Liên kết gên và lập bản đồ di truyền ở sinh vật nhân chuẩn

Di truyền học
Liên Kết gen và lập bản đồ
di truyền ở sinh vật nhân chuẩn.
Giảng viên
Đỗ Lê Thăng
Thực hiện
Chu Thị Hằng
Nguyễn Mai Hương
Lê Thị Khánh
Nội Dung Chính
Tái tổ hợp là cơ sở để lập bản đồ di truyền
Cơ sở tế bào học trao đổi chéo ở ngô
Nguyên tắc lập bản đồ di truyền,xác định nhóm gen liên kết. Dùng phép lai phân tích 3 điểm để xác định trật tự gen.Nhiễu , hệ số trùng lặp
Tái tổ hợp là cơ sở lập
bản đồ gene
Nguyễn Mai Hương
I. Các loại bản đồ
II. Bản đồ di truyền liên kết và cơ sở liên kết gene
III. Kết luận
Làm thế nào để định vị Việt Nam trên thế giới?
Làm thế nào để biết vị trí của thủ đô Hà Nội so với cả nước???
Đường đi từ Thanh Xuân đến Long Biên đi như thế nào đây?
Đối với các gene? Làm thế nào để sắp xếp, xác định vị trí???
Khái niệm bản đồ di truyền
Khi nghiên cứu cấu trúc di truyền của một loài sinh vật, một cá thể, một NST hoặc một gene… người ta thu được các dữ liệu di truyền bằng hình dạng, kích thước, màu sắc của NST hoặc bằng độ lớn, vị trí sắp xếp của gen. các nucleotide tạp nên các loại bản đồ di truyền khác nhau
Tuỳ theo phương pháp nghiên cứu mà người ta chia bàn đồ di truyền thành nhiều loại khác nhau: bản đồ di truyền liên kết, bản đồ di truyền tế bào, bản đồ vật lý, bản đồ trình tự gene.
Một số loại bản đồ chủ yếu
Hiện nay có nhiều loại bản đồ di truyền như:
Bản đồ hình thái NST (Bản đồ kiều nhân: Karyotype map)
Bản đồ di truyền giao nạp (Conjugation map)
Bản đồ di truyền liên kết (Genetic map)
Bản đồ di truyền tế bào (Cytogenetic map)
Bản đồ lai phóng xạ (Radiantion Hybrides map)
Bản đồ di truyền giới hạn (Restriction map)
Bản đồ vật lý (Physical map)
Bản đồ trình tự gene (Sequence map)
Mức độ chính xác của các loại
bản đồ
Bản đồ hình thái NST
Được xây dựng bằng phương pháp nhuộm băng
Sử dụng kỹ thuật cố định NST ở kỳ giữa của quá trình phân bào giảm phân, loại Protein, nhuôm với thuốc nhuộm
Quan sát dưới kính hiển vi, hình dạng NST được biểu hiện ở các band màu đậm nhạt khác nhau trong cấu trúc NST
Tuỳ thuộc vào vị trí tâm động, hình tháy NST có thẻ chia thành nhiều dạng khác nhau.
Bản đồ di truyền tế bào
Xây dựng trên cơ sở phần khác nhau của NST bắt màu khác nhau với thuốc nhuộm đặc hiệu tạo thành các band màu khác nhau
Thường sử dụng các phương pháp nhuộm giemsa, huỳnh quang…
Có thê thiết lập riêng từng vùng NST với kích thước >10Mb
Có thể xác định được tính đa hình di truyền của loài, phân tích bệnh lý, đột biến cấu trúc NST
Hiện nay với phương pháp FISH có thể xác định được các đoạn NST kích thước từ 1-2Mb với độ chính xác cao.
Bản đồ vật lý
Là bản đồ được xây dựng từ các đoạn DNA được phân cắt từ bộ gene
Các đoạn DNA sử dụng có thể là các đoạn DNA tách dòng trong các loại vector tách dòng khác nhau hoặc các đoạn DNA thu được bằng kỹ thuật phân từ RFLP, SSR…
Kích thước các đoạn được tính bằng số cặp base
Số lượng, kích thước các đoạn cắt trogn mỗi loại bản đồ vật lý mang đặc trưng riêng tạo nên các loại bản đồ có độ chính xác khác nhau.
Bản đồ di truyền có ý nghĩa quan trọng giúp lưu trữ thông tin di truyền của cá thể và các loại dinh vật trong các nghiên cứu đã dang sinh học và vốn gene của các loài sinh vật
Là giai đoạn đầu thực hiện kỹ thuật giải trình tự gene
Bản đồ di truyền liên kết
Được Morgan xây dựng đầu tiên năm 1910 – 1913 trên ruồi giấm
Xây dựng dựa trên tần số tái tổ hợp giữa các locus gene trên cặp NST tương đồng
Tần số tái tổ hợp giữa các locus gene là tần số trao đổi cháo hoán vị gene, xảy ra giữa các locus gene của các cặp NST tương đồng trong giảm phân
Tần sô tái tổ hợp được xác định bằng tỷ lệ các cá thể tố hợp/tổng số các cá thể thu được trong quần thể đời con. từ đó xác định được khoáng cách tương đối giữa các gene trên NST, tính bằng đơn vị centimorgan (cM)
Bản đồ di truyền liên kết (2)
1cM=1% tần số trao đổi chéo giữa 2 cập gene.
1cM được xác định tương đương với 1Mb so với các bản đồ khác
Bản đồ di truyền liên kết chỉ xác định được vị trí tương đối giữa các gene trên NST, không xác định được chính xác vị tri và kích thước của gene
Độ chính xác thấp
Việc thíêt lập bản đồ vô cùng phức tạp nhưng có vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu di truyền học. Đã có nhiều phần mềm được xây dựng làm tăng độ chính xác
Tái tổ hợp là cơ sở lập
bản đồ gene
I. Các loại bản đồ
II. Bản đồ di truyền liên kết và cơ sở liên kết gene
III. Kết luận
Trao đổi chéo
Thí nghiệm của Morgan:
1. Lai phân tích ruồi cái F1 :
PB :
♀ Xám-Dài

