Di truyền gene ngoài nhân
Thí nghiệm Correns ở cây hoa bốn giờ, di truyền theo dòng mẹ, đặc điểm gene ngoài nhân (ti thể – lục lạp) và các ứng dụng trong y học, nông nghiệp, tiến hóa
▸ Bối cảnh
Năm 1909, Carl Correns phát hiện một hiện tượng di truyền khác thường ở cây hoa bốn giờ (Mirabilis jalapa). Trên cùng một cây có thể có ba loại nhánh với màu lá khác nhau: nhánh toàn lá xanh, nhánh toàn lá trắng và nhánh có lá khảm (vệt trắng xen trên nền lá xanh).
▸ Cách tiến hành & kết quả
Correns lấy hạt phấn (cơ thể bố) từ hoa trên cành này thụ phấn cho hoa (cơ thể mẹ) trên cành kia theo các tổ hợp khác nhau, thu được kết quả như sau:
| Bố (cho hạt phấn) | Mẹ (nhận hạt phấn) | F₁ |
|---|---|---|
| Lá trắng | Lá xanh | Lá xanh |
| Lá xanh | Lá trắng | Lá trắng |
| Lá khảm | Lá trắng | Lá trắng |
| Lá trắng | Lá khảm | Lá khảm, lá xanh, lá trắng |
| Lá khảm | Lá xanh | Lá xanh |
| Lá xanh | Lá khảm | Lá khảm, lá xanh, lá trắng |
Kết quả các phép lai thuận nghịch (đổi vai trò bố ↔ mẹ) là khác nhau, và màu lá đời con chỉ phụ thuộc cây mẹ. Correns kết luận: tính trạng màu lá không di truyền theo quy luật Mendel mà di truyền theo dòng mẹ.
Hiện tượng này thường gặp ở các tính trạng do gene nằm trong lục lạp, ti thể ở tế bào chất (gọi chung là gene ngoài nhân) quy định.
▸ Cơ chế
▸ Giải thích cụ thể màu lá
| Màu lá | Cơ sở |
|---|---|
| Lá xanh | Lục lạp mang allele bình thường → tổng hợp được diệp lục |
| Lá trắng | Lục lạp mang allele đột biến → không tạo được diệp lục |
| Lá khảm | Tế bào nhận được cả hai loại lục lạp (bình thường và đột biến) |
Trong phân bào, các lục lạp được phân chia ngẫu nhiên và không đồng đều về các tế bào con. Vì vậy từ cây mẹ lá khảm, đời con ngoài kiểu hình giống mẹ còn có thể xuất hiện thêm cây toàn xanh hoặc toàn trắng → đó là lí do mẹ lá khảm cho ra cả ba loại lá.
Sự di truyền các tính trạng do gene ngoài nhân quy định có các đặc điểm sau:
| Đặc điểm | Nội dung |
|---|---|
| Lai thuận nghịch | Cho kết quả khác nhau; tính trạng di truyền theo dòng mẹ (đời con luôn giống mẹ) |
| Phân bố ở hai giới | Biểu hiện đều ở cả hai giới (đực và cái) |
| Cùng một mẹ | Các con có thể nhận số lượng allele khác nhau (do ti thể/lục lạp phân chia ngẫu nhiên) → có thể cho kiểu hình khác nhau |
Hiểu biết về gene ngoài nhân được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:
▸ Trong y học
Ở người có một số bệnh (phần lớn hiếm gặp) do gene trong ti thể quy định: bệnh cơ ti thể, tiểu đường, tim mạch, Alzheimer, hội chứng Leigh,…
Nhờ công nghệ hiện đại, có thể giúp bà mẹ mang gene ti thể bị bệnh sinh con khỏe mạnh bằng kĩ thuật loại trừ gene gây bệnh trong ti thể: chuyển nhân trứng của mẹ sang trứng (đã loại nhân) của người cho có ti thể bình thường, rồi thụ tinh với tinh trùng của bố.
▸ Trong nông nghiệp
Bất dục đực tế bào chất là hiện tượng cây không tạo được hạt phấn hữu thụ do hỏng một số gene nằm trong tế bào chất (đã tìm thấy ở trên 140 loài). Dựa vào đó, người ta tạo ra dòng lúa bất dục đực để lai giống thuận lợi, không phải khử bao phấn thủ công, tạo nhiều giống lúa lai năng suất cao (VT 505, MV2, Long Hương 8117,…).
▸ Trong nghiên cứu tiến hóa & pháp y
DNA ti thể có số bản sao lớn và di truyền theo dòng mẹ nên được dùng để: xây dựng cây phân loại, truy tìm nguồn gốc loài người (kết quả cho thấy loài người xuất hiện ở châu Phi rồi phát tán đi các châu lục); trong pháp y dùng để xác định hài cốt liệt sĩ, nhân thân nạn nhân, quan hệ huyết thống.
Đây là phần trọng tâm để làm bài tập nhận biết. Hãy nhớ "vân tay" của di truyền gene ngoài nhân:
② Đời con 100% giống MẸ (di truyền theo dòng mẹ)
③ Biểu hiện đều ở cả hai giới
▸ Bảng so sánh 3 kiểu di truyền (dùng để loại trừ đáp án)
| Tiêu chí | Gene NST thường | Gene NST giới tính X | Gene ngoài nhân |
|---|---|---|---|
| Lai thuận ↔ nghịch | Giống nhau | Khác nhau | Khác nhau |
| Phân bố ở 2 giới | Đều | Không đều, có di truyền chéo | Đều |
| Con với bố/mẹ | Bố mẹ góp đều | Di truyền chéo (mẹ→con trai, bố→con gái) | Con luôn giống mẹ |
| Tuân theo Mendel | Có | Có (kèm yếu tố giới tính) | Không |
▸ Dạng 1: Nhận biết tính trạng do gene ngoài nhân
▸ Dạng 2: Dự đoán kiểu hình đời con (F₁, F₂)
Không lập sơ đồ lai theo tỉ lệ Mendel!
▸ Dạng 3: Phân biệt gene ngoài nhân với gene trong nhân
Lập bảng đối chiếu theo 3 dấu hiệu: (1) lai thuận – nghịch giống hay khác; (2) phân bố ở hai giới đều hay không; (3) con có luôn giống mẹ không. Dùng dấu hiệu giới tính để tách gene ngoài nhân khỏi gene trên NST X (xem bảng ở card 5).
Lai thuận ≠ nghịch · Con giống mẹ · Đều ở 2 giới · Không theo Mendel
▸ Một số sai lầm thường gặp
| Sai lầm | Đính chính |
|---|---|
| Thấy lai thuận nghịch khác nhau là kết luận ngay gene ngoài nhân | Gene trên NST X cũng cho thuận ≠ nghịch; phải xét thêm giới tính & con giống mẹ |
| Lập sơ đồ lai theo tỉ lệ Mendel (3:1, 1:1…) | Gene ngoài nhân không theo Mendel; con luôn giống mẹ, không tách theo tỉ lệ |
| Gene ngoài nhân chỉ biểu hiện ở con cái | Truyền theo dòng mẹ nhưng biểu hiện ở cả hai giới |
| Con đực không mang gene ngoài nhân | Cả con đực lẫn cái đều nhận & biểu hiện; chỉ con đực không truyền tiếp |
| Mẹ lá khảm thì con cũng chỉ ra lá khảm | Mẹ lá khảm cho ra cả ba loại (khảm, xanh, trắng) do lục lạp phân chia ngẫu nhiên |
| "Di truyền theo dòng mẹ" = "di truyền liên kết giới tính" | Khác nhau: dòng mẹ → gene tế bào chất; liên kết giới tính → gene trên NST giới tính |
Cùng luyện Bài 15 – Di truyền gene ngoài nhân!
27 câu: 21 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Nguyễn Ngọc Châu
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú