Phuong phap lai
Chia sẻ bởi Lý Minh Tuấn |
Ngày 18/03/2024 |
8
Chia sẻ tài liệu: phuong phap lai thuộc Sinh học
Nội dung tài liệu:
1
ĐỖ THỊ TRÂM ANH
TRẦN HỒNG VÂN
NGHIÊM THỊ PHƯƠNG LOAN
NGUYỄN THỊ NGỌC ĐIỆP
NGUYỄN HUỲNH BÍCH TRANG
VÕ THỴ THÚY NGA
TÔ HUỲNH THIÊN TRỌNG
Thuyết trình
DI TRUYỀN HỌC
Giảng viên: ĐẶNG THỊ NGỌC THANH
Trình bày: Tổ 2
2
ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC VÀO CHỌN GIỐNG
Chủ đề:
3
CÁC PHƯƠNG PHÁP LAI
4
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
1. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết :
a.Tự thụ phấn (tự phối):
- Gặp ở thực vật.
- Là trường hợp giao tử đựcvà giao tử cái tham gia thụ phấn là của cùng một hoa lưỡng tính hoặc từ những hoa đơn tính của cùng một cây.
5
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
1. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết :
b. Giao phối cận huyết :
- Gặp ở động vật .
- Là sự giao phối giữa những động vật cùng bố mẹ hoặc giữa bố hay mẹ với con của chúng
6
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
2. Hiện tượng thoái hóa :
a. Khái niệm:
- Đối với cây trồng giao phấn khi tiến hành tự thụ phấn bắt buộc qua nhiều thế hệ thì con cháu có sức sống kém dần, sinh trưởng phát triển chậm, chống chịu kém, năng suất giảm, nhiều cây bị chết …
- Đối với vật nuôi khi giao phối cận huyết (có quan hệ gần gũi) qua nhiều thế hệ làm xuất hiện hiện tượng thoái hóa, xuất hiện quái thai, dị hình, cơ thể suy yếu, sức đẻ giảm ..
Ví dụ: Cây ngô vốn là cây giao phấn nếu tự thụ phấn bắt buộc qua nhiều thế hệ thì chiều cao thân giảm dần, giảm năng suất, có nhiều tính trạng xấu…
7
8
Ngô lúc đầu
Ngô thoái hóa
9
Giống lúa ban đầu
Giống lúa thoái hóa
10
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
2. Hiện tượng thoái hóa :
b. Nguyên nhân thoái hóa giống:
- Khi tiến hành tự thụ phấn bắt buộc hay giao phối cận huyết qua nhiều thế hệ thì :
+ Tỉ lệ thể dị hợp trong quần thể giảm dần .
+ Tỉ lệ thể đồng hợp tăng, trong đó, các gen lặn có hại biểu hiện ra.
Ví dụ: P: Aa x Aa
F1: ¼ AA : 2/4 Aa : ¼ aa
11
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
2. Hiện tượng thoái hóa :
c. Vai trò của tự thụ phấn bắt buộc và giao phối cận huyết :
- Trong chọn giống người ta dùng các này để củng cố một đặc tính mong muốn nào đó
- Tạo ra các dòng thuần chủng
- Phát hiện những gen có hại hay có lợi từ đó làm cơ sở để lựa chọn hoặc loại bỏ
12
II. Hiện tượng ưu thế lai :
1. Khái niệm:
Ưu thế lai là hiện tượng cơ thể lai ưu việt hơn bố mẹ về sức sống, sức chống chịu, khả năng sinh trưởng phát triển, sinh sản, năng suất, khả năng lợi dụng thức ăn …
13
Ví dụ:
P: Lúa trồng x Lúa hoang dại
(Năng suất cao, chống chịu kém..)
(Năng suất thấp, chống chịu tốt..)
F1: (Năng suất cao và chống chịu với môi trường tốt…)
14
II. Hiện tượng ưu thế lai :
2. Đặc điểm :
- Ưu thế lai biểu hiện trong lai khác thứ, lai khác loài, nhưng rõ nhất trong lai khác dòng, vì :
+ Phần lớn các gen của cơ thể lai trong lai khác dòng đều ở trạng thái dị hợp, trong đó, các gen trội quy định các trạng thái tốt được biểu hiện.
+ Cơ thể lai khác dòng có độ đồng đều cao về năng suất và phẩm chất .
- Ưu thế lai biểu hiện cao nhất ở F1 và giảm dần ở các thế hệ sau : do có hiện tượng phân tính : tỉ lệ thể dị hợp giảm dần, tỉ lệ thể đồng hợp tăng dần, trong đó, các tính trạng quy định bởi các gen lặn (có hại ) được biểu hiện
15
II. Hiện tượng ưu thế lai :
3.Nguyên nhân:
Có 3 giả thuyết:
Giả thuyết về trạng thái dị hợp.
Giả thuyết siêu trội.
Giả thuyết về sự tác động cộng gộp của các gen trội có lợi.
16
Giả thuyết về trạng thái dị hợp:
+ Trong cơ thể lai phần lớn các gen nằm ở trạng thái dị hợp trong đó các gen lặn chưa được biểu hiện
P : AABBCC x aabbcc
F1: AaBbCc
+ Trong các thế hệ sau tỷ lệ thể dị hợp giảm dần nên ưu thế lai cũng giảm
17
Giả thuyết về sự tác động cộng gộp của các gen trội có lợi:
+ Càng nhiều gen trội thì ưu thế lai càng tăng
Ví dụ: Lai 1 dòng có 2 gen trội với dòng có 1 gen trội tạo ra dòng có 3 gen trội
P : AabbCC x aaBBcc
F1: AaBbCc
+ Biểu hiện rõ nhất ở trạng thái đa gen .
Ví dụ: chiều cao của cây phụ thuộc vào gen trội.
18
Giả thuyết siêu trội:
Do sự tương tác giữa 2 alen khác nhau về chức phận của cùng 1 gen dẫn đến hiệu quả bổ trợ mở rộng phạm vi biểu hiện kiểu hình.
Thực tế, thể dị hợp phát triển tốt hơn thể đồng hợp trội.
P: AA x aa -> F1: Aa (AAaa)
Ví dụ:
+ Cây truốc lá có kiểu gen aa chịu được nhiệt độ khoảng 100C
+ Cây truốc lá có kiểu gen AA chịu được nhiệt độ khoảng 350C
+ Cây truốc lá có kiểu gen Aa chịu được nhiệt độ khoảng 100C - 350C
19
II. Hiện tượng ưu thế lai :
4. Phương pháp tạo ưu thế lai:
a. Lai khác dòng đơn:
Tạo dòng thuần chủng ( bằng cách cho tự thụ phấn qua 5-7 thế hệ ) , sau đó cho giao phấn giữa 2 dòng thuần với nhau :
P: dòng thuần A x dòng thuần B -> C (ưu thế lai)
20
II. Hiện tượng ưu thế lai :
4. Phương pháp tạo ưu thế lai:
b. Lai khác dòng kép:
P1: dòng A x dòng B C
P2: dòng D x dòng E F
C x F G (ưu thế lai )
21
II. Hiện tượng ưu thế lai :
4. Phương pháp tạo ưu thế lai:
c. Lai khác thứ:
Tổ hợp vốn gen của 2 hoặc nhiều thứ có kiểu gen khác nhau cũng có hiện tượng ưu thế lai, nhưng ở các thế hệ sau có hiện tượng phân tính, ưu thế lai giảm.
22
II. Hiện tượng ưu thế lai :
4. Phương pháp tạo ưu thế lai:
d. Lai khác loài (lai xa):
Cho lai 2 cá thể khác loài cũng tạo được ưu thế lai.