♂ Đen-Ngắn
FB :
Xám-Dài
41%
Đen-Ngắn
41%
Xám-Ngắn
9%
Đen-Dài
9%
82% kiểu hình giống P
18% kiểu hình khác P
2. Giải thích:
a/ Bằng sơ đồ lai:
PB :
♂ Đen-Ngắn
 ♀ Xám- Dài
GPB :
ab
100%
FB :
ab
100%
Xám-Dài
41%
Đen-Ngắn
41%
Xám-Ngắn
9%
Đen-Dài
9%
ab
ab
ab
ab
AB
ab
Ab
aB
ab
41%
AB
41%
Ab
9%
aB
9%
AB = ab = 41%
Ab = aB = 9%
G ?
b
B
G Liên kết
G Hoán vị
▲Cơ sở tế bào học của hiện tượng liên kết không hoàn toàn là :
+ Do sự trao đổi chéo giữa các cromatide trong cặp nhiễm sắc thể tương đồng
+ Xảy ra ở kỳ đầu của giảm phân I trong quá trình sinh giao tử
b/ Bằng thuyết NST:
▲ + Tỉ lệ % các loại giao tử phụ thuộc vào tần số tái tổ hợp,kí hiệu là f%.
+ liên kết không hoàn toàn xảy ra ở ruồi giấm cái, tằm đực..
+ Ở đậu Hà lan, người  sự tái tổ hợp xảy ra ở cả 2 giới.
Cơ chế tế bào học của trao đổi chéo
Bằng chứng trao đổi chéo
Các phương pháp phát hiện hiện tượng trao đổi chéo giữa hai gen
Lai phân tích F1
Lai F1 x F1
Lai phân tích F1
Thí nghiệm về sự phân ly độc lập là phép lai phân tích giữa con lai F1 (AaBb) với 1 cá thể đồng hợp tử lặn kép (aabb)
Thí nghiệm về sự liên kết giữa các gene trên cùng một nhiễm sắc thể.
Thí nghiệm về sự liên kết không hoàn toàn giữa các gene trên cùng một NST
Các phương pháp phát hiện hiện tượng trao đổi chéo giữa hai gen
Lai phân tích F1
Lai F1 x F1
Trao đổi chéo và lập bản đồ
di truyền
Sự liên kết giữa các gene trên cùng một NST được trình bày thành một bản đồ liên kết, thể hiện trình tự tuyến tính của các gene dọc theo NST với các khoảng cách giữa các gene liền kề, tỷ lệ thuận với tần số tái tổ hợp giữa chúng
Đơn vị khoảng cách trong bản đồ liên kết được gọi là đơn vị bản đồ hay centimorgan (cM), nó được xác định bằng 1% tần số tổ hợp.
1 đơn vị bản đồ tương ứng với chiều dài của 1 đoạn NST
Trao đổi chéo và lập bản đồ
di truyền
Khi các vùng NST liền kề phân tách các gene liên kết ra là đủ ngắn, thì các tần số tái tổ hợp giữa các gene là có tính cộng gộp. Hay nói cách khác các đơn vị bản đồ có tính cộng gộp.
Ví dụ:
3 gene a,b,c trên 1 NST
tần số tái tổ hợp giữa 2 gene a và b là 4%
tần số tái tổ hợp giữa 2 gene b và c là 3%.
Có 2 khả năng xảy ra về sự sắp xếp đó là a – b – c, hoặc b – a – c.
nếu tần số tái tổ hợp giữa 2 gene a và c là 7% thì có thể khẳng định thứ tự của nó là a – b – c.
Dựa vào cách trên để thể hiện tất cả các gene đã biết có trong 1 NST, các gene này được gọi là nhóm liên kết
Lai F1 x F1
Nhóm liên kết gen
Trên 1 NST có nhiều gen, phân bố theo trật tự thẳng và cùng phân ly vào một giao tử trong quá trình giảm phân, lập thành một nhóm liên kết.
Số nhóm liên kết của mỗi loài bằng số NST đơn bội (n) của loài. Ví dụ: người có n = 23, có 23 nhóm liên kết.
Các gen trong nhóm liên kết có thể liên kết hoàn toàn hoặc không hoàn toàn (có trao đổi chéo trong giảm phân).
Kết luận
Các gene không alen trên cùng một nhiễm sắc thể có xu hướng phân ly cùng với nhau trong giảm phân. Hiện tượng này được gọi là sự liên kết
Khi phân ly có cả giao tử mang tổ hợp gene giống bố mẹ và những giao tử mang tổ hợp gene khác bố mẹ. sự tái tổ hợp xảy ra do trao đổi chéo, xảy ra ở giảm phân I.
Kết luận
Tần số trao đổi chéo giữa các gene có thể được sử dụng để xác định vị trí tương đối của các gene trên cùng 1 NST. Đó chính là sự lập bản đồ di truyền.
Đơn vị khoảng các bản đồ (đơn vị bản đồ) là 1% tái tổ hợp. 1 đơn vị bản đồ (cM) tương ứng với 1 đoạn của NST
Đối với những khoảng cách ngắn, các đơn vị bản đồ có tính cộng ghộp.
Kết luận
Số nhóm liên kết tương đương với số lượng NST đơn bội của loài.
Tần số tái tổ hợp diễn ra trong 1 phép lai là 50%, tần số này có khi mà khoảng cách giữa các gene đủ lớn để có thể có 1 trao đổi chéo trong 1 lần giảm phân.
Johann Grégor Mendel
( 1822 – 1884)
Thomas Hunt Morgan
(1866-1945)
what were inherited factors ?
where were they located ?
How were they passed from one generation to the next ?
Thomas Hunt Morgan
(1866-1945)

Crossing over was described, in theory by Thomas Hunt Morgan
Crossing over
In 1931

The first cytological demonstration of genetic crossing over bas been given by Stern (working with Drosophila) and H. B. Creighton and Barbara McClintock (working with maize).















sinh viên

Barbara MC Clintock
and
The cytological evidence
of chromosomal crossing over in maize.
Lê Thị Khánh
overview
Barbara Mc Clintock.
Introdution obout crossing over.
The cytologycal evidence.
Classification of crossing over.
Signification of crossing over
Barbara Mc Clintock.
She was an American scientist who
pioneered the use of cytogenetics
to understand the structure of
chromosomes and mechanisms
of genetic recombination.
Barbara McClintock
(June 16 1902 – September 2 1992)
She studied botany,
receiving a BSc four years later, in 1923.
She earned MA anh MD in 1927
Barbara Mc Clintock.
During her graduate studies and her postgraduate appointment as a botany instructor, McClintock was instrumental in assembling a group that studied the new field of cytogenetics, choosing maize as their species for experimental research.
In 1930, McClintock was the first person to describe cross-shaped interaction of homologous chromosomes during meiosis.
During 1931, McClintock and a graduate student, Harriet Creighton, proved the link between chromosomal crossover during meiosis and the recombination of genetic traits.
McClintock works with
Blumenschein and Kato on maize
Barbara Mc Clintock.

1940s-1950s. Transposition – genes can move around on and between chromosomes .
Barbara Mc Clintock.
McClintock speaking at
Nobel Conference, 8 December 1983.
She received the Nobel Prize for Physiology or Medicine in 1983, credited by the Nobel Foundation for discovering `mobile genetic elements‘.
overview
Barbara Mc Clintock.
Introdution obout crossing over.
The cytologycal evidence.
Classification of crossing over.
Signification of crossing over
What is Crossing Over?
The exchange of chromosomal segments between two non- sister chromatids

Where does Crossing Over Occur?
Genetic swapping occurs between paired homologous chromosomes in our sex cells—The Egg and Sperm
When Does it Happen?
During Prophase I of Meiosis
Remember the differences between Mitosis and Meiosis?
Meiosis increases genetic diversity in a species
Mitosis creates genetically identical daughter cells

Meiosis

Homologous Chromosomes Exchanging DNA
by Crossing Over
Genetic recombination
producing new combinations of genes
Meiosis
In 1911 the American geneticist Thomas Hunt Morgan (1866-1945) observed cross-over in Fruit flies and the process was called Meiosis.  
overview
Barbara Mc Clintock.
Introdution obout crossing over.
The cytologycal evidence.
Classification of crossing over.
Signification of crossing over
The cytocycal evidence for crossing over in maize

Creighton and McClintock like Stern made convincing correlation between cytological evidence and genetical results of crossing over in maize.
They made the use of knob of 9th chromosome of maize which in two different strains might had one allele for either coloured aleurone (C) or colourless; aleurone (c)
and one allele for either starchy endosperm (Wx) or waxy endosperm (wx). The results of their experiment have been illustrated.

A - Non crossover eggs

B - Crossover eggs (Recombinants)

overview
Barbara Mc Clintock.
Introdution obout crossing over.
The cytologycal evidence.
Classification of crossing over.
Signification of crossing over
Classification of crossing over.
(types of crossing over)


Single crossing.
Double crossing.


`

A Single Crossing, B Reciprocal Double Crossing Over,
C and D Complementary Double Crossing Over
                                                                                                                                                         
overview
Barbara Mc Clintock.
Introdution obout crossing over.
The cytologycal evidence.
Classification of crossing over.
Signification of crossing over
Signification of crossing over
It produces new individuals having new combinations
of traits.
Crossing over has helped in establishing the concept of linear arrangement of genes.

The frequency of crossing over helps in the mapping of chromosomes. i.e., determining the location of the genes in the chromosomes.
. Selection of useful recombination by geneticists has brought about green revolution in our country.









Nguyên tắc lập bản đồ di truyền
Xác định nhóm gen liên kết
Dùng phép lai phân tích ba điểm để xác định trật tự gen
sinh viên
Chu thị hằng
Nguyên tắc lập bản đồ di truyền


Xác định nhóm liên kết

Xác định vị trí của các gen trên nhiễm sắc thể
Quy tắc đọc bản đồ nhiễm sắc thể

-Lấy tâm động làm chuẩn gốc
-Phần cánh ngắn (p)
-Phần cánh dài. (q)
- Phần nhỏ hơn trong các vết được đánh số thứ tự tương ứng , ngăn cách bởi dấu “.”
-Số thứ tự của nhiễm sắc thể được đánh trước p hoặc q
Cánh ngắn
Cánh dài
Tâm động
Nhiễm sắc thể 12
12p1.1.2.3
12q2.6.2
Xác định nhóm gen liên kết

Nhóm liên kết là các gen nằm trên 1 nhiễm sắc thể
Lý thuyết : thực hịên phép lai 2 tính trạng như của Melden và Morgan
F2: 9:3:3:1 Hai gen nghiên cứu nằm trên 2 nhiễm sắc thể khác nhau
F2: 3:1 Hai gen nghiên cứu nằm trên 1 nhiễm sắc thể
Thực tế : dùng phép lai phân tích
F2 :1:1:1:1 2 gen nằm trên 2 nhiễm sắc thể khác nhau
F2:1:1 2 gen cùng nằm trên 2 nhiễm sắc thể
Ví dụ
Thí nghiệm của mendel
- xét riêng từng cặp tính trạng ở F2:
Vàng/xanh =(9+3)/(3+1)=3:1
Trơn /nhăn =(9+3)/(3+1)=3:1
- áp dụng toán xác suất thống kê:
Nếu xác suất để gặp 2 sự kiện = tích xác suất của từng sự kiện thì 2 sự kiện đó độc lập với nhau
P(vàng , trơn )=P(vàng)*P(xanh) 9/16=3/4*3/4
hạt vàng vỏ trơn phân ly độc lập với nhau ở kì sau của giảm phân tạo giao tử
Lập luận tương tự với các cặp : vàng, nhăn;xanh , trơn ;xanh,nhăn.
Kết luận : 2 gen quy định tính trạng màu sắc hạt và hình dạng vỏ nằm trên 2 NST khác nhau
Thí nghiệm của Morgan
Cho lai phân tích F1
- Xét riêng từng cặp tính trạng ở Fa:
Thân xám / thân đen = 1:1
Cánh dài /cánh cụt = 1:1
- Áp dụng toán xác suất thống kê như trên :
Ta có :
P(xám , dài )#P(xám )*P(dài) 1/2 # 1/2*1/2
thân xám , cánh dài phân ly không độc lập với nhau trong quá trình giảm phân tạo giao tử
Mặt khác : thân xám luôn đi kèm với cánh dài
gen quy định thân xám và gen quy định cánh dài nằm trên 1 NST
Lập luận tương tự ta cũng có gen quy định thân đen và gen quy định cánh ngắn cùng nằm trên 1NST
Xác định vị trí của gen trên nhiễm sắc thể

Gen được sắp xếp theo trật tự thẳng trên NST và chiếm 1 vị trí xác định gọi là locut gen
Tần số trao đổi chéo dùng làm thước đo khoảng cách giữa các locut

-Đơn vị của bản đồ di truyền là cM
1cM=1% đời con có kiểu hình tái tổ hợp(=1%
tần số trao đổi chéo )

-R khoảng cách giữa 2 gen được tính bằng

R=[(số cá thể tái tổ hợp ở đời con/tổng số cá thể đời con )*100]
Ví dụ
Trong phép lai phân tích
Ruồi giấm cái : KH:thân vàng mắt trắng
KG: YyWw
Kết quả
Kết luận
Khi 2 gen liên kết thì tỉ lệ phân ly kiểu hình ở đời con khác 1:1:1:1
Xác định được sự sắp xếp của các alen trên cặp nhiễm sắc thể tương đồng ở vị trí đều (++/yw) vì các nhóm kiểu hình giống bố mẹ chiếm tỷ lệ lớn
Khoảng cách giữa các locut y và w là:
=[(7+8)/1000]*100=1.5cM
Bản đồ liên kết là :
y 1.5 w
Dùng phép lai phân tích ba điểm để xác định trật tự gen
Cho phép xác định trật tự của ba locut trên nhiễm sắc thể và khoảng cách giữa chúng

Tiến hành :
Lai phân tích giữa cá thể dị hợp tử về các alen của 3 gen rồi xác định các nhóm kiểu hình và số lượng cá thể ở mỗi nhóm kiểu hình ở đời con
Ví dụ minh họa
Lai phân tích với 3 gen trên 1 NST ở ngô
Lz Su Gls
Lz Su Gl
lz su gl
lz su gl
Lz Su Gl
Lz su gl
F1
Đem F 1 trên lai phân tích
Kết quả :Đời con của phép lai phân tích ba điểm ở ngô
Có thể xảy ra các khả năng sau:
- Không xảy ra trao đổi chéo giữa 3 gen
♀ : Lz Su Gl và lz su gl các cây con có kiểu
♂ : lz su gl hình giống bố mẹ
- Xảy ra trao đổi chéo đơn giữa lz và su
♀ : Lz su gl và lz Su Gl
♂ : lz su gl
xuất hiện cây con mang KH của gen sugl(lá bóng , nội nhũ đường) và KH của gen lz(bò lan )

- xảy ra TĐC đơn giữa su và gl
♀:Lz Su gl và lz suGl
♂:lz su gl
 xuất hiện con mang KH của gen gl (lá bóng) và của gen lz su (bò lan, nội nhũ đường)


- Nếu trao đổi kép xảy ra (giữa lz với su và su với gl )
2 loại giao tử được hình thành : Lz su Gl và lz Su gl
Xuất hiện cây con mang KH của gen su(nội nhũ đường) và KH của gen lz gl (bò lan , lá bóng )
Kiểu NST sinh khác nhau sinh ra từ cây bố mẹ dị hợp có mặt ở đời con
Những thể trao đổi chéo giữa lz và su được biểu thị bằng số các kiểu nST như sau
Những thể trao đổi chéo giữa su và gl được biểu thị bằng số các kiểu nST như sau
-79/740 hay 10.7%là tần số trao đổi chéo giữa 2 lô cut lz và su nên khoảng cách bản đồ gen giữa 2 gen này là 10.7cM
Tần số trao đổi chéo giữa 2 locut su và gl là 109/740 hay 14.7% cho nên khoảng cách giữa chúng là 14.7cM
Đoạn nhiễm sắc thể có ba gen nói trên là
lz su gl
10.7cM
14.7cM
Nhiễu và Hệ số trùng lặp.


Nhiễu (I) là hiện tượng trao đổi chéo thứ nhất gây nhiễu trao đổi chéo thứ hai trong trao đổi kép. ( Muller)
Hệ số trùng lặp ( CC)




CC = số trao đổi chéo kép thực tế/(tần số tđ chéo đơn 1)*(tần số tđ chéo đơn 2)*tổng số cá thể đời con

Giá trị nhiễu
I = 1- CC
thank you !

Thực hiện
Chu Thị Hằng
Nguyễn Mai Hương
Lê Thị Khánh.