhancer (HS-40).- Çc nhãm gen m· ho¸ chuçi beta n»m trªn nhiÔm s¾c thÓ sè 11 chÞu sù kiÓm so¸t cña tr×nh tù locus control region (LCR)

α

αβ

β

HbA

α- gene

β- gen



1.1. §iÒu hoµ dÞch m· ë Lac Operon

+ CÊu tróc Operon Lac



- Khi m«i trêng kh«ng cã lactose, protein øc chÕ (R) g¾n víi Operator.

- Enzyme RNA polymerase kh«ng tiÕp xóc víi promoter, kh«ng cã qu¸ tr×nh phiªn m· vµ dÞch m·

phiªn m· kh«ng ®îc thùc hiÖn

a. M«i trêng kh«ng cã nh©n tè c¶m øng - Lactose



- Khi m«i trêng cã lactose. Lactose + protein øc chÕ (R) lµm cho protein øc chÕ (R) thay ®æi cÊu h×nh kh«ng g¾n ®îc víi promoter.

- Enzym RNA polymerase tiÕp xóc víi promoter, qu¸ tr×nh phiªn m· vµ dÞch m· ®îc thùc hiÖn

b. M«i trêng cã nh©n tè c¶m øng- Lactose



1.2. §iÒu hoµ dÞch m· ë Trp – Operon

+ CÊu tróc Operon Tryptophan



a. M«i trêng cã Tryptophan:

- Protein øc chÕ g¾n víi tryptophan thay ®æi cÊu h×nh vµ g¾n chÆt víi Operator. Enzym RNA polymerase kh«ng tiÕp xóc víi promoter. Qu¸ tr×nh phiªn m· vµ dÞch m· kh«ng ®îc thùc hiÖn.

Protein øc chÕ (repressor)

Tryptophan

Kh«ng cã qu¸tr×nh phiªn m·



b. M«i trêng kh«ng cã Tryptophan:

-Protein øc chÕ kh«ng g¾n ®îc víi Operator.

- Enzym RNA polymerase g¾n víi promoter, khëi ®éng phiªn m· tæng hîp mRNA. Qu¸ tr×nh dÞch m· ®îc thùc hiÖn t¹o nªn çc s¶n phÈm trung gian lµ 5 lo¹i protein E, D, C, B, A cuèi cïng t¹o nªn tryptophan



- Khi m«i trêng cã hµm lîng tryptophan cao: chØ cã gen L ®îc phiªn m·, dÞch m· kh«ng ®îc thùc hiÖn. - Khi m«i trêng cã hµm lîng tryptophan thÊp: c¶ 6 gen TrpL, TrpE, TrpD, TrpC, TrpB vµ TrpA ®Òu ®îc phiªn m·,: qu¸ tr×nh dÞch m· thùc hiÖn t¹o mét sè s¶n phÈm trung gian cuèi cïng lµ tryptophan ®îc tæng hîp.

Không phiên mã các gen mã hoá Tryptophan

Phiên mã tạo mRNA



- Khi enzym RNA polymerase tiÕp xóc víi C1 promoter, gen C1 phiªn m· vµ dÞch m· t¹o protein C1. Protein C1 øc chÕ ho¹t ®éng cña gen Cro lµm cho bé gen phage lamda g¾n víi bé gen tÕ bµo. Phage lamda tån t¹i ë d¹ng sinh tan.

Gen Cro kh«ng ho¹t ®éng

2. §iÒu hoµ ho¹t ®éng gen cña phage



- Khi enzyme RNA polymerase tiÕp xóc víi Cro promoter lµm cho gen Cro ho¹t ®éng phiªn m· vµ dÞch m· t¹o Cro protein. T¸c ®éng cña Cro-protein lµm cho bé gen phage lamda t¸ch khái bé gen tÕ bµo, t¸i b¶n vµph¸ huû tÕ bµo. Phage lamda tån t¹i ë d¹ng g©y ®éc.

Gen C1 kh«ng ho¹t ®éng



Mçi gen cÊu tróc cã mét vïng ®iªï hoµ riªng

Çc møc ®é ®iÒu hoµ ho¹t ®éng gen:

- §iÒu hoµ ë møc phiªn m·- §iÒu hoµ ë møc dÞch m·- §iÒu hoµ b»ng thay ®æi ®é dµi ®u«i polyA- §iÒu hoµ b»ng çc enhancer hoÆc silencer- §iÒu hoµ b»ng çc protein ®Æc hiÖu (hormon, enzym, P53 protein…)

3. §iÒu hoµ ho¹t ®éng gen cña eukaryote



NST 16

NST 11

§iÒu hoµ gen m· ho¸ globin ngêi

- Çc nhãm gen m· ho¸ chuçi anpha n»m trªn nhiÔm s¾c thÓ sè 16 chÞu sù kiÓm so¸t cña enhancer (HS-40).- Çc nhãm gen m· ho¸ chuçi beta n»m trªn nhiÔm s¾c thÓ sè 11 chÞu sù kiÓm so¸t cña tr×nh tù locus control region (LCR)

α

αβ

β

HbA

α- gene

β- gen



I. Çc mèc thêi gian nghiªn cøu bé genB. Bộ gen

1995 Bé gen vi khuÈn ®Çu tiªn ®îc giải trình tù4.1996 X¸c ®Þnh trình tù bé gen nÊm men (Saccharomyces

cerevisiae). KÝch thíc 12 Mb, gåm 5.500 gen12.1998 X¸c ®Þnh trình tù bé gen giun trßn (Caenorhabditis elegan ). KÝch thíc 97 Mb, gåm 19.000 gen

3.2000 X¸c ®Þnh trình tù bé gen ruåi dÊm (Drosophila melanogastes). KÝch thíc 137 Mb, gåm 13.500 gen12. 2000 X¸c ®Þnh trình tù bé gen c©y mï t¹t- Mustard (Arabidopsis thaliana). KÝch thíc 125 Mb, gåm 25.498 gen

6. 2000 Dù ¸n bé gen ngêi hoµn thµnh giai ®o¹n 12. 2001 15/16 bé gen ngêi ®· ®îc x¸c ®Þnh trình tù. KÝch thíc 3000 Mb, gåm khoảng 35.000 ~ 40.000 gen

2002 Bộ gen của 35 loµi vi khuÈn ®îc giải trình tù. KÝch thíc trung bình 0.5-5 Mb; cã tõ vµi trăm ®Õn 2000 gen



- Bé gen lµ tËp hîp tÊt cả çc gen trong mét tÕ bµo, bao gåm gen nh©n vµ gen ngoµi nh©n-Bé gen ơ sinh vËt eukaryote gåm gen nh©n tËp hîp thµnh çc cÊu tróc ®Æc thï gäi lµ nhiÔm s¾c thÓ. Gen ngoµi nh©n lµçc gen n»m trong ti thÓ, l¹p thÓ…-§èi víi sinh vËt prokaryote gen nh©n cã thÓ chØ lµ mét hoÆc vµi ph©n tö DNA d¹ng vßng, d¹ng sîi hoÆc võa d¹ng vßng võa d¹ng sîi. Gen ngoµi nh©n lµ çc gen n»m trong plasmid, ti thÓ, l¹p thÓ, …

II. Kh¸i niÖm bé gen



- CÊu tróc bé gen vi sinh vËt kh¸c nhau tuú nhãm, cha cã cÊu tróc nhiÔm s¾c thÓ ®iÓn h×nh

- PhÇn lín DNA (RNA) cña bé gen m· ho¸ protein, çc gen cïng nhãm chøc n¨ng tËp hîp thµnh operon (E. coli bé gen gåm h¬n 600 operon)

- Virus cã bé gen ®a d¹ng: DNA xo¾n kÐp, DNA m¹ch ®¬n, RNA m¹ch ®¬n, RNA m¹ch kÐp

- Vi khuÈn cã bé gen gåm gen nh©n (lµ 1 nhiÔm s¾c thÓ®¬n, cha cã cÊu tróc ®iÓn h×nh), gen ngoµi nh©n gåm gen plasmid gen ti thÓ, l¹p thÓ vµ çc gen nh¶y (Tn)

- NÊm men thuéc eukaryote, bé gen gåm gen nh©n cã 16 nhiÔm s¾c thÓ vµ ç gen ngoµi nh©n (gen ty thÓ)

- NÊm sîi cã thÓ ®¬n bµo hoÆc ®a bµo, cÊu tróc bé gen ®¬n gi¶n

II. §Æc ®iÓm cÊu tróc bé gen vi sinh vËt



-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bé gen Nhãm KÝch thíc (kb) Sè l¬ng gen------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------EukaryoteSaccharomyces cerevisiae NÊm men 13.500 (S) 6.000Caenorhabditis elegans Giun trßn 100.000 (S) 13.500Arabidopsis thaliana Thùc vËt 120.000 (S) 25.000Homo sapiens Ngêi 3.200.000 (S) 40.000ProkaryoteEscherichia coli Vi khuÈn 4.700 (V) 4.000Hemophilus influenzae Vi khuÈn 1.830 (V) 1.703Methanococcus jannaschii Vi khuÈn 1.660 (V) 1.738VirusT4 Bacteriophage 172 (S/V) 300HCMV (herpes group) Virus 229 (S) 200Ty thÓS. cerevisiae mitochondria NÊm men 78 (V) 34H. sapiens mitochondria Ngêi 17 (V) 37Chloroplast Liverwort 121 (V) 136PlasmidF plasmid E. coli 100 (V) 29----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------V = vßng ; S = sîi

III. KÝch thíc bé gen cña mét sè nhãm sinh vËt



IV. CÊu tróc bé gen cña mét sè vi sinh vËt

V« hiÖu ho¸ sù ®iÒu chØnh phiªn m·Nef

Viral protein R, bÊt ho¹t gen ART cña tÕ bµo chñ (ngêi) do ®ã lµm suy yÕu tÕ bµo chñ

Vpr

Viral protein U, tham gia gi¶i phãng virus khái tÕ bµoVpu

Protein quy ®Þnh kh¶ tÝnh l©y nhiÔm cña virusVif

§iÒu hoµ sù biÓu hiÖn gen virusRev

§iÒu chØnh sù phiªn m· tÝch cùc cña virusTat

Glycoprotein vá bao gåm (gp41) vµ (gp120)Env

M· ho¸ çc enzym: reverse transcriptase, protease, integrase Pol

Protein lâi: vá capsid (p24), NucleocapsidGag

CÊu tróc bé gen HIV



S¬ ®å cÊu tróc bé gen cña virus

Adenovirus

RNA

Gen 1 Gen 2 Gen 3

HIV

DNA

Gen 1 Gen 2 Gen 3 Gen 4



CÊu tróc bé gen SARSBé gen SARS lµ ph©n tö RNA kÝch thíc 29727 bp,gåm 2 khung ®äc më, çc gen cã ®Æc ®iÓm çch ®o¹n nh HIV,cã vïng siªu biÕn ®æi,



Bé gen SARS lÊy tõ bÖnh nh©n Hong Kong

bé gen SARS lÊy tõ bÖnh nh©n ë B¾c kinh

Bé gen SARS lÊy tõ bÖnh nh©n Singapore



Bộ gen virus b¹i liÖt

Bộ gen virus dại (Rhadovirus)

>7 kbPDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.softwarelabs.com


S¬ ®å cÊu tróc bé gen

Operon 1 Operon 2

E. coliPDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.softwarelabs.com


CÊu tróc bé gen Haemophilus influenzae



CÊu tróc gen ti thÓ cña nÊm men vµ ti thÓ trong tÕ bµo ngêi



V. §Æc ®iÓm cÊu tróc bé gen sinh vËt bËc cao

- TÕ bµo cã nh©n ®iÓn h×nh. CÊu tróc bé gen phøc t¹p gåm gen nh©n (t¹o nªn tõ çc nhiÔm s¾c thÓ) gen tÕ bµo chÊt (gen ti thÓvµ gen l¹p thÓ)

- Çc gen cã chøc n¨ng riªng, kh«ng cã hiÖn tîng t¹o Operon

- Gen m· ho¸ protein chØ chiÕm mét phÇn nhá bé gen (1 – 30 %)

- NhiÔm s¾c thÓ cã cÊu tróc ®iÓn h×nh (ë ngêi <2% gen m· ho¸protein)

- Bé gen gåm 2 nhãm: DNA cã chøc n¨ng (m· ho¸ protein hoÆc RNA) vµ DNA kh«ng cã chøc n¨ng vµ cha râ chøc n¨ng (intron vµ çc ®o¹n dÞ nhiÔm s¾c)

- Bé gen gåm 3 nhãm DNA:

- DNA kh«ng lÆp l¹i

- DNA lÆp l¹i Ýt

- DNA lÆp l¹i nhiÒu





§é dµi telomerë tÕ bµo b¹ch cÇu ngêi biÕn ®éng theo løatuæi



Hä gen mã hoá Hemoglobin ở người

α

β

ζ ψζ ψα1 α1 α2

ε Gγ Aγ ψβ δ β

4020 60 kbp

Nhiễm sắc thể 16

Nhiễm sắc thể 11

80

Mã hoá 4 dạng Hb của người- HbA α2β2- HbF α2γ2 sau khi sinh 3-6 th¸ng được thay thế bởi HbA - HbGower (hemoglobin ph«i)

Gower I α2ε2 Gower II ζ2ε2



Sù kh¸c nhau trong cÊu tróc bé gen prokaryote vµ eukaryote (so s¸nh 1 ®o¹n 50kb)



Intergenic DNA 52% gåm:- Çc gen kh«ng ®îc dÞch m·: Xist, H19, His-1, bic, microRNA...- Çc tr×nh tù, yÕu tè ®iÒu hoµ nh: promoter, enhancer....- Çc yÕu tè di truyÒn vËn ®éng (transposable elements) nh : LINE, SINE, ...= 40-45%

86% gen kh«ng râ chøc n¨ng

Intergenic DNA52%

Introns34%

M· di truyÒn m· ho¸protein = 1,7%

tRNA, rRNA, = 0,5%

Satellite DNA (centromer, telomer) = 12%

- Gåm 3,4 109 nucleotid, gåm 30 000-40 000 (32.000) gen m· ho¸ proteintØ lÖ gen m· ho¸ protein kho¶ng 1,7% kÝch thíc bé gen. - Trong bé gen tØ lÖ G-C =41%

Đặc điểm bộ gen người



Bé gen ngêi gåm 2 phÇn c¬ b¶n: gen nh©n vµ gen ti thÓ

Gen nh©n DNA- Bé gen ngêi chøa hµm lîng DNA ~3 X 109 bp- Kho¶ng ~75% DNA bé gen lµ tr×nh tù DNA kh«ng lÆp l¹i- Trong çc gen cã tõ 1 ®Õn trªn 75 exon- KÝch thíc gen rÊt kh¸c nhau tõ <100 ®Õn >2,300,000 bp- Tr×nh tù Alu cã ¬ tÊt c¶ çc phÇn cña bé gen

Gen ti thÓ mtDNA- Bé gen ti thÓ lµ ph©n tö DNA xo¾n kÐp, d¹ng vßng kÝch thíc kho¶ng 16.569 bp chøa 44% (G+C)- Gåm 37 gen: 24 gen m· ho¸ tRNA vµ 13 gen m· ho¸ 13 chuçi polypeptid



+ DNA kh«ng mang m· di truyÒn gåm:

- Vïng kh«ng ®îc dÞch m· (Untranslated regions - UTR)

- Çc intron

- Vïng intergenic (vïng gi÷a gen, gi÷a çc gen)

+ Çc ®o¹n lÆp (repetitive elements): ALU, LINE, SINE, Retroposons…

*ALU: dµi kho¶ng ~ 300nu.Bé gen ngêi cã 600.000 ®o¹n *Retroposons: mét sè ®o¹n gen virus g¾n vµo bé gen*LINE (Long Intersped Elements). L1 dµi 1-7kb gåm

kho¶ng 50000 ®o¹n*SINE (Short Intersped Elements) nh÷ng ®o¹n lÆp

+ Çc gen gi¶ (pseudogene) lµ nh÷ng ®o¹n gen mang m·, kh«ng ®îc phiªn m· hoÆc ®îc phiªn m· nhng kh«ng ®îc biÓu hiÖn thµnh protein.

Vïng DNA kh«ng mang m· (Non-Coding) cña Eukaryote



~93%

Cã 1 sè kh¸c biÖt

~3%

64 bé ba m· ho¸

% DNA mang m·di truyÒnM· di truyÒn

Kh«ng cã intronHÇu hÕt çc gen cã intronIntron

3730 000 - 40000Sè lîng gen

Vµi ngµn ph©n tötrong mét tÕ bµo

46 ph©n tö trong mét tÕ bµo, 23 ph©n tö trong giao tö.

Sè ph©n tö DNAtrong bé gen

Mét ph©n tö DNA xo¾n kÐp, d¹ng vßng

23 ph©n tö DNA xo¾n kÐp, d¹ng sîi (ë ç thÓ XX) hoÆc 24 (ë ç thÓ XY)

Sè ph©n tö DNAtrong bé gen

Gen ti thÓ

16.6 kb

Gen nh©n

3300 MbKÝch thíc



Chương III

Di truyền vi sinh vật

1. Di truyền virus2. Di truyền vi khuẩn3. Di truyền vi nấm



1. KÝch thíc bé gen cña mét sè nhãm vi sinh vËt

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Bé gen Nhãm KÝch thíc (kb) Sè l¬ng gen-----------------------------------------------------------------------------------------------------

EukaryoteSaccharomyces NÊm men 13.500 (S) 6.000Streptomyces X¹ khuÈn 10 (S)ProkaryoteEscherichia coli Vi khuÈn 4.700 (V) 4.288Hemophilus influenzae Vi khuÈn 1.830,137 (V) 1.743Methanococcus Vi khuÈn 1.660 (V) 1.738Campylobacter jejuni Vi khuÈn 1.641,481 1.708 Myco. tubeculosis Vi khuÈn 4.115,291 3.924 Neisseria meningitidis Vi khuÈn 2.184,406 2.121 VirusT4 Bacteriophage 172 (S/V) 300HCMV (herpes group) Virus 229 (S) 200Phage lamda Bacteriophage 48,512 > 12V = vßng ; S = sîi



Nucleic Acid

DNA

RNA

M¹ch ®¬n

A. Di truyền virusI. Bé gen virus

M¹ch kÐp

M¹ch ®¬n

M¹ch kÐp

Positive(sense)

Negative(anti-sense)

AUG GCA CGA

UAC CGU GCU

met ala arg



* Cha cã cÊu t¹o tÕ bµo, gåm 2 phÇn chÝnh vá protein vµ lâi acid nucleic (bé gen). Cã nhiÒu h×nh d¹ng vµ kÝch thíc rÊt kh¸c nhau: h×nh que, h×nh cÇu , h×nh ®a diÖn nhiÒu mÆt…

* Bé gen ®¬n gi¶n ë mét trong 4 d¹ng c¬ b¶n:- DNA xo¾n kÐp (Adenovirus, Herpesvirrus, VR viªm gan B- HBV, phage T, phage λ)- DNA m¹ch ®¬n ( phage ϕ X174, phage M13…)- RNA m¹ch ®¬n (VR sëi - paramyxovirus, VR d¹i - Rhadovirus, VRcóm, quai bÞ - myxovirus influenzae, VR sèt xuÊt huyÕt, viªm n·o -Arbovirus, VR viªm gan HAV, HCV, HDV, vµ HEV; VR HIV…)- RNA m¹ch kÐp ( Reovirus g©y bÖnh sèt lìi xanh ë cõu )

* Bé gen cã thÓ ë d¹ng m¹ch th¼ng, hoÆc m¹ch vßng

* Sè lîng gen Ýt

* Çc gen cã kh¶ n¨ng biÕn ®æi m¹nh, gióp virus thÝch øng nhanh víi m«i trêng.

1.1. §Æc ®iÓm di truyÒn bé gen virus



Virus viªm gan B (HBV)- Bé gen DNA m¹ch kÐp



Bé gen virus viªm gan B (HBV): DNA



Virus cóm

Virus RNA

Virus HIV

CÊu tróc c¾t ngang Retrovirus Hepatitis A - HAV



Virus viªm gan C (Hepatitis C- HCV), bé gen RNA



Hepatitis CBộ gen RNA khoảng 9500 ribonucleotid



protein

RNA

polymerase

Mµng lipid

glycoprotein

Virus Sëi, quai bÞ (paramyxovirus



Phát hiện lần đầu tiên 1930Type A

Gây bệnh ở người, gà vịt, lợn, ngựa

Type B, CGây bệnh suy hô hấp ở người

Virus cúm (Influenza virus)



- RNA gồm 8 đoạn cấu trúc khác nhau- Protein vỏ là glycoprotein gồm: Hemaglutinin (H) (80%)

có chức năng giúp virus xâm nhiễm tế bào chủ vàNeuraminidase (N) (20%) giúp virus rời khỏi tế bàoxâm nhiễm tế bào khác

Influenza virus

(N = 9 typ)

(H = 15 typ)

A(H1N1)A(H3N2)A(H5N1)A(H7N3)

….



Virus DNA

Bacteriophage T2



1.2. CÊu tróc bé gen mét sè virus

- Gåm 3 nhãm gen chÝnh gag, pol, env cã ë mäi nhãm virus (Virus g©y ung th cã oncogen)

- Hai ®Çu cã ®o¹n tr×nh tù lÆp l¹i (R hay LTR)

- Cã hiÖn tîng gen kh«ng liªn tôc

- Cã çc ®o¹n gen siªu biÕn ®æi

Gen kh«ng liªn tôc cña HIV



Chøc n¨ng çc nhãm gen cña Retrovirus



Ký hiÖu * chØ gen kh«ng cÇn thiÕt cho sù t¸i b¶n cña virus trong tÕ bµo chñ

V« hiÖu ho¸ sù ®iÒu chØnh phiªn m·Nef*

Viral protein R, bÊt ho¹t gen ART cña tÕ bµo chñ (ngêi) do ®ã lµm suy yÕu tÕ bµo chñ

Vpr*

Viral protein U, tham gia gi¶i phãng virus khái tÕ bµoVpu*

Protein quy ®Þnh kh¶ tÝnh l©y nhiÔm cña virusVif*

Rev

Tat

Glycoprotein vá bao gåm (gp41) vµ (gp120)Env

M· ho¸ çc enzym: reverse transcriptase, protease, integrase Pol

Protein lâi: vá capsid (p24), NucleocapsidGag

Gen Chøc n¨ng

§iÒu hoµ sù biÓu hiÖn gen virus

§iÒu chØnh sù phiªn m· tÝch cùc cña virus



Bé gen HIV -1

vµ

cÊu tróc VirionPDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.softwarelabs.com


pol:

p10 - enzym protease

p66/51 -enzym phiªn m· ngîc

(reverse transcriptase)

p32 - enzym tÝch hîp (integrase)

Env:

gp120 - glycoprotein vá ngoµi

gp41 - glycoprotein líp mµng trong

LTR - ®o¹n lÆp dµi

U3 - Tr×nh tù 3’ duy nhÊt

U5 - Tr×nh tù 3’ duy nhÊt

R - tr×nh tù kh«ng cÇn thiÕt (redundant)

TAR - C¶m øng tat- gen ®iÒu chØnh phiªn m·

RRE - C¶m øng rev- ®iÒu hoµ biÓu hiÖn gengag:p17 - protein capsid phôp24 - protein capsid chÝnhp7, p9 - protein nucleocapsid b¸m dÝnh

Chøc n¨ng çc nhãm gen cña HIV: RNA



Bé gen phage Lamda: (DNA)





II. X©m nhiÔm vµ t¸i b¶n cña virus

2.1. Virus sinh tan + Kh¸i niÖm: Virus sinh tan sau khi x©m nhiÔm tÕ bµo, bé gen cña virus g¾n víi bégen cña tÕ bµo t¹o nªn tiÒn virus (provirus)

+ §Æc ®iÓm:- Cã enzym phiªn m· ngîc (nhãm virus RNA) hoÆc kh«ng cã enzym phiªn m· ngîc (nhãm virus DNA) - Thêi gian tån t¹i ë d¹ng provirus phô thuéc lo¹i tÕ bµo, ®iÒu kiÖn ngo¹i c¶nh

1. Virus x©m nhiÔm tÕ bµo

2. RNA virus phiªn m·ngîc t¹o cDNA cña virus

3. Bé gen virus g¾n vµo bégen tÕ bµo t¹o provirus

4. Phiªn m· vµ dÞch m· t¹o protein vá vµ RNA virus

5. L¾p ghÐp t¹o virion, tiÕp tôc chu tr×nh x©m nhiÔm míi

Retrovirus x©m nhiÔm tÕ bµo



HIV x©m nhiÔm tÕ bµo

Viral RNA vµo tÕ bµo, phiªn m· ngîc t¹o cDNA

Viral cDNA g¾n vµo bégen tÕ bµo t¹o provirus

1

2

3

4

L¾p ghÐp, gi¶i phãng virus

5

CapsidEnzym phiªn m· ngîc

Virus RNA virus

DNA

Provirus

Viral RNA

RNA

Viral proteinTæng hîp RNA ®Æc hiÖu cña virus, vµprotein virus

Phiªn m· ngîc

Viral RNA

X©m nhiÔm vµ t¸i b¶n cña Retrovirus



X©m nhiÔm cña HIV



C¬ chÕ HIV x©m nhiÔm tÕ bµo



2.2. Virus ®éc (virulent)- Bé gen cña virus ®éc sau khi x©m nhiÔm tÕ bµ, t¸i b¶n ngay t¹o nªn çc virion.

- Çc gen cña virus kh«ng ®îc g¾n vµo bé gen tÕ bµo chñ

- Kh«ng cã enzym phiªn m· ngîc



2.3. Cơ chế của sự sinh tan

- X©m nhiÔm vµ t¸i b¶n cña phage Lamda



- Vai trß nhiÖt ®é víi cña phage Lamda

+ NhiÖt ®é cao, tia phãng xạ, chất độc ho¸ học… lµm cho

virus sinh tan chuyÓn sang g©y ®éc



III. T¸i tæ hîp di truyÒn cña virus

1. Virus - virus

2. Virus - vi khuÈn

3. Virus - sinh vËt bËc cao



IV. T¸i b¶n gen cña mét sè nhãm virus

1. T¸i b¶n gen cña virus DNA m¹ch kÐp (phage T, virus ®Ëu mïa, adenovirus, herpes virus…), t¸i b¶n gen kiÓu Okazaki gièng nh ë vi khuÈn vµ sinh vËt eukaryote

2. T¸i b¶n gen cña virus DNA m¹ch ®¬n (phage X174, phage M13…), t¸i b¶n gen nhê tæng hîp m¹ch (-) t¹o d¹ng t¸i b¶n vßng kÐp, tõ m¹ch (-) tæng hîp bé gen virus

3. T¸i b¶n gen cña virus RNA m¹ch ®¬n (Retrovirus, HIV, virus cóm…), t¸i b¶n gen nhê enzym phiªn m· ngîc tæng hîp cDNA m¹ch kÐp sau ®ã phiªn m· t¹o RNA cña bé gen

4. T¸i b¶n gen cña virus RNA m¹ch kÐp (Reovirus), t¸i b¶n gen gièng nh virus RNA m¹ch ®¬n do chØ cã mét m¹ch mang th«ng tin di truyÒn ®îc ®a vµo tÕ bµo



B. Di truyền vi khuẩnI. §Æc ®iÓm di truyÒn vi khuÈn1. §Æc ®iÓm chung

- Bé gen vi khuÈn cã 1 sîi DNA m¹ch kÐp d¹ng vßng, hoÆc th¼ng gäi lµ NST ®¬n ( single chromosome ) hoÆc cã DNA d¹ng vßng vµ d¹ng sîi cßn gäi lµ NST kÐp

- KÝch thíc bé gen kh¸c nhau tuú loµi. VÝ dô: NST ®¬n ởMycoplasma ~750 kb, Escherichia coli – 5 Mb,Streptomyces -10 Mb; nhiÔm s¾c thÓ kÐp nh Burkholderia pseudomallei(3.6 vµ 2.4 Mb), Rhodobacter spheroides (3Mb vµ 1Mb) mét sè vi khuÈn cã bé gen d¹ng sîi rÊt lín ~ 1000 Mb ở vi khuÈn Borrelia burgdorferi

- Çc gen cïng híng trao ®æi chÊt tạo thµnh çc Operon- Gen ®ång nhÊt gåm, toµn bé gen mang m· di truyÒn- Ngoµi gen nh©n cßn cã mét sè gen n»m trong çc c¬ quan

tö trong tÕ bµo chÊt nh plasmid, vµ mét sè gen n»mtrong çc c¬ quan tö (l¹p thÓ)









KÝch thíc bé gen mét sè loµi vi khuÈn (Mb)



S¾p xÕp bé gen cña vi khuÈn

S¬ ®å s¾p xÕp bé gen E.coli

Sù thay ®æi tr¹ng th¸i cÊu tróc bégen vi khuÈn



CÊu tróc bé gen E. coli (chromosom E. coli)



CÊu tróc bé gen vi khuÈn S. typhimurium



- Çc vßng DNA kÝch thíc nhá, tù t¸i b¶n vµ cho phÐp cµi g¾n DNA ngo¹i lai - Mang çc gen kh¸ng chÊt kh¸ng sinh- Mang çc gen s¶n sinh ®éc tè (toxin gene)- Plasmid giíi tÝnh (F plasmid) gióp qu¸ tr×nh giao n¹p- Ph©n lo¹i plasmid theo nhiÒu çch+ Plasmid tù nhiªn hay plasmid nh©n t¹o: ColE1, F , pBR322, pUC….+ Dùa vµo plasmid giíi tÝnh chia lµm 2 lo¹i: F+ vµ F- ( plasmid tiÕp hîp hay kh«ng tiÕp hîp)+ Dùa vµo kÝch thước vµsè lîng b¶n sao trong 1 tÕ bµo: Plasmid nhá (5-10 kb) cã 50-100 copy/1tÕ bµo, streptomyces cã1000plasmidPlasmid lín (50-200 kb) cã kho¶ng 1- 10 copy/ 1tÕ bµo+ Dùa vµo çc gen sinh kh¸ng sinh, çc gen sinh ®éc tè…

2. §Æc ®iÓm di truyÒn plasmid cña vi khuÈn





Plasmid tù nhiªn Plasmid nh©n t¹o

Plasmid cña E. coli mang çc gen kh¸ng chÊt kh¸ng sinh vµçc gen nh¶y Tn 3, Tn 5, Tn 10



3. T¸i tæ hîp ë vi khuÈn

1. T¸i tæ hîp gi÷a çcplasmid trong 1 tÕbµo

2. T¸i tæ hîp Plasmid víi bé gen vi khuÈnt¹o Episom

3. T¸i tæ hîp Plasmid víi bé gen ®éng vËtthùc vËt(Agrobacterium)



4. §Æc ®iÓm di truyÒn çc ®o¹n xen IS (Insertion sequences)

vµ gen nh¶y Transposon (Tn)

- IS lµ çc ®o¹n DNA nhá cã thÓ thay ®æi vÞ trÝ trªn bé gen vi khuÈn- §o¹n xen cã thÓ g©y ®ét biÕn ë mét Operon hoÆc bé gen, khi t¸ch khái Operon hoÆc bé gen trë l¹i tr¹ng th¸i b×nh thêng- §o¹n xen lµ mét thµnh phÇn quan träng cña çc gen nh¶y Transposon (Tn)- KÝch thíc çc gen nh¶y kh¸c nhau Tn3 = 3,5kb; Tn25 = 13,7 kb Tn21 =19 kb; Tn4 = 22 kb- Gen nh¶y thêng chøa çc gen kh¸ng chÊt kh¸ng sinh hoÆc sinh ®éc tè t¹o nªn hiÖn tîng nhên thuèc ë vi khuÈn



1. ChuyÓn vËt chÊt di truyÒn gi÷a çc thÕ hÖ

- Ph©n chia tÕ bµo

- H×nh thµnh bµo tö

2. ChuyÓn vËt chÊt di truyÒn trong cïng thÕ hÖ

- BiÕn n¹p (Transformation)

- T¶i n¹p (Transduction )

- Giao n¹p (Conjugation)

II. C¬ chÕ chuyÓn vËt chÊt di truyÒn ëvi khuÈn



Ph©n chia cñatÕ bµo vi khuÈn

1. ChuyÓn vËt chÊt di truyÒngi÷a çc thÕ hÖ



Qu¸ tr×nh h×nhthµnh bµo töcña vi khuÈn



2.1. BiÕn n¹p (Transformation)

a. ThÝ nghÝÖm GrÝffÝth 1928 (BÝÕn n¹p tù nhÝªn)

D¹ng S cã mµng nhÇy, sinh ®éc tè

D¹ng R kh«ng cã mµng nhÇy, kh«ng sinh ®éc tè ®éc tè

2. ChuyÓn vËt chÊt di truyÒn trong cïng thÕ hÖ



D¹ng R

D¹ng S

D¹ng S ®un nãng

D¹ng S ®un nãng + R



b. C¬ chÕ biÕn n¹p

- Cã ®iÓm thô c¶m trªn mµng tÕ bµo cho phÐp DNA biÕn n¹p vµo tÕ bµo

-TiÕp xóc trùc tiÕp gi÷a DNA biÕn n¹p víi bé gen tÕ bµo nhËn

- Cã ®o¹n t¬ng ®ång gi÷a DNA biÕn n¹p víi DNA bé gen tÕ bµo

- T¸i tæ hîp gi÷a DNA biÕn n¹p vµ DNA bé gen

- DNA biÕn n¹p g¾n víi bé gen tÕ bµo lµm cho tÕ bµo cã çc ®Æc ®iÓm míi



c. BiÕn n¹p nh©n t¹o



2.2. T¶i n¹p (Transduction )

a. ThÝ nghiÖm t¶i n¹p (Zinder , Lederberg 1952)



Phage T2

TÕ bµo (D) cã gen a+ vµ b+

Phage T2 mang gen a+

Phage T2 mang gen b+

Phage T2 mang gen b+

Phage T2 mang gen a+

TÕ bµo (R) cã gen a -

TÕ bµo (R) ®¸nhËn gen a+

b. T¶i n¹p chung

- Kh¸i niÖm

- C¬ chÕ:



c. T¶i n¹p ®Æc hiÖu

- Kh¸i niÖm

- C¬ chÕ

X©m nhiÔm E.coli cã thÓ chuyÓn gen thr+

cho tÕ bµo nhËn



C¬ chÕ t¸i tæ hîp vµ t¶i n¹p

gi÷a phage λ vµ E. coli





d. C¬ chÕ t¶i n¹p

- Cã sù tham gia cña nh©n tè t¶i n¹p lµ virus

- Thùc chÊt lµ qu¸ tr×nh t¸i tæ hîp kÐp

+ T¸i tæ hîp gi÷a virus víi vi khuÈn thÓ cho (D) t¹o nªn virus t¸i tæ hîp mang gen cña thÓ cho (D)

+ T¸i tæ hîp gi÷a virus t¸i tæ hîp mang gen cña thÓcho (D) víi vi khuÈn thÓ nhËn (R) lµm cho mét gen hoÆc vµi gen cña vi khuÈn thÓ cho (D) ®îc chuyÓn sang vi khuÈn thÓ nhËn (R)

T¶i n¹p chung lµ chuyÓn mét gen bÊt k×, cßn t¶in¹p ®Æc hiÖu lµ chØ chuyÓn mét gen nhÊt ®Þnh nµo ®ã



e. §iÒu kiÖn cña t¶i n¹p

- Cã sù tham gia cña nh©n tè t¶i n¹p lµ virus

- Thùc chÊt t¶i n¹p lµ qu¸ tr×nh t¸i tæ hîp kÐp

+ T¸i tæ hîp gi÷a virus víi vi khuÈn thÓ cho (D) t¹o nªn virus t¸i tæ hîp mang gen cña thÓ cho (D)

+ T¸i tæ hîp gi÷a virus t¸i tæ hîp mang gen cña thÓcho (D) víi vi khuÈn thÓ nhËn (R) lµm cho mét gen hoÆc vµi gen cña vi khuÈn thÓ cho (D) ®îc chuyÓn sang vi khuÈn thÓ nhËn (R)



- 1953 William Hayes ph¸t

hiÖn nh©n tè giíi tÝnh (F) ë vi

khuÈn E.coli

- TÕ bµo cã nh©n tè F gäi lµ

tÕ bµo F+ vµ tÕ bµo kh«ng cã

nh©n tè F gäi lµ tÕ bµo F -

- Nh©n tè giíi tÝnh F cã thÓ

t¸i tæ hîp víi nhiÔm s¾c thÓ

t¹o episom, h×nh thµnh nªn

tÕ bµo Hfr (t¸i tæ hîp cao)

2.3. Giao n¹p (Conjugation)

a. Nh©n tè giíi tÝnh F



T¸i tæ hîp nh©n tè giíi tÝnh F víi bé gen t¹o episomvµ h×nh thµnh tÕ bµo Hfr



3.2. Giao n¹p gi÷a F+ víi F-

3.3. Giao n¹p gi÷a Hfr vµ tÕ bµo F -



3.4. C¬ chÕ giao n¹p gi÷a Hfr vµ tÕ bµo F -





C. Di truyền vi nấm

I. Di truyền nấm men

II. Di truyền nấm mốc

III. Di truyền Neurospora crassa



Chương 4

CÁC QUY LUẬT DI TRUYỀN



Hiện tượng di truyền?



Gregor Mendel thầy tu, nhà tự nhiên học, pháthiện quy luật di truyền cácđặc điểm ở đậu Hà lan1865



A. Một số khái niệm cơ bản1. Kh¸i niÖm- Di truyÒn nhiÔm s¾c thÓ lµ sù di truyÒn cña çc tÝnh

tr¹ng x¸c ®Þnh bëi çc gen n»m trªn NST. - Çc tÝnh tr¹ng ®îc di truyÒn qua çc thÕ hÖ mang tÝnh quy luËt, trªn c¬ së sù ph©n ly ®éc lËp, tæ hîp tù do cña çc NST trong nguyªn ph©n, gi¶m ph©n vµ thô tinh.

- Gen (gene): nh©n tè di truyÒn qui ®Þnh çc ®Æc ®iÓm tÝnh chÊt cña sinh vËt: nh h¹t vµng, lôc...

- Alel (alelle): Çc tr¹ng th¸i kh¸c nhau cña mét gen, tr¹ng th¸i tréi gäi lµ alen tréi (cßn gäi lµ gen tréi), tr¹ng th¸i lÆn gäi lµ alen lÆn (cßn gäi lµ gen lÆn).

- KiÓu gen (genotype): tËp hîp çc gen trong c¬ thÓ, thêng chØ xÐt ®Õn mét sè gen ®ang nghiªn cøu.

- TÝnh tr¹ng: lµ ®Æc ®iÓm, tÝnh chÊt do gen qui ®Þnh- KiÓu h×nh (phenotype): lµ çc tÝnh tr¹ng do kiÓu gen qui

®Þnh ®îc biÓu hiÖn



B. Çc qui luËt di truyÒn nhiễm sắc thể

1. Quy luËt di truyÒn Mendela/ §Æc ®iÓm chung- N¨m 1865 Gregor Mendel ngêi ®Çu tiªn kh¸m ph¸ qui

luËt vÒ sù di truyÒn çc tÝnh tr¹ng, - N¨m 1900 c«ng tr×nh nghiªn cøu trªn 16 loµi thùc vËt

kh¸c nhau cña 3 nhµ khoa häc Hugo Vries (Hµ Lan), E. Correns (§øc) vµ E. Tschermak (¸o) çc qui luËt di truyÒn Mendel ®îc t¸i ph¸t hiÖn.

- C«ng tr×nh nghiªn cøu cña Gregor Mendel ®îc tËp hîp thµnh 3 quy luËt di truyÒn:1. Quy luËt tÝnh tréi2. Quy luËt ph©n ly tÝnh tr¹ng3. Quy luËt ph©n ly ®éc lËp

- TØ lÖ ph©n li ®Æc trng 1 cÆp tÝnh tr¹ng 3 :1- TØ lÖ ph©n li ®Æc trng 2 cÆp trÝnh tr¹ng 9:3:3:1



b/ S¬ ®å lai



c/ C¬ së ph©n tö cña quy luËt di truyÒn Mendel



2. Çc quy luËt di truyÒn liªn kÕt gen2.1. Di truyÒn liªn kÕt gen hoµn toµn

- T. Morgan vµ céng sù chøng minh çc gen x¾p xÕp theo ®êng th¼ng trªn nhiÔm s¾c thÓ.

- Çc gen trªn cïng nhiÔm s¾c thÓ t¹o nªn mét nhãm liªn kÕt gen, mçi nhiÔm s¾c thÓ lµ mét nhãm liªn kÕt gen. - P kh¸c nhau bëi 2 cÆp gen

P AB x abAB ab

GP AB abF1 AB

abG F1 AB, abF2 AB AB AB ab

AB ab ab abTØ lÖ ph©n ly kiÓu gen 1: 2 :1TØ lÖ ph©n ly kiÓu h×nh 3: 1



- P kh¸c nhau bëi 3 cÆp genP ABD x abd

ABD abdGP ABD abdF1 ABD

abdGF1 ABD, abdF2 ABD ABD ABD abd

ABD abd abd abd

TØ lÖ ph©n li kiÓu gen 1: 2 :1TØ lÖ ph©n li kiÓu h×nh 3:1

NhËn xÐt: Liªn kÕt hoµn toµn dÉn ®Õn çc phÐp lai 2 hay nhiÒu cÆp gen cho tØ lÖ ph©n li kiÓu gen, kiÓu h×nh t gièng nhau.





2.2. Di truyÒn liªn kÕt gen hoµn toµn cã ho¸n vÞ gen

- N¨m 1931 çc thÝ nghiÖm cña H. B. Creighton vµ B. Mc. Clintock trªn c©y ng« vµ thùc nghiÖm cña C. Stern trªn ruåi giÊm ®· ®a ra nh÷ng b»ng chøng tÕ bµo häc cña trao ®æi chÐo.- Qui íc mét ®¬n vÞ Morgan hay 1 Centi Morgan (cM) b»ng 1% tÇn sè ho¸n vÞ gen. TÇn sè ho¸n vÞ gen biÓu hiÖn kho¶ng çch gi÷a çc gen trªn nhiÔm s¾c thÓ. - TÇn sè ho¸n vÞ gen (f%)

f%= Sè ç thÓ t¸i tæ hîp X 100Tæng sè ç thÓ thu ®îc ë ®êi con

(XÐt trêng hîp çc gen tréi n»m trªn 1 nhiÔm s¾c thÓ)

- Tõ tÇn sè trao ®æi chÐo cã thÓ x¸c ®Þnh kho¶ng çch çc gen trªn NST, lËp ®îc b¶n ®å liªn kÕt gen







3. Çc quy luËt di truyÒn giíi tÝnh vµ di truyÒn liªn kÕt víi giíi tÝnh

2.3.1. Di truyÒn giíi tÝnh

a/ C¬ chÕ x¸c ®Þnh giíi tÝnh+ Giíi tÝnh do NST giíi tÝnh qui ®Þnh:

cã 4 kiÓu x¸c ®Þnh giíi tÝnh chñ yÕu:

- KiÓu X – Y: ngêi, ®v, tv...NST thêng + XY = ®ùcNST thêng + XX = çi

- KiÓu X – 0: C«n trïng, rÖp c©y, giun tròn...NST thêng + XO = ®ùcNST thêng + XX = çi



Nhiễm sắc thể giới tính người

Bản đồ nhiễm sắc thể người



- KiÓu Z – W: Chim, gµ...NST thêng + ZZ = ®ùcNST thêng + ZW = çi

- KiÓu §¬n béi – Lìng béi: ong..NST ®¬n béi = ®ùcNST lìng béi = çi

+ Giíi tÝnh do m«i trêng qui ®Þnh:vÝ dô : ç sÊu tØ lÖ ®ùc çi do nhiÖt ®é Êp trøng

b/ Di truyÒn nhiÔm s¾c thÓ giíi tÝnh kh«ng b×nh thêngg©y nªn çc bÖnh lÝChromosome 21: Down’s syndromeXXY: Klinefelter syndromeYYX: Jacobs syndromeXXX: poly-X syndrome XO : Turner’s syndrome



2. Di truyÒn liªn kÕt giíi tÝnhGen x¸c ®Þnh tÝnh tr¹ng thêng n»m trªn NST giíi tÝnh X- Çc gen x¸c ®Þnh bÖnh m¸u khã ®«ng, mï mµu, mÊt kh¶

n¨ng miÔn dÞch… do mét gen lÆn n»m trªn NST giíi tÝnh X

- TÝnh tr¹ng do gen lÆn n»m trªn NST X kh«ng cã gen l¨nt¬ng øng trªn NST Y



Mèo cái dị hợp tử có lông tam thể, do gen xác địnhmàu lông liên kết trên NST giới tính X, ít (không) gặpmèo đực tam thể



Gen chỉ có trên nhiễm sắc thể Y: có chùm lông tai, di truyền theo bố



4. Çc quy luËt di truyÒn t¬ng t¸c gen

+ T¬ng t¸c gen ?

- Mét cÆp tÝnh tr¹ng do 2 hay nhiÒu cÆp gen kiÓm so¸t

- T¹o nªn çc tØ lÖ ph©n li ®Æc trng riªng nh 9:7, 9:6:1,

12:3:1, 9:3:4, 15:1....

VÝ dô 1:

P: BÝ qu¶ trßn x BÝ qu¶ trßn

AAbb aaBB

F1 AaBb (Qu¶ dÑt) x AaBb (Qu¶ dÑt)

F2 9(A-B-): 3(A-bb), 3(aaB-): 1 (aabb)

9/16 Qu¶ dÑt 6/16 Qu¶ trßn 1/16 Qu¶ dµi



VÝ dô 2:P: Chuét l«ng ®en (BBCCx Chuét l«ng tr¾ng (bbcc) F1: BbCc x¸m x BbCc x¸mF2: 9 ®en : 3 x¸m:4 tr¾ng

B: x¸c ®Þnh s¾c tè ®enb: x¸c ®Þnh s¾c tè x¸mC: H×nh thµnh s¾c tèc: kh«ng t¹o thµnh s¾c tè

cc > B/b



+ TØ lÖ ph©n li trong t¬ng t¸c gi÷a 2 cÆp gen(n»m trªn çc cÆp NST kh¸c nhau)

AaBb x AaBb

9: 6: 11aabb3(aaB-)3(A-bb9(A-B-)

12: 3: 11aabb3(aaB-)3(A-bb9(A-B-)

13: 31aabb3(aaB-)3(A-bb9(A-B-)

15:11aabb3(aaB-)3(A-bb9(A-B-)

9: 3: 41aabb3(aaB-)3(A-bb9(A-B-)

9: 71aabb3(aaB-)3(A-bb9(A-B-)

9:3:3:11aabb3(aaB-)3(A-bb)9(A-B-)



- Hệ nhóm máu MN có 2 allel: LM và LN

Kiểu gen LMLM có nhóm máu MKiểu gen LMLN có nhóm máu MNKiểu gen LNLN có nhóm máu N

5. Quy luËt di truyÒn ®ång tréi

- Nhãm m¸u ë ngêi, ®éng vËt di truyÒn ®ång tréi- ë ngêi hÖ nhãm m¸u ABO do 3 allel qui ®Þnh: IB, IA, iO

KiÓu gen IA IA vµ IA iO cã nhãm m¸u AKiÓu gen IB IB vµ IB iO cã nhãm m¸u BKiÓu gen IA IB, cã nhãm m¸u ABKiÓu gen iO iO, cã nhãm m¸u O



P:

F1:

F2:





6. Quy luật di truyền dãy đa allel

+ Sự di truyền tính trạngmàu mắt người



+ Di truyền tính trạng mµu h¹t lóa m× do d·y ®a alel A1 A2 vµ a1 a2 kiÓm so¸t → mµu h¹t thay ®æi tõ ®á thÉm ®Õn tr¾ng

P H¹t mµu ®á ®Ëm x H¹t kh«ng mµu A1 A1 A2 A2 a1 a1 a2 a2

F1 A1 a1 A2 a2 (hång) x A1 a1 A2 a2 (hång) F2 KiÓu h×nh ë F2: 15 cã mµu: 1 kh«ng mµu

1 H¹t mµu ®á ®Ëm (cã 4 alel tréi)4 H¹t mµu ®á (cã 3 alel tréi)6 H¹t mµu hång (cã 2 alel tréi)

4 H¹t cã mµu hång nh¹t (cã 1 alel tréi)1 H¹t kh«ng mµu (cã 4 alel lÆn)

- TØ lÖ ph©n li kiÓu gen F2: 1: 4: 6: 4: 1

+ T¬ng t¸c d·y ®a allel có thể t¹o nªn çc tØ lÖ ph©n ly khác: 15:1, 63:1, 1:62:1....



I. Di truyền ti thể

1. CÊu tróc ti thÓ (Mitochondria)

- Ti thÓ ®îc Altaman ph¸t hiÖn 1894 - Cã h×nh bÇu dôc, kÝch thíc 0,5 -1,0 µm (lín nhÊt 7 µm )- CÊu tróc tõ 2 líp mµng, t¹o thµnh çc xoang (tói)- Mçi tÕ bµo ®éng vËt, thùc vËt cã vµi tr¨m ti thÓ, trong mçi ti thÓ

C. Qui luật di truyÒn ngoµi nhân



2. Di truyÒn ti thÓ

- Trong mçi ti thÓ cã nhiÒu b¶n sao hÖ gen ti thÓ (mtDNA) - KÝch thíc mtDNA kh¸c nhau: S. Cerevisiae cã mtDNA (84 kb); ë ngêi, chuét vµ mét sè ®éng vËt cã vó kÝch thíc mtDNA kho¶ng 16,5 kb, ë thùc vËt cã bé gen ti thÓrÊt lín (ë ng« kho¶ng 570 kb).

- Bé gen ti thÓ ë ®éng vËt cã vó cã cÊu tróc t¬ng ®èi gièng nhau, mçi mtDNA gåm 37 gen.- Cã 13 gen m· ho¸protein, 22 gen m· ho¸tRNA vµ 2 gen m· ho¸rRNA.

Bé gen ti thÓ ngêi



3. Chøc n¨ng ti thÓ- Ti thÓ lµ tr¹m chuyÓn ho¸ n¨ng lîng chøa trong

çc chÊt dinh dìng thµnh d¹ng n¨ng lîng sö dông cho mäi ho¹t ®éng sèng cña tÕ bµo (ATP)

- Ti thÓ lµ n¬i diÔn ra qu¸ tr×nh oxi ho¸ photphorin ho¸ gåm 3 qu¸ tr×nh: chu tr×nh KREBS (gi¶i phãng ®iÖn tö), d·y h« hÊp (truyÒn ®iÖn tö) vµ photphorin ho¸ (tæng hîp ATP)

- §ét biÕn g©y biÕn ®æi cÊu tróc gen ti thÓ cã thÓ g©y mét sè bÖnh ë ngêi

M-TerAT-del8042D thõa acid lacticMTCO2

Ter-KA-G7444TËt ®iÕc do thÇn kinh thÝnh gi¸c

MTCO1

W-TerG-A5920Chøng lêi vËn ®éngMTCO1

aaBiÕn ®æi

VÞ trÝBÖnhGene



LeuThrLeuLeuLeuCUU,CUC,CUA,CUG

IleMetMetMetIleAUUIleMetMetMetIleAUA

ArgArgSerStopArgAGA,AGGStopTripTripTripStopUGA

Thùc vËtNÊm men

Ruåi giÊm

§éng vËt cã vó

M· di truyÒn cña gen ti thÓM· ditruyÒn gen nh©n

Bé bam· ho¸

M· di truyÒn cña mtDNA cña ti thÓ cã mét sè kh¸c biÖt víi m· di truyÒn cña çc gen nh©n ë c¶ sinh vËt prokaryote vµ sinh vËt eukaryote.



II. Di truyền lạp thể

1. CÊu tróc l¹p thÓ (Plastide)

+ L¹p thÓ ®îc Schimper m« t¶ 1885+ L¹p thÓ gåm 2 nhãm:

- B¹ch l¹p gåm çc l¹p thÓ kh«ng chøa s¾c tè: bét l¹p (amiloplast) - n¬i tæng hîp tinh bét; l¹p dÇu (oleoplast) – n¬i tæng hîp chÊt bÐo vµ l¹p ®¹m (proteinoplast)- n¬i tËp trung protein. L¹p bét thêng gÆp trong rÔ, th©n, h¹t

- S¾c l¹p gåm çc l¹p thÓ chøa s¾c tè gåm lôc l¹p (chloroplast) chøa chlorofin vµ l¹p cµ rèt chøa caroten (carotenoidoplast) t¹o nªn çc mµu vµng ®á, da cam…+ Lôc l¹p cã vai trß quan träng trong quang hîp, cã h×nh cÇu, ®Üa, bÇu dôc; kÝch thíc 4 -6 µm + Lôc l¹p chøa 80% protein kh«ng hoµ tan liªn kÕt víi lipit t¹o thµnh d¹ng lipoprotein



CÊu tróc lôc l¹p



2. Di truyÒn l¹p thÓ- Trong l¹p thÓ cã hÖ gen l¹p thÓ (cpDNA), t¬ng ®èi

gièng nhau vÒ thµnh phÇn vµ cÊu tróc DNA.- HÖ gen l¹p thÓ (cpDNA) lín h¬n gÊp 9 -10 lÇn hÖ gen ti thÓ (mtDNA). Bộ gen lạp thể thực vật có kích thước lớn(100-200 kb), một số gen có vai trò trong quá trình quanghợp ở thực vật. Çc loµi t¶o kh¸c nhau cpDNA cã kÝchthíc tõ 22 kb ®Õn kho¶ng 300kb. CÊu tróc DNA l¹p thÓd¹ng xo¾n kÐp, trÇn.- Mçi lôc l¹p cã nhiÒu b¶n sao cpDNA. Ch¼ng h¹n, trïng roi Euglena mçi tÕ bµo cã 15 lôc l¹p mçi lôc l¹p cã 40 b¶n sao cpDNA, mçi tÕ bµo c©y thuèc l¸ cã kho¶ng 150 b¶n sao cpDNA.

- HÖ gen lạp thể của Arabidopsis có 90 gem mã hoáprotein tham gia pha sáng và phatối của quang hợp, 8 gen mã hoá rRNA, và 37 gen mã hoá 37 tRNA .



-HÖ gen l¹p thÓ qui ®Þnh mét sètÝnh tr¹ng mµu s¾c, di truyÒnkh«ng chÆt chÏ tuú thuéc sùph©n chia tÕ bµo chÊt





III. Đặc đỉem di truyền ngoài nhiễm sắc thể

- Gen ngoµi nhiÔm s¾c thÓ di truyÒn kh«ng phô thuéc vµo quyluËt di truyÒn nhiÔm s¾c thÓ, mang çc ®Æc ®iÓm ®Æc trng riªng:- KÕt qu¶ di truyÒn çc tÝnh tr¹ng kh«ng æn ®Þnh (vÝ dô çc vÖt kh«ng mµu trªn l¸ c©y v¹n niªn thanh…)- KÕt qu¶ phÐp lai thuËn nghÞch lµ kh¸c nhauVÝ dô: lai lõa çi x ngùa ®ùc → con la

lai lõa ®ùc x ngùa çi → con bacdo lai ç chÐp çi x ç diÕc ®ùc → ç nhng (cã r©u)lai ç chÐp ®ùc x ç diÕc çi → ç nhng (kh«ng r©u)

- TÝnh tr¹ng do çc gen ngoµi nhiÔm s¾c thÓ m· ho¸ vÉn tån t¹i khi ®· thay nh©n tÕ bµo b»ng mét nh©n cã cÊu tróc di truyÒn kh¸c.- HiÖn tîng bÊt thô ®ùc tÕ bµo chÊt (cytoplasmic male sterility - CMS) cã ý nghÜa quan träng trong c«ng t¸c t¹o gièng c©y lai ë ng« vµ nhiÒu loµi thùc vËt kh¸c



+ HiÖn tîng bÊt thô ®ùc tÕ bµo chÊt ë ng« vµ çc loµi thùc vËt kh¸c ®îc gi¶i thÝch theo çc c¬ chÕ kh¸c nhau.

a. Gi¶ thuyÕt ®¬n nh©n tè: gi¶i thÝch bÊt thô ®ùc tÕ bµo chÊt do sù t¬ng t¸c gi÷a mét cÆp gen nh©n vµ gen kiÓm so¸t trong tÕ bµo chÊt. - Trong nh©n cã gen (Rf) phôc håi h÷u thô vµ gen (rf) kh«ng phôc håi h÷u thô- Trong tÕ bµo chÊt cã gen kiÓm so¸t (cytS) g©y bÊt thô h¹t phÊn, gen kiÓm so¸t (cytN) x¸c ®Þnh h¹t phÊn b×nh thêng.- Gen Rf kh«ng lµm thay ®æi cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña gen cytS, mµ cã t¸c dông øc chÕ sù biÓu hiÖn bÊt thô ®ùc.

b. Gi¶ thuyÕt ®a nh©n tè: Mét sè cÆp gen trong nh©n tÕ bµo vµ gen kiÓm so¸t trong tÕ bµo chÊt cã sù t¬ng t¸c g©y nªn hiÖn tîng bÊt thô ®ùc tÕ bµo chÊt, ë ng« cã tõ 3 -5 gen nh©n tham gia x¸c ®Þnh tÝnh bÊt thô tÕ bµo chÊt (Nikoro, Xidorov 1966).





Chương 5:

CÁC QUY LUẬT BIẾN DỊ



A. Thường biến- Những biến đổi kiểu hình do điều kiện ngoại cảnh thayđổi, không có

sự biến đổi kiểu gen.- Thường biến không di truyền được- Thường biến có vai trò trong sự thích nghi của sinh

vật với điều kiện

B. Đột biếnĐột biến chia lµm nhiÒu lo¹i kh¸c nhau:- Theo vật chất di truyền: đột biến gen và đột biếnNST (đột biến số lượng và đột biến cấu trúc)- Theo ảnh hưởng của đột biến đối với sinh vật: gồm3 loại: trung tính, có lợi và có hại (đột biến gây chết, đột biến giảm sống)



-C-A-A- -C-A-A-

-C-A-G- -C-A-C-

glutamin glutamin

glutamin histidin

- Thay đổi một nucleotid tronggen làm thay đổi bộ ba mãhoá trong mRNA, thay đổiacid amin trong phân tửprotein

I. ĐỘt biẾn gen1. Cơ chế đột biến gen

- Ví dụ: Thay đổi nucleotid trongbộ 3 thứ 6 của gen mã hoá globingây bệnh hồng cầu liềm



Bình thường ACA-ATG-GTA-CGA Cys-Tyr-His-Ala

Thêm 1 nu ACA-GAT-GGT-ACG Cys-Leu-Pro-Val

Mất 1 nu ACA-TGG-TAC-GA Cys-Tyr-Met-Leu

Protein DNA

- Đột biến do thêm hoặc bớt 1 hoặc một số nucleotid tronggen làm thay đổi cấu trúc protein


AGG-GGG-CTAThêm ACA-AGG-GGG-CTA-ATG Cys-Ser-Pro-Asp-Tyr




Tạo bộ ba stop ACA-ATT-GTA-CGA Cys

- Thay đổi 1 nucleotid tạo nên bộ ba kết thúc sớm

- Gây biến đổi GC ⇒ AT do gây mất nhóm amin Cytosin⇒ Uracil



Mạchbình thường

Biến đổiG/Cthành A/T

Tiếp tục tái bản

Biến đổi GC ⇒ AT



Biến đổiA/T thành G/C

Biến đổi AT ⇒ GC: do tác động của 5-Br



2. HËu qu¶ ®ét biÕn gen

- ThiÕu hôt miÔn dÞch tæ hîp trÇm träng (ADA)- ThiÕu m¸u hång cÇu liÒm (Sickle Cell Anemia )- BÖnh a ch¶y m¸u (hemophilia A, B)- BÖnh x¬ nang vµ viªm phæi cÊp (CF- Cystic fibrosis )- BÖnh gi¶m trÝ nhí (Parkinsons) - BÖnh run rÈy (Gaucher)- BÖnh nh¶y móa (Huntington)- BÖnh rèi lo¹n chuyÓn ho¸ Cholesterrol- BÖnh tim bÈm sinh (Heart disease )- BÖnh ung th (Cancer )- BÖnh tiÓu ®êng (Diabetes )

……………………………………



a. §ét biÕn cÊu tróc nhiÔm s¾c thÓ: MÊt ®o¹n, lÆp ®o¹n, chuyÓn ®o¹n, ®¶o ®o¹n ®Òu g©y çc dÞ d¹ng, çc rèi lo¹n cña c¬ thÓ

II. Đột biến nhiễm sắc thể1. Cơ chế đột biến nhiễm sắc thể



§µn bµ bÞ hãi

C¬ chÕ ®¶o ®o¹n



b. §ét biÕn sè lîng nhiÔm s¾c thÓ

- ë ngêi :3 nhiÔm s¾c thÓ sè 21: g©y héi chøng Down

XXY: g©y héi chøng Klinefelter YYX: g©y héi chøng Jacobs XXX: g©y héi chøng siªu çiXO : g©y héi chøng Turner

- ë ®éng vËt: nhiÒu ®ét biÕn dÞ d¹ng, chÕt yÓu- ë thùc vËt: t¹o çc d¹ng c©y ®a béi ch½n, ®a béi lÎ…cã n¨ng xuÊt cao phÈm chÊt tèt: nh da hÊu 3n, chuèi 3n, lóa m× 6n..



3 NST sè 21 héi cøng Down, tû lÖ1/900

3 NST sè 13 héi chøng –Patau, tû lÖ 1/15000 trÎmíi sinh, chÕt tríc 6 th¸ng tuæi



Héi chøng Turner XO Héi chøng Klinefelter XXY



BÖnh Huntington (bÖnh nh¶y móa) do ®ét biÕn NST g©y nªn



III. Nguyªn nh©n g©y ®ét biÕn

1/ T¸c nh©n vËt lÝ+ Tia bøc x¹ kh«ng ion ho¸

- Tia UV (tia tö ngo¹i) 136 - 4000 A0, n¨ng lîng thÊp - Tia UV t¹o nªn dimer thymin, g©y ®ét biÕn ë vi

sinh vËt, h¹t phÊn....

+ Tia bøc x¹ ion ho¸ (hay tia phãng x¹ ion ho¸) gåm 2 lo¹i:

- Tia cã b¶n chÊt sãng ®iÖn tõ víi bíc sãng cùc ng¾n gåm tia r¬nghen (tia X) vµ tia gamma (γ).

- Tia cã b¶n chÊt lµ çc h¹t gåm tia alpha (α), tia beta (β), vµ çc proton, n¬tron. + NhiÖt ®é

- NhiÖt ®é qu¸ cao hoÆc qu¸ thÊp cã thÓ g©y biÕn tÝnh DNA t¹o nªn çc ®ét biÕn



- dimer thymin do t¸c ®éng cña tia UV



2/ T¸c nh©n ho¸ häc g©y ®ét biÕn+ Acid nit¬ (HNO2)

- Acid nit¬ cã t¸c dông g©y biÕn ®æi ho¸ häc çc baz¬nit¬, lµm cho nhãm amin (-NH2) trong çc baz¬ nit¬ cña DNA bÞ thay thÕ b»ng nhãm hydroxyl (- OH) hay oxy (O2). - Çc baz¬ Adenin (A) bÞ khö amin trë thµnh hypoxantin (Hy), hypoxantin cã xu híng ghÐp ®«i víi cytosin thµnh cÆp Hy - C, g©y ®ång ho¸n A = T → G ≡ C.



+ Çc hîp chÊt g©y alkyl ho¸- Çc chÊt g©y alkyl ho¸ nh ethylmethan sunfonat (EMS), nitromethylure (NMU), ethylenimin (EI) g©y alkylho¸ guanin (G) vµ thymin (T) dÉn ®Õn ghÐp ®«i sai, g©y ®étbiÕn A=T → G ≡ C vµ G ≡ C → A=T.+ Çc chÊt g©y ®ét biÕn nhãm acridin- Çc chÊt g©y ®ét biÕn nhãm acridin nh proflavincã thÓ g©y biÕn tÝnh DNA t¹o nªn çc ®ét biÕn gen, do thªmvµo 1 nucleotid bÊt k×.



IV. C¬ chÕ ph©n tö cña ®ét biÕn- Thay thÕ cÆp nucleotid nµy b»ng cÆp nucleotid kh¸c- MÊt 1 hoÆc mét sè nucleotid (mÊt ®o¹n)- Thªm 1 hoÆc mét sè nucleotid (thªm ®o¹n)- Thay thÕ 1 hoÆc mét sè nucleotid kh¸c (chuyÓn ®o¹n)- §øt m¹ch DNA (®øt ®¬n, ®øt kÐp)….



V. C¬ chÕ söa ch÷a ®ét biÕn trong tÕ bµo- §ét biÕn do t¸c nh©n g©y ®ét biÕn vµ ®ét biÕn do “ghÐp nhÇm” çc nucleotid khi t¸i b¶n DNA (vai trß cña DNA polymerase) cã tÇn sè cao 10-4 - 10-5

.

- Trong tÕ bµo cã çc c¬ chÕ söa ch÷a sai sãt trong t¸Ib¶n DNA, lµm gi¶m tÇn sè ®ét biÕn gen cßn 10-8 - 10-9

-Çc c¬ chÕ söa ch÷a ®ét biÕn gåm1. C¬ chÕ quang phôc ho¹t: söa çc dimer thymin

l¹i tr¹ng th¸i b×nh thêng2. C¬ chÕ enzym (pha tèi): Vai trß cña DNA

polymerase I c¾t bá çc nucleotid ghÐp sai, thay b»ng çc nucleotid theo ®óng nguyªn lÝ Chargaff

3. C¬ chÕ SOS: gióp ph©n tö DNA t¸i b¶n, hoÆc phiªn m· bá qua çc dimer thymin, çc ®o¹n bÞ tænth¬ng hoÆc nhê hÖ thèng çc enzym ®äc – söa phôc håi çc sai sãt.



a/ Söa ch÷a çc dimer thymin trong pha s¸ng

ATGCUGCATTGATAGTACGGCGTAACTATC

dimer thymin

AT AGTACGGCGTAACTATC

ATGCCGCATTGATAGTACGGCGTAACTATC

ATGCCGCATTGATAGTACGGCGTAACTATC

Enzyme nuclease c¾t bákho¶ng 30 nucleotid

DNA polymerase β

DNA ligase

(~30 nucleotid)



b/ Söa ch÷a ®ét biÕn b»ng con ®êng khö amin

Mét sè trêng hîp g¾n sai trong RNA t¹o cÆp A- C , cã thÓ ®îc söa ch÷a b»ng lo¹i nhãm amin



VI. øng dông ®ét biÕn trong thùc tiÔn

- C©y trång xö lÝ t¸c nh©n g©y ®ét biÕn lµ tia X, tia (γ), DMS, DES, EMS... m« ph©n sinh, ®Ønh chåi, m« l¸ hoÆc cñ. VÝ dô: xö lÝ ®Ønh chåi chuèi b»ng tia (γ) 1-2,5 Krad, khoai lang xö lý th©n b»ng tia (γ) liÒu lîng 20 Krad.-Çc lo¹i h¹t kh« xö lý ho¸ chÊt, tia X, tia (γ).... VÝ dô, h¹t cµchua xö lý EMS 0,8% ë 240C trong 24 giê, h¹t ®Ëu t¬ng xölý tia (γ) 10 - 20 Krad- Çc gièng lóa ®ét biÕn n¨ng suÊt cao, chèng chÞu s©u bÖnh, chÞu rÐt, cøng c©y DT 10, DT 11, Xu©n sè5, sè6 (ViÖt Nam); ®Ëu Hµ Lan ®ét biÕn n¨ng suÊt cao, chÝn sím chèng nÊm (Thuþ §iÓn, Nga, Mü , §øc); ®Ëu t¬ng chÞu nãng, chÞu h¹n M103, DT 84 (ViÖt Nam),hµm lîng protein cao, lipÝt cao (Nga, Mü, §øc)...- Xö lÝ sèc nhiÖt t¹o nªn mét sè gièng ç håi, ç tr×nh çc tr¹ch tam béi (3n), lín nhanh, n¨ng suÊt cao



Sö dông ®ét biÕn trong s¶n xuÊt kh¸ng sinh penicilin



Documents

Giao Trinh Di Truyen Hoc.pdf