23
III. Lai kinh tế:
1. Khái niệm:
Người ta cho giao phối cặp bố mẹ thuộc 2 dòng thuần chủng rồi dùng con lai F1 làm sản phẩm không dùng để nhân giống .
24
III. Lai kinh tế:
2. Ý nghĩa:
Nhằm sử dụng ưu thế lai ở con lai F1, nhất là ở vật nuôi ( F1 có sức sống tốt, sức sản xuất thịt, trứng, sữa cao, tăng trọng nhanh, sinh sản khoẻ ...)
25
III. Lai kinh tế:
3. Cách tiến hành:
- Cho phối giữa bố mẹ thuộc 2 giống thuần chủng khác nhau dùng con lai F1 làm sản phẩm , không dùng để nhân giống .
- Phổ biến ở nước ta hiện nay là dùng con cái thuộc giống trong nước giao phối với con đực cao sản thuộc giống nhập nội .để con lai có khả năng thích nghi với điều kiện khí hậu và chăn nuôi của mẹ, có sức tăng sản của bố.
26
P: Bò cái vàng Thanh hóa x Bò đực Hà Lan
F1: (Chịu được khí hậu nóng, sản xuất 1000 kg sữa/năm, tỷ lệ bơ 4 – 5 %..)
27
IV. Lai cải tiến giống:
1. Ý nghĩa:
Dùng một giống cao sản để cải tiến một giống có năng suất thấp .
28
IV. Lai cải tiến giống:
2. Cách tiến hành:
Ở vật nuôi, ta dùng những con đực cao sản ngoại nhập cho phối với những con cái tốt nhất của giống địa phương .
- Dùng một con đực giống cao sản để cải tạo một giống cso năng suất kém qua 4 -5 thế hệ để nâng cao phẩm chất và sản lượng của một giống cần cải tạo gần giống với giônh1 cao sản .
- Về mặt di truyền học, phương pháp lai cải tiến giống ban đầu làm tăng tỷ lệ thể dị hợp, sau đó tăng dần tỷ lệ thể đồng hợp trội giống bố .
29
IV. Lai cải tiến giống:
2. Cách tiến hành:
Ví dụ: P : Cái B (nội) x Đực A (ngoại)
F1 : Con lai C x Đực A (ngoại)
F2 : Con lại D x Đực A (ngoại)
F3 : Con lai E x Đực A (ngoại)
F4 : Con lai G x Đực A (ngoại)
30
V. Lai tạo giống mới (Lai khác thứ):
Tổ hợp vốn gen của 2 hay nhiều thứ kết hợp với chọn lọc để tạo giống mới.
1. Ý nghĩa:
31
2. Cách tiến hành:
Lai 2 thứ khác nhau hoặc lai tổng hợp nhiều thứ có nguồn gen khác nhau để tạo biến dị tổ hợp.
Phải chọn lọc vì các thế hệ sau có sự phân tính phức tạp.
V. Lai tạo giống mới (Lai khác thứ):
32
2. Cách tiến hành:
F1 : Giống lúa VX – 83
(do viện kĩ thuật nông nghiệp tao ra)
V. Lai tạo giống mới (Lai khác thứ):
Ví dụ 1:
P: Giống lúa X1 x Giống lúa CN2
(NN 75–10) (IR 197446–11–33)
(N.suất cao, chống bệnh bạc lá, không kháng rầy..)
(N.suất TB, kháng rầy, chất lượng gạo cao..)
33
2. Cách tiến hành:
Viện chăn nuôi đã tạo 2 giống lợn mới: Đại bạch x Lợn Ỉ - 81 và Bơcsai x Lợn Ỉ - 81, phối hợp các đặc tính tốt của lợn Ỉ ( mắn đẻ, đẻ nhiều, xương nhỏ, thịt thơm ngon…) với đặc tính lợn ngoại ( tầm vóc to, thịt nhiều nạc, tăng trong nhanh ….)
V. Lai tạo giống mới (Lai khác thứ):
Ví dụ 2:
34
VI. Lai xa:
- Lai xa là hình thức lai giữa các dạng bố mẹ khác xa nhau về nguồn gốc (khác loài, khác chi, khác họ...)
- Lai xa thường gặp khó khăn vì con lai không có khả năng sinh sản hữu tính (bất thụ)
1. Khái niệm:
35
VI. Lai xa:
Ở thực vật:
+ Hạt phấn khác loài không nảy mầm trên vòi nhụy.
+ Nảy mầm nhưng chiều dài ống phấn không phù hợp với chiều dài vòi nhụy nên không thụ tinh được.
2. Những khó khăn trong lai xa:
36
VI. Lai xa:
Ở động vật :
+ Do chu kì sinh sản khác nhau không phù hợp giữa các loài
+ Bộ máy sinh dục không phù hợp, tinh trùng khác loài chết trong đường sinh dục cái.
Khó khăn chủ yếu : con lai bất thụ .
2. Những khó khăn trong lai xa:
37
VI. Lai xa:
a. Nguyên nhân:
Do cơ thể lai xa mang 2 bộ NST của hai loài bố mẹ khác nhau về số lượng, hình dạng, cách sắp xếp các gen trên NST, làm cản trở sự tiếp hợp của các cặp NST tương đồng trong kì đầu của giảm phân I, gây cản trở quá trình phát sinh giao tử, con lai bất thụ.
Ví dụ: ngựa cái (2n = 64) x lừa đực (2n = 63) → con la (2n = 63) bất thụ.
3. Hiện tượng bất thụ trong lai xa:
38
VI. Lai xa:
b. Cách khắc phục hiện tượng bất thụ:
Tứ bội hoá cơ thề lai xa từ 2n →4n để mỗi NSt đều có NST tương đồng giảm phân diễn ra bình thường, cơ thể lai xa tứ bội có khả năng sinh sản hữu tính.
Cơ thể lai xa sau khi tứ bội hoá gọi là thể song nhị bội ( 2n + 2n) : là cơ thể mang bỗ NST lưỡng bội của bố và mẹ, có khả năng giảm phân bình thường, tạo giao tử.
3. Hiện tượng bất thụ trong lai xa:
39
VI. Lai xa:
Vi dụ: năm 1927 Cacpêsencô đã tiến hành thí nghiệm như sau :
P : Cải bắp (2n = 18R) x Cải củ (2n = 18B)
GP: n = 9R n = 9B
F1: Cải bắp lai (n+n=9R+9B): dạng lưỡng bội bất thụ
Sau khi tứ bội hoá
F1: Cải bắp lai (2n+2n=18R+18B):dạng song nhị bội hữu thụ
3. Hiện tượng bất thụ trong lai xa:
40
VI. Lai xa:
Lai xa có ý nghĩa quan trọng trong chọn giống ở cây trồng sinh sản sinh dưỡng vì không cần giải quyết vấn đề bất thụ.
Trong chọn giống thực vật: phương pháp lai xa kèm theo đa bội hoá dã tạo những giống lúa mì, khoai tây đa bội có sản lượng cao, chống bệnh tốt.
4.Ứng dụng của phương pháp lai xa :
41
VI. Lai xa:
Hiện nay, người ta chú ý lai giữa cây dại chống chịu tốt, kháng sâu bệnh với cây trồng có năng xuất cao, phẩm chất tốt.
Trong chọn giống động vật: tạo được giống mới do lai khác loài ở tằm dâu, cá.
Tuy nhiên, đối với vật nuôi, lai xa bị hạn chế vì đa số những động vật có hệ thần kinh phát triển, kiễm soát tập tính giao phối và dễ bị rối loạn NST giới tính.
4.Ứng dụng của phương pháp lai xa :
42
VII.Lai Tế Bào :
Là sử dụng hợp tử 2 tế bào trần khác loài tạo ra tế bào lai chứa 2 NST của 2 tế bào gốc .
1. Khái niệm :
43
VII.Lai Tế Bào :
Dùng dung dịch chứa tổ hợp enzim để phân huỷ màng tế bào , tạo tế bào trần.
Cho các tế bào trần vào môi trường nuôi dưỡng các virut Xenđê đã giảm hoạt tính tác động , làm cho các tế bào trần kết hợp với nhau , tạo ra tế bào lai.
2. Cách tiến hành:
44
VII.Lai Tế Bào :
Dùng môi trường chọn lọc để phân lập các dòng tế bào lai phát triển bình thường.
Dùng các hoocmon phù hợp để kích thích tế bào lai phát triển , tạo thành cơ thể lai.
Người ta còn dùng keo hữu cơ pilieylen glycol hoặc luồng xung điện cao áp để tăng tỉ lệ kết dính thành tế bào lai.
2. Cách tiến hành:
45
VII.Lai Tế Bào :
Đã tạo được cây lai từ 2 loài cây thuốc lá, cây lai giữa cây cà chua và cây khoai tây.
Trong tương lai, có thể tạo ra những cơ thể có nguồn gen khác xa nhau mà lai hữu tính không thực hiện được.
3. Ứng dụng:
46
GÂY ĐỘT BIẾN NHÂN TẠO
47
Đột biến nhân tạo có thể thu được nhiều dạng khác nhau và qua lai tạo có thể góp phần tạo ra vật liệu mới.
Đột biến nhân tạo có thể làm thay đổi một vài nhược điểm của giống như xuất hiện dạng đột biến đề kháng với tác nhân bất lợi
48
CÁC PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN
49
1. Gây đột biến bằng tác nhân vật lí:
1.1. Các loại tia phóng xạ:
Các tia phóng xạ gồm tia tia α, β, γ, X, chùm nơron …
Cơ chế gây đột biến: Khi chiếu xạ vào mô sống chúng kích thích và gây ion hóa các nguyên tử, các phân tử ADN, ARN trong tế bào chịu tác động trực tiếp của các tia phóng xạ hoặc tác động gián tiếp qua sự tác động lên phân tử nước.
50
1. Gây đột biến bằng tác nhân vật lí:
1.1. Các loại tia phóng xạ:
Ngoài việc gây đột biến gen các tia phóng xạ cũng gây đột biến NST.
Ứng dụng: Được sử dụng trong chọn giống thực vật bằng cách chiếu xạ với cường độ, liều lượng thích hợp trên hạt khô, hạt nẩy mầm, đỉnh sinh trưởng, hạt phấn, bầu nhụy…
Hiệu quả của phương pháp: Phụ thuộc vào tính chất các tia, đặc điểm sinh lí cây trồng, cường độ, liều lượng, thời gian, bộ phận xử lí, cách xử lí, điều kiện ngoại cảnh….
51
1. Gây đột biến bằng tác nhân vật lí:
1.2. Tia tử ngoại:
Tia tử ngoại là những tia bức xạ có bước sóng ngắn từ 1000 – 4000 A.
Cơ chế gây đột biến: Chiếu tia tử ngoại vào mô sống sẽ kích thích nhưng không gây ion hóa và được ADN hấp thụ nhiều nhất ở bước sóng 2570A.
Ứng dụng: Không có khă năng xuyên sâu nên người ta dùng tia tử ngoại để gây đột biến gen và đột biến NST ở vi sinh vật, bào tử, hạt phấn.....
52
1. Gây đột biến bằng tác nhân vật lí:
1.3. Sốc nhiệt:
Khi nhiệt độ môi trường tăng hay giảm một cách đột ngột làm cho cơ chế nội cân bằng của cơ thể không khởi động kịp gây chấn thương trong bộ máy di truyền tạo nên đột biến.
53
2. Gây đột biến bