ĐỌT BIẾN CẤU TRÚC VÀ SỐ LƯỢNG NHIỄM SẮC THỂ

CHƯƠNG IX

Đột biến cấu trúc và
số lượng Nhiễm sắc thể
Lĩnh vực di truyền tế bào (cytogenetics) nghiên cứu các biến đổi cấu trúc và số lượng nhiễm sắc thể gây ra các kiểu hình đột biến. Có nhiều kiểu biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể khác nhau như: mất đoạn, tăng đoạn, đảo đoạn và chuyển đoạn. Sự thay đổi số lượng nhiễm sắc thể có thể ở cả bộ như đa bội thể nguyên, đa bội thể lai hay dị bội thể hoặc ở từng cặp (đa bội thể lệch).
CÁC TRỌNG TÂM
Mất đoạn, tăng đoạn, đảo đoạn.
Chuyển đoạn, nhiễm sắc thể đều và chuyển đoạn Robertson.
Biến đổi hình thái nhiễm sắc thể.
Đa bội thể nguyên.
Đa bội thể nhân tạo.
Đa bội thể lai hay dị bội thể.
Đa bội thể lệch.
Các ví dụ về đa bội thể lệch ở thực vật.
Đa bội thể lệch ở người.
Các đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể (change in chromosome structure) còn gọi sai hình nhiễm sắc thể (chromosome aberration) hay
cấu trúc lại nhiễm sắc thể (chromosome rearrangement) được phát hiện bằng phương pháp tế bào học. Các đột biến loại này thực chất là sắp xếp lại các gen hoặc giảm hay tăng liều lượng gen.
Lúc đầu các biến đổi đột biến này phát hiện khi lai, về sau nhờ tiến bộ của phương pháp nhuộm màu nên nhận diện được trên nhiễm sắc thể . Các đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể dễ quan sát ở Drosophila (nhiễm sắc thể khổng lồ) và bắp, nên điều này giải thích vì sao hai đối tượng này thường được nhắc đến nhiều.

Các sai hình nhiễm sắc thể có thể chia thành 2 loại:
- bên trong nhiễm sắc thể: mất đoạn, đảo đoạn và tăng đoạn.
- giữa các nhiễm sắc thể : chuyển đoạn, nhiễm sắc thể đều và chuyển đoạn Robertson.
I. BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC TRÊN MỘT NHIỄM SẮC THỂ
1. Sự phát sinh các đột biến cấu trúc trên nhiễm sắc thể
Sai hình nhiễm sắc thể liên quan đến sự đứt đoạn của nhiễm sắc thể. Có khi một nhiễm sắc thể bị đứt ra quá 2 đoạn và sau đó được nối lại thường không giữ cấu trúc cũ. Điều đó dẫn đến nhiều kiểu đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể khác nhau.
Các đoạn hoặc vòng tròn đứt rời không tâm động thường bị mất đi trong phân bào. Có thể xảy ra trường hợp 2 đoạn có tâm động nối nhau, khi phân bào sẽ bị kéo căng ra 2 đầu thành cầu chromatide và sau đó bị đứt ra không đều tạo ra 1 cái mất đoạn, cái kia tăng đoạn.

Các đoạn hoặc vòng tròn đứt rời không tâm động thường bị mất. Trường hợp 2 đoạn có tâm động nối nhau, khi phân bào sẽ bị kéo căng ra 2 đầu thành cầu chromatide.
2. Mất đoạn
Sự thiếu một đoạn nhiễm sắc thể được phân biết hai loại: mất đoạn (delection) ở giữa nhiễm sắc thể và mất đỉnh (deficiency). Đoạn nhiễm sắc thể bị mất nếu nhỏ có thể mang một gen hoặc một phần gen. Trong trường hợp này hiệu quả kiểu hình có thể giống như xuất hiện allel đột biến ở locus đó. Ví dụ đột biến "notch" liên kết với X, có biểu hiện như một allel trội.
Các mất đoạn không có đột biến nghịch, bởi vì đoạn nhiễm sắc thể bị mất khó ngẫu nhiên được gắn trở lại do đột biến. Nhờ đó mất đoạn có thể phân biệt với đột biến gen.
Sự mất một đoạn dài nhiễm sắc thể thường gây chết do sự mất cân bằng di truyền của bộ gen.

Khi một sinh vật dị hợp tử, ví dụ Aa, sự mất đoạn có A thì allel a lặn trên nhiễm sắc thể kia có biểu hiện kiểu hình. Hiện tượng này được gọi là "giả trội" (pseudodominant), thật ra locus tương ứng ở trạng thái bán hợp tử (hemizygote).
Một ví dụ về đột biến mất đoạn ở người là mất vai ngắn của nhiễm sắc thể thứ năm dẫn đến hội chứng "Crit du chat" (Crit du chat theo tiếng Pháp có nghĩa "tiếng kêu của mèo").
Ở người, sự mất một phần vai dài của nhiễm sắc thể 22 được gọi là nhiễm sắc thể Philadelphia (Philadelphia chromosome - lấy tên thành phố nơi phát hiện ra đầu tiên).
4p- Syndrome
Helmet shape
Cleft Lip
Retardation
Seizures
Small (head & body)

Wadsworth Center
Jones, 1988
Nó chỉ được tìm thấy ở tủy xương (cùng với các tế bào có nhiễm sắc thể bình thường) ở người 90% những người bệnh bạch huyết myelocyte kinh niên (một dạng ung thư). Thường đoạn mất đó bị chuyển đến một nhiễm sắc thể dài hơn (thường là số 9).

3. Lặp đoạn (tăng đoạn - duplication).
Các đoạn của nhiễm sắc thể có thể được tăng lên bằng nhiều cách khác nhau. Nói chung, sự lặp đoạn không gây hậu quả nặng nề như bị mất đoạn. Thậm chí, một số tăng đoạn có lợi cho tiến hóa là tạo vật liệu di truyền mới . Nhờ các gen ban đầu vẫn tiếp tục đảm bảo các nhu cầu bình thường của cơ thể, Các gen mới tăng thêm không nhất thiết phải đột biến tạo dạng mới làm mất d8i sự thích ứng trung gian. Sự dồi dào di truyền có thể bảo vệ cơ thể khỏi sự mất các gen hay các hiệu quả gây chết do mất đoạn.
Đoạn lặp có thể ở cạnh nhau, xa nhau trên cùng một nhiễm sắc thể hay ở vào các nhiễm sắc thể khác.
Nhờ lặp đoạn có thể nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng và vị trí khác mức bình thường của một đoạn nhiễm sắc thể hay gen. Kiểu hình của lặp đoạn có khi trội, có khi lặn hay trung gian hoặc có tác động tích lũy.
Trường hợp điển hình về lặp đoạn là đột biến trội mắt thỏi Bar (B), nằm trên nhiễm sắc thể X của Drosophila.
Trong trường hợp tăng một đoạn, dị hợp tử +/Bar thì mắt bé hơn mắt bình thường một ít, hẹp cạnh nên có dạng kéo dài. Ruồi đồng hợp BB có mắt nhỏ hơn. Nếu lặp đoạn đôi (tăng hơn bình thường 2 đoạn) sẽ là đột biến Bar kép thì có kiểu hình mắt nhỏ hơn nữa gọi là "thỏi kép" . Số đoạn lặp lại có thể đến 7 thành siêu "Bar", mắt nhỏ nhất.
Gen mắt thỏi B có tác động gia tăng theo chiều giảm kích thước mắt: số lặp đoạn càng nhiều lên mắt càng bé đi. Có trường hợp khác lặp đoạn tác động theo hướng ngược lại: số đoạn càng tăng thì kiểu hình lại càng trở về bình thường hơn.
Sự tăng đoạn ở Bar như một nhân tố trội về mặt di truyền. Khi nuôi các ruồi Bar đồng hợp tử BB thì nhận thấy các ruồi hoang dại xuất hiện ở ruồi con với tần số 1/1600 và các ruồi Bar kép cũng xuất hiện với tần số tương tự. Sự xuất hiện các kiểu hình bất thường có thể giải thích bằng trao đổi chéo không cân bằng khi tiếp hợp ở giảm nhiễm I.
4. Đảo đoạn (inversion)
Đảo đoạn xảy ra lúc đoạn trong đứt đi quay 180o rồi được nối lại.
Giả sử trình tự bình thường của đoạn nhiễm sắc thể là (1-2-3-4-5-6) và 2 chỗ đứt xảy ra ở vùng 2-3 và 5-6, và đoạn đứt nối lại đảo ngược. Như vậy, nhiễm sắc thể có đoạn (1-2-5-4-3-6).
Ở tế bào dị hợp tử có đảo đoạn, một nhiễm sắc thể có đoạn đảo và các tương đồng có thứ tự gen bình thường. Các gen trong đoạn đảo được sắp xếp theo thứ tự ngược, còn ở phần khác của nhiễm sắc thể thì trình tự như cũ.
a. Đảo đoạn mang tâm động (pericentric inversion)
Tâm động nằm bên trong đoạn bị đảo. Trong giảm nhiễm I các nhiễm sắc thể tương đồng khi tiếp hợp sẽ tạo vòng tròn kép. Nếu không có trao đổi chéo xảy ra thì kỳ sau I bình thường . Nếu trao đổi chéo xảy ra giữa 2 sợi nhiễm sắc thể đơn trong vùng đảo đoạn thì 2 chromatid đó của mỗi nhiễm sắc thể thường có chiều dài không cân bằng nhau.
Trong trường hợp này một nửa sản phẩm của giảm phân vừa có lặp đoạn lại có mất đoạn nên mất sức sống. Nửa khác của các giao tử (không có trao đổi chéo) có sức sống bình thường: 1/4 có đoạn với trình tự gen bình thường và 1/4 có đoạn đảo.

b. Đảo đoạn không mang tâm động (paracentric inversion)
Tâm động nằm ngoài bị đảo. Trao đổi chéo xảy ra bên trong đoạn đảo tạo nhiễm sắc thể hướng tâm (có 2 tâm động - decentric chromosome) và trong kì sau I sẽ tạo nên cầu nối (bridge) nối 2 cực tế bào . Cầu nối sẽ bị đứt ở chỗ bất kì tạo ra các đoạn không cân bằng chứa lặp đoạn hoặc mất đoạn.
Các nhiễm sắc thể không có trao đổi chéo trắng cả đen cả tạo giao tử có sức sống - số khác tạo giao tử mất sức sống vì không cân bằng di truyền. Đoạn không tâm động (acentric fragment) được tạo ra và sẽ bị mất vì không di chuyển được về cực. Một nửa sản phẩm của giảm nhiễm sẽ mất sức sống vì do thừa và thiếu gen; 1/4 có sức sống bình thường và 1/4 có sức sống với nhiễm sắc thể có đảo đoạn.
Ở cả 2 trường hợp, trong sản phẩm I khi tiếp hợp các dị hợp tử có đảo đoạn đều tạo vòng tròn nhiễm sắc thể kép. Các đảo đoạn thường tạo nên bất thụ một nữa (semisterility). Đôi khi người ta còn gọi các đảo đoạn là "nhân tố ức chế trao đổi chéo" (crossing over supressor), vì trong cả 2 ví dụ nêu trên các nhiễm sắc thể có trao đổi chéo đều mất cân bằng gen nên tạo các giao tử không có sức sống.
II. BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC GIỮA CÁC NHIỄM SẮC THỂ
1. Chuyển đoạn (translocation)
Chuyển đoạn là sự trao đổi các đoạn giữa các nhiễm sắc thể không tương đồng. Chuyển đoạn liên quan đến nhiều nhiễm sắc thể khác nhau cùng đứt đoạn rồi sau đó trao đổi đoạn đứt với nhau. Trao đổi đoạn có thể xảy ra trong đôi nhiễm sắc thể tương ứng (thường khác chức năng ví dụ giữa X và Y), hoặc giữa các nhiễm sắc thể khác đôi.
Sự chuyển đoạn thuận nghịch (reciprocal) xảy ra do sự trao đổi các đoạn giữa 2 nhiễm sắc thể không tương đồng.
Trong giảm nhiễm I, các nhiễm sắc thể có chuyển đoạn tiếp hợp với nhau tạo nên hình chéo. Tiếp theo khi các nhiễm sắc thể đẩy nhau để về các cực thì sẽ có 2 tình huống:
- Bốn nhiễm sắc thể vào cuối kì trước I đẩy nhau tạo nên vòng tròn. Sự phân li trong trường hợp này (theo mũi tên) sẽ tạo nên các giao tử không sức sống vì mang một số nhiễm sắc thể có dư hoặc thiếu gen, ví dụ: 1-4-3-4 thiếu 2 và 1-2-2-3 thiếu 4 .
Hai tình huống trên xảy ra với xác suất như nhau nên các dạng có chuyển đoạn thường nửa bất dục (50% giao tử chết). Tiêu chuẩn thứ hai để phát hiện các chuyển đoạn là có sự thay đổi nhóm liên kết gen. Một số gen của một nhóm liên kết gen được chuyển sang nhóm liên kết khác.
Ngoài các hệ quả di truyền trên, chuyển đoạn có thể gây hiệu quả vị trí (position effect). Các gen khi dới chỗ có thể có biểu hiện khác, ví dụ từ vùng đồng nhiễm sắc (euchromatin) chuyển sang vùng dị nhiễm sắc (heterochromatin) ít có hoạt tính hơn.
Ở giống thực vật Oenothera, một loạt các chuyển đoạn thuận nghịch được tạo ra với sự tham gia của cả 7 cặp nhiễm sắc thể, hình thành các phức hợp chuyển đoạn (translocation complexe). Nếu kí hiệu các nhiễm sắc thể bằng các số theo thứ tự, bộ nhiễm sắc thể bình thường của 7 cặp là 1-2, 3-4, 5-6, 7-8, 9-10, 11-12 và 13-14; bộ chuyển đoạn sẽ là 2-3, 4-5, 6-7, 8-9, 10-11, 12-13, 14-1.
Các dị hợp tử với nhiều chuyển đoạn như trên sẽ tạo nên vòng tròn của 14 nhiễm sắc thể trong giảm phân. Khi phân li, chỉ một bộ đơn bội nhiễm sắc thể có sự cân bằng đủ các loại gen mới tạo giao tử có sức sống. Mỗi bộ của 7 nhiễm sắc thể như vậy được di truyền thành 1 đơn vị thống nhất được gọi là phức hợp Renner. Đây là một phương thức duy trì tính dị hợp tử ở các thực vật của giống Oenothera và một số giống thực vật khác (Datura, bắp).
2. Nhiễm sắc thể đều (isochromosome)
Các nhiễm sắc thể có hai vai dài không đều nhau có thể chuyển thành nhiễm sắc thể đều với 2 vai bằng nhau về chiều dài và tương đồng với nhau về mặt di truyền , nhờ sự phân chia tâm động khác thường vuông góc với sự tách tâm động bình thường.

Nhiễm sắc thể X tâm mút (telocentric X chromosome) của Drosophila có thể chuyển thành dạng "X-dính" ("attached-X") nhờ sự phân chia của tâm động theo chiều vuông góc với bình thường. Do sự phân chia khác thường đó 2 chromatid thay vì phân li về 2 cực lại dính nhau, đoạn 5 bị mất.

3. Chuyển đoạn Robertson (Robertsonian translocation)
Một chuyển đoạn đặc biệt được gọi là Robertson. Đây là trường hợp hình thành một nhiễm sắc thể tâm giữa (metacentric) do sự nối lại của 2 nhiễm sắc thể. Chuyển đoạn thuận nghịch thực hiện giữa 2 nhiễm sắc thể tâm đầu (acrocentic) A và B, khi A bị đứt phía dưới tâm động tạo vai dài mất tâm động, còn ở B chỗ đứt ở phía đầu mút ngắn trên tâm động; hai đoạn nối nhau tạo nhiễm sắc thể tâm đều mang tâm động của B. Đoạn có tâm động A với vai ngắn nối với đoạn ngắn của B hình thành nhiễm sắc thể con có tâm động A. Nhiễm sắc thể con mới có nhiều chất dị nhiễm sắc không quan trọng nên thường mất đi. Chuyển đoạn Robertson có hậu quả làm giảm số lượng nhiễm sắc thể .
Người có 46 nhiễm sắc thể , các vượn người (hắc tinh tinh, khỉ đột, đười ươi) có 48 nhiễm sắc thể. Nhiễm sắc thể th? 2 của người gồm 2 đoạn giống 2 nhiễm sắc thể khác nhau của các vượn người. Rất có thể từ tổ tiên chung một chuyển đoạn Robertson đã tạo nên loài người do sự nối lại của 2 nhiễm sắc thể khác nhau, làm giảm đi số nhiễm sắc thể còn 46 thay vì 48 như ở các loài vượn người.
4. Thay đổi hình thái nhiễm sắc thể
Các đột biến cấu trúc đều có thể làm thay đổi hình thái nhiễm sắc thể , Các mất đoạn hay lặp đoạn, nếu giao tử sống trong một số trường hợp có thể phát hiện bằng tế bào học các thay đổi kích thước của nhiễm sắc thể (hoặc thay đổi đặc tính các vệt đối với nhiễm sắc thể khổng lồ ở ruồi dấm). Đảo đoạn thường không làm thay đổi chiều dài của nhiễm sắc thể, nhưng đảo đoạn có tâm động (pericentric) thì vị trí tâm động có thể thay đổi đáng kể.
Chuyển đoạn có thể làm thay đổi cấu trúc của nhiễm sắc thể cả về mặt di truyền và hình thái. Chuyển đoạn Robertson và nhiễm sắc thể đều vừa nêu trên cho thấy sự thay đổi rõ rệt hình thái nhiễm sắc thể.
Ngoài ra, nhiễm sắc thể có thể có một số dạng thay đổi hình thái khác.
a. Chu trình cầu - đứt - nối - cầu
Kích thước của nhiễm sắc thể có thể thay đổi trong mỗi lần phân bào nếu bị gãy. Sự sao chép tiếp theo của nhiễm sắc thể gãy, các đầu gãy của các chromatid di chuyển và các cực đối nhau, cầu được tạo ra. Cầu sẽ bị gãy ở một điểm nào đó dọc theo chiều dài và chu trình được lập lại. Trình tự của các sự kiện nối tiếp đó được gọi là chu trình cầu - đứt - nối - cầu (bridge - breakage - fusion - bridge cycle). Một số mô khảm (mosaic tissue) có thể liên quan đến chu trình này.
b. Các nhiễm sắc thể vòng tròn
Các nhiễm sắc thể không phải lúc nào cũng hình que. Các nhiễm sắc thể vòng tròn có thể ngẫu nhiên phát hiện ở động vật và thực vật. Nếu chỗ đứt xãy ra ở mỗi đầu của nhiễm sắc thể, các đầu gãy có thể nối lại thành vòng tròn. Nếu các đoạn ngắn không tâm động nối lại nhau, chúng sẽ nhanh chóng bị mất trong phân bào.
III. ĐA BỘI THỂ NGUYÊN
Như chúng ta đã biết, mỗi loài có số lượng nhiễm sắc thể đặc trưng. Phần lớn các sinh vật bậc cao là lưỡng bội (2n) với 2 bộ nhiễm sắc thể đơn bội (n) : một bộ từ cha, bộ kia từ mẹ. Bên cạnh sự thay đổi đều đặn nối tiếp của số bội thể (số n - ploidy) trong chu trình sống (2n ( n, 2n ( n), có sự biến đổi số bội thể khác mức bình thường, dẫn đến những hậu quả đột biến. Đa bội thể (poliploidy) hiểu theo nghĩa rộng là sự thay đổi số lượng nhiễm sắc thể. Sự thay đổi số lượng nhiễm sắc thể có nhiều kiểu : đa bội nguyên (euploidy), đa bội lai (alloploidy) và đa bội lệch (aneuploidy).
Hiện tượng đa bội thể rất phổ biến trong thiên nhiên. Khoảng 1/3 loài cây có hoa (angiosperm) có nhiều hơn 2 bộ nhiễm sắc thể. Hiện tượng đa bội thể cũng được tìm thấy ở các vi sinh vật Eukaryotae như vi nấm, vi tảo. Số nhiễm sắc thể của các loài của một số họ thực vật tạo nên dãy gọi là dãy đa bội : Solanum, Rosa.
1.Các loại đa bội thể nguyên
Sự tăng nguyên lần số nhiễm sắc thể đơn bô�i của mô�t loài được gọi là đa bội thể. Đây là đa bội thể hiểu theo nghĩa hẹp. Nếu có cá thể 2n nhiễm sắc thể thì dạng 3n, 4n, 5n..... là dạng đa bội thể. Ví dụ: dưa hấu có 2n nhiễm sắc thể, người ta tạo loại dưa hấu 4n nhiễm sắc thể. Lai 2 loại 2n x 4n được dạng dưa hấu 3n nhiễm sắc thể không hạt.

Thể đa bội: bộ NST của tế bào là một bội số lớn hơn 2n, thể đa bội chẵn (4n, 6n .) và lẻ (3n, 5n .).

- Cơ chế là các NST đã tự nhân đôi nhưng thoi vô sắc không hình thành, tất cả các cặp NST không phân li 2n --> 4n.
- Ở hợp tử thành thể tứ bội; nếu xảy ra ở đỉnh sinh trưởng sẽ tạo cành tứ bội trên cây lưỡng bội.

2. Thể đa bội
- Sự không phân li NST trong giảm phân tạo ra giao tử 2n. Sự thụ tinh giữa giao tử 2n và giao tử n tạo ra hợp tử 3n, hình thành thể tam bội.
- Tế bào đa bội có lượng ADN tăng gấp bội nên sinh tổng hợp các chất mạnh mẽ : các tế bào to, cơ quan sinh dưỡng to, phát triển khỏe, chống chịu tốt.

a.Thể đơn bội (monoploid)
Một số sinh vật Eukaryotae bậc thấp như vi nấm, vi tảo có nhân đơn bội (n). Các thể đơn bội ở sinh vật bậc cao thường ít hơn và có sức sống kém hơn mạng lưỡng bội bình thường. các thực vật đơn bội đã được tìm thấy nhưng thường bất thụ. Một số ít động vật tồn tại ở dạng đơn bội. Một ngoại lệ đáng lưu ý là ong đực và ong vò vẽ.
b.Thể tam bội (triploid)
Ba bộ nhiễm sắc thể (3n) có thể được tạo nên do sự kết hợp các giao tử đơn bội (n) với giao tử lưỡng bội. Bộ nhiễm sắc thể thứ ba của thể tam bội thường phân bố vào các tế bào sing dục với nhiều loại tổ hợp khác nhau, tạo nên các giao tử mất cân bằng di truyền. Các thể tam bội có độ bất thụ cao, nên có trong thiên nhiên thường ở dạng sinh sản vô tính như cây chuối.
c.Thể tứ bội (tetraploid)
Bốn bộ nhiễm sắc thể (4n) có thể xuất hiện trong các tế bào cơ thể do sự tăng đôi số nhiễm sắc thể của tế bào soma. Sự tăng đôi số nhiễm sắc thể bình thường có thể xảy ra bằng chất alkaloid colchicine. Các thể tứ bội cũng có thể được tạo ra do sự hợp nhất của các giao tử 2n không giảm nhiễm.
Thể tự tứ bội (autotetraploid). Tiếp đầu ngữ "tự" (auto-) cho thấy số bội thể được nhân lên chỉ từ một bộ nhiễm sắc thể tương đồng. Sự nhân đôi số nhiễm sắc thể của các tế bào lưỡng bội (2n) tạo ra thể tứ bội (4n). Thể tứ bội có thể được tạo ra do sự kết hợp của hai loại giao tử không giảm nhiễm (2n).
Trong giảm phân, các nhiễm sắc thể thường tạo thành thể tứ trị (quadrivalent) gồm bốn nhiễm sắc thể tiếp hợp nhau, nếu sự phân li cân bằng có thể tạo các giao tử có sức sống nhờ chia đều về mỗi cực hai nhiễm sắc thể. nếu sự tách li không cân bằng đối với tất cả các tứ trị (bộ bốn), các giao tử sẻ không cân bằng về mặt di truyền. Sự bất thụ thường biểu hiện ở một phần do các giao tử không cân bằng di truyền.

3. Đa bội thể lai
Đa bội thể lai hay dị đa bội thể (alloploidy) có được khi cả hai bộ nhiễm sắc thể của 2 loài khác nhau cùng đứng chung trong một tế bào.
Thể dị tứ bội (allotetraploid). Tiếp đầu ngữ "dị" (allo-) cho thây có sự tham gia của các bộ nhiễm sắc thể khác nhau, tức không tương đồng. Thể dị tứ bội có thể hình thành qua một bước do sự kết hợp các giao tử không giảm nhiễm (2n) từ 2 loài khác nhau (thí dụ như AA+BB?AABB).
Cách thứ hai để tạo thể dị tứ bội phải qua hai bước: trước hết hai loài lưỡng bội có thể lai với nhau tạo cây F1 lưỡng bội bất thụ (sterile diploid F1). Sự bất thụ này do trong giảm phân các nhiễm sắc thể không có cặp tương đồng để bắt cặp nên phân li tạo các giao tử không cân bằng. Thể lưỡng bội bất thụ có thể trở nên hữu thụ nếu bộ nhiễm sắc thể được nhân đôi. Thí dụ: loài A với bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội AA lai với loài 2n = BB qua các bước sau :
P AA ( BB
F1 AB (con lai bất thụ)
( (nhân đôi bộ nhiễm sắc thể)
AABB Thể song bội (amphidiploid) hữu thụ.
Thể dị tứ bội được tạo ra do hai bộ nhiễm sắc thể được tạo ra như trên có thể phát triển bình thường và hữu thụ như dạng lưỡng bội 2n. Thể dị tứ bội loại này chỉ tìm thấy ở thực vật và được gọi là thể song bội (amphidiploid).
Ví dụ cổ điển về đa bội thể lai là thí nghiệm của Karpechenko : lai cây củ cải (Raphanus) với cây bắp cải (Brassica).
Củ cải (Raphanus) có 2n = 18R và bắp cải (Brassica) cũng có 2n =18B. Con lai 9R + 9B = 18 nhiễm sắc thể sẽ bất thụ. Nhưng con lai được mang tên Raphanobrassica có 2n = 18R gô�p với 2n = 18B thành 36 nhiễm sắc thể (18 R + 18 B) thì hữu thụ. Con lai hữu thụ mang tính chất của cả cha lẫn mẹ.
Người lai có ý tạo ra 1 cây củ cải có củ dưới đất đồng thời cho bắp cải, nhưng cây lai Raphanobrassica không có củ và cũng không cho bắp cải. Tuy nhiên đây là lần đầu tiên con người tạo ra một loài mới từ hai loài ban đầu, nên có ý nghĩa lịch sử trong di truyền học.

4. Thể đa bội (poliploid)
Thuật ngữ này có thể hiểu theo nghĩa rộng chỉ tất cả các dạng với bộ nhiễm sắc thể nhiều hơn hai 2n. Mức bội thể cao hơn tứ bội ít gặp trong thiên nhiên, nhưng một số cây trồng quan trọng là các thể đa bội. Thí dụ, lúa mì trồng là lục bội (6n), dâu tây bát bội (8n) v.v... Một số thể tam bội và tứ bội có biểu hiện kiểu hình cây to hơn, lá, hoa và quả đều to hơn dạng lưỡng bội bình thường. Nhiều loại cây ăn quả và cây cảnh là các thể đa bội.
Trong cơ thể lưỡng bội, tế bào một số mô chuyên biệt trở thành đa bội. Thí dụ, một số tế bào gan người là thể đa bội; nội nhũ của hạt nhiều loại thực vật là thể tam bội.
Nghiên cứu của nhiều tác giả năm 1996 về các ảnh hưởng của liều lượng gen ở dãy đa bội (đơn bội, nhị bội, tam bội và tứ bội) của bắp lên sự biểu hiện của 18 gen cho thấy mức phiên mã mRNA tỉ lệ thuận đối với liều lượng của các gen cấu trúc.
5. Sự phân li của thể tự tứ bội và tự tam bội.
Các thể tự tứ bội (autotetraploid) và thể tự tam bội (autotriploid) do có số nhiễm sắc thể nhiều hơn nên sự phân li của chúng phức tạp hơn rất nhiều so với các dạng lưỡng bội. Ta xét sự phân li của thể tứ bội AAaa trong trường hợp đơn giản nhất đối với một gene có hai allel A và a. Hai allel A và a có thể tạo năm tổ hợp AAAA (4 trội), AAAa (3 trội), AAaa (2 trội), Aaaa (1 trội) và aaaa (không có trội). Nếu A trội hoàn toàn thì allel lặn chỉ biểu hiện ở dạng aaaa.
Khi locus A ở gần tâm động, khả năng trao đổi chéo ít xảy ra, thì các giao tử đươc hình thành theo tất cả cách ghép bốn nhiễm sắc thể thành từng đôi như sau. Bốn allel được ký hiệu tương ứng A1, A2, a1 và a2.
Nếu không có trao đổi chéo xảy ra, sự phân li ngẫu nhiên của các nhiễm sắc thể sẽ tạo ra các tổ hợp giao tử như sau :
Bởi vì các chromatid chị em tách nhau ở giảm nhiễm II, đường chéo ở bảng trên chỉ khả năng không cùng đứng chung của chúng trong giao tử. Bảng đối xứng nên tỉ lệ phân li của các giao tử lưỡng bội là 1 AA : 4Aa : 1aa : 1/6 AA : 2/3Aa : 1/6aa . Từ các tổ hợp giao tử này có thể dự kiến các kiểu gen khác nhau được tạo ra:
1/6 AA
2/3Aa
1/6aa
1/6 AA
1/36AAAA
2/18AAAa
1/36AAaa
2/3Aa
2/18AAAa
4/9AAaa
2/18Aaaa
1/6aa
1/36AAaa
2/18Aaaa
1/36aaaa

Tỉ lệ kiểu gen ở các con lai: 1/36 AAAA (phức bốn - quadruplex): 8/36 AAAa (phức ba - triplex): 18/36 AAaa (phức đôi - duplex): 8/36 Aaaa (đơn phức - simplex): 1/36 aaaa (vô phức - nulliplex).
Nếu allel A có biểu hiện trội hoàn toàn thì tỉ lệ kiểu hình sẽ là 35 trội : 1 lặn.
Ở dạng lưỡng bội Aa, thế hệ F2 của tự thụ phấn sẽ tạo 1/4 kiểu hình lặn. Như vậy, ở cây tự tứ bội AAaa, sự biểu hiện kiểu hình lặn giảm từ 1/4 xuống 1/36, gấp 9 lần so với dạng lưỡng bội. Khi kiểu gen đồng hợp tử tạo các kiểu hình bất lợi hơn dị hợp tử, thì đa bội thể có thể tác động làm giảm đáng kể các biểu hiện xấu của đồng hợp tử lặn.

Trường hợp gen nằm xa tâm động, trao đổi chéo có thể xảy ra thì sự phân li phức tạp hơn.
Đối với các thể tự tam bội thì khi hình thành giao tử, các nhiễm sắc thể tương đồng tiếp hợp nhau tạo các bộ ba (tam trị- trivalent) hoặc 1 bộ hai (lưỡng trị - valent) và một bộ đơn (univalent) và phân chia về các cực một cách ngẫu nhiên cho nên nhân tế bào con nhận từ n cho đến 2n nhiễm sắc thể với các tổ hợp rất khác nhau.
Do vậy, đa số các giao tử có bộ nhiễm sắc thể không cân bằng dẫn đến mất sức sống. Nếu các dạng đa bội nói chung có độ bất thụ lớn hơn dạng lưỡng bội, thì dạng tam bội biểu hiện độ bất thụ cao hơn hẵn, thường là hạt lép. Dưa hấu tam bội (2n) khôg hạt là một ví dụ rất rõ.
Đối với thể tự tứ bội, nếu lai với 2 gen thì tỉ lệ càng phức tạp hơn.

6. Đa bội thể nhân tạo
Đa bội có thể gây bằng các phương pháp nhân tạp ở một số thực vật. Các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành thoi vô sắc và sự phân chia nhân trong phân bào, nói chung, đều có thể gây tạo các thể đa bội. Lúc đầu đã có thử nghiệm sử dụng nhiệt độ và gây chấn thương. Tuy nhiên, phương pháp thông dụng nhất hiện nay là xử lí bằng alkaloid colchichine.
Có thể xử lí colchichine gây đa bội thể nhân tạo bằng nhiều cách:
- ngâm hạt vào dung dịch
- chấm dung dịch có nồng độ colchichine lên mầm.
Khi xử lí như thế, nhân đơn bội có thể chuyển thành nhân lưỡng bội, lưỡng bội thành tứ bội.
Một số chất khác acenapthene, indolacetic acid được sử dụng nhưng hiệu quả không rõ như colchichine.
7. Đa bội thể ở động vật
Ở động vật biệt tính, đực cái thuộc các cơ thể riêng, nhất là khi có giới tính đồng và dị giao tử, rất ít khi gặp hiện tượng đa bội nguyên. Ở động vật lưỡng tính có cả cơ quan sinh dục đực và cái, hoặc sinh sản theo lối trực sinh, thì hiện tượng đa bội nguyên có thể xảy ra như ở thực vật.
Dãy đa bội ở động vật chưa được xác minh chắc chắn lắm. Ở môt số loài động vật như côn trùng, lưỡng cư và thú có cả hai thể lưỡng bội (2n) và tứ bội (4n). Ví dụ, chuột đồng xám (Cricetrilus griseus) và chuột đồng thường (C. cricetus) đều lưỡng bội 2n = 22, chuột đồng vàng (Mesocricetus curatus) tứ bô�i 2n = 44. Nói chung đa bội nguyên ít gặp ở động vật.
IV. ĐA BỘI THỂ LỆCH
Sự thay đổi số lượng nhiễm sắc thể có thể chỉ liên quan đến một cặp hoặc một số cặp nhiễm sắc thể được gọi là đa bội thể lệch hay lệch bội lẻ hoặc đa nhiễm (aneuploidy).
1. Các dạng đa bội thể lệch.
a) Thể đơn nhiễm hay thể một (monosomic). Trong cách gọi tiếng Anh để chỉ các thể đa bội lệch, đuôi chữ có thêm "somic". Các sinh vật lưỡng bội có thể bị mất một nhiễm sắc thể của một cặp, thì gọi là đơn nhiễm, công thức bộ gen là 2n - 1. Một nhiễm sắc thể đơn độc không có cái tương đồng để tiếp hợp trong giảm phân I nên có thể di chuyển về bất kỳ cực nào của tế bào, nhưng thường bị mất và không nằm ở nhân nào của tế bào con. Thể đơn nhiễm có thể tạo hai loại giao tư �: (n) và (n - 1).
Ở thực vật, sự mất một nhiễm sắc thể (2n - 1) có thể vẫn sống với một số biến dạng. Ở động vật, sự mất nguyên một nhiễm sắc thể làm mất cân bằng di truyền nên thường bị chết hoặc bất thụ.
b) Thể tam nhiễm hay thể ba (Trisomic). Thể lưỡng bội nếu có dư một nhiễm sắc thể ở một cặp được gọi là tam nhiễm, có công thức bộ gen là 2n + 1. Trong giảm nhiễm I, nhiễm sắc thể dư có thể tiếp hợp với hai cái kia thành bộ ba (tam trị - trivalent). Nếu hai nhiễm sắc thể về một cực, cái lẻ về cực kia sẽ tạo hai loại giao tử : (n+1) và (n) tương ứng. Tam nhiễm có thể tạo các kiểu hình khác nhau, phụ thuộc vào nhiễm sắc thể nào có 3 cái. Ở người tam nhiễm của nhiễm sắc thể 21 gây hội chứng Down, còn gọi là "bệnh Mông cổ".
c) Thể tứ nhiễm hay thể bốn (tetrasomic). Khi một cặp nhiễm sắc thể của sinh vật lưỡng bội có thêm hai nhiễm sắc thể thì gọi là tứ nhiễm, công thức bộ gen là 2n +2. Trong giảm phân I, 4 nhiễm sắc thể tiếp hợp tạo thành bộ bốn hay tứ tự (quadruvalent) và có sự phân li về các cực tương tự thể tự tứ bội.
d) Thể tam nhiễm kép (Double trisomic). Thể này có được khi tam nhiễm ở hai cặp nhiễm sắc thể khác nhau, công thức bộ gen được ký hiệu : 2n +1+1.
e) Thể vô nhiễm hay thể không (nullosomic). Sinh vật lưỡng bội mất cả hai nhiễm sắc thể của một cặp thì gọi là thể vô nhiễm, công thức bộ gen là 2n - 2. Vô nhiễm thường có hiệu quả gây chết. Một số đa bội thể thực vật, có thể sống khi mất một cặp nhiễm sắc thể. Dạng luá mì (triticum) lục bội mấtmột cặp nhiễm sắc thể (6n-2) vẫn sống được đến tạo hạt nhờ sự bù đắp của các nhiễm sắc thể còn lại trong bộ gen
2. Một số thể đa bội lệch ở thực vật
a) Các thể tam nhiễm (trisomic) ở Datura stramonium
Ở cây Datura stramonium có 2n = 24 thuộc cùng chi với cà độc dược, đã phát hiện được các đột biến tam nhiễm có 25 nhiễm sắc thể tuần tự ở tất cả 12 cặp nhiễm sắc.


Các thể tam nhiễm khác với cây hoang dại ở nhiều điểm, rõ rệt nhất là dạng quả và gai quả, dĩ nhiên liên quan đến nhiễm sắc thể nào dư thừa. Nghiên cứu tất cả 12 loại tam nhiễm khác nhau, có thể xác định được nhóm liên kết gen liên quan cụ thể với nhiễm sắc thể nào.
b) Các thể vô nhiễm (nullesomic) ở luá mì
Luá mì (Triticum vulgare) có 6n = 42. Mẵc dù vô nhiễm thường gây chết, nhưng nhờ ở dạng đa bội thể nên ở cây luá mì đã nhận được tất cả 21 loại vô nhiễm của 21 cặp nhiễm sắc thể. Tất cả các thể vô nhiễm đều phát triển yếu hơn luá mì bình thường.
Sự nghiên cứu các dạng vô nhiễm giúp hiểu rõ các nhóm liên kết gen và vai trò của từng cặp nhiễm sắc thể. Bộ các cây vô nhiễm ở luá mì được sử dụng trong chọn giống, giúp đưa các nhiễm sắc thể theo ý muốn vào cây lai.
Ngoài ra ở ruồi giấm, nhiều dạng đa bội lệch được phát hiện ở nhiễm sắc thể X và được sử dụng rộng rãi trong các thí nghiệm di truyền.
3. Các thể đa bội lệch ở người.
Ở người, nhiều hội chứng di truyền do các thể đa bội lệch làm thay đổi số lượng cặp nhiễm sắc thể giới tính đưa đến các dạng : hội chứng Turner (XO), hội chứng Kleinfelter (XXY), siêu nữ (XXX - superfemale), siêu nam (XYY) và YO không sống.
- Hội chứng Turner, do Henry Turner mô tả đầu tiên ở người nữ mất một nhiễm sắc thể X (XO) có công thức 2n-1=45. hội chứng có nhiều biểu hiện đặc trưng như : lùn (chiều cao < 1,5 m), cơ quan sinh dục kém phát triển (không dậy thì), kém thông minh...
-Hội chứng Klinefelter, do Henry Klinefelter mô tả ở những người nam dư một nhiễm sắc thể X (XXY), công thức bộ gene 2n+1= 47. Hội chứng có những biểu hiện đặc trưng : bất thụ, ngón tay chân dài, phát triển ngực có tính nữ và suy giảm trí tuệ.
-Người siêu nữ XXX có dư một nhiễm sắc thể X, với bộ gen 2n+ 1= 47, thoái hóa, suy giảm trí tuệ.
-Người siêu nam có XYY, người nam bình thường, nhưng có thể gọi là siêu nam vì tính tình mạnh bạo hơn người thường. Năm 1965, khi nghiên cứu trong số người phạm tội, những người XYY chiếm tới 3,5%, nên có lúc Y được gọi là "nhiễm sắc thể tội lỗi" (criminal chromosome). Thực tế những người này do mạnh bạo hơn bình thường nên dễ phạm tội. Các nghiên cứu gần đây phủ định các kết quả nêu trên.
TRISOMY 13
Slanted forehead
Cleft lip and palate
Extra finger
Small scrotum
Rocker bottom heel
Scalp abnormalities
Wadsworth Center
Jones, 1988
- Hội chứng Down, do Langdon Down phát hiện, thường là tam nhiễm ở cặp nhiễm sắc thể 21 của người. Tỷ lệ xuất hiện khoảng 1/600 sơ sinh. Người bệnh có một số biểu hiện đc trưng như : thoái hoá trí tuệ, mắt giống mắt người Mông cổ. Có mối liên hệ thuận giữa số trẻ sinh ra mắc bệnh Down và tuổi của các bà mẹ. Tỉ lệ đó là 1/500 ở các bà mẹ 20-30 tuổi, 1/300 giữa 40-45 tuổi và 1/60 cao hơn 45 tuổi. Tuổi cha không ảnh hưởng.
Ở người, các đơn nhiễm ít thấy hơn, có lẽ do mang nhiều gen lặn nguy hiểm, nên ở trạng thái bán hợp tử khó sống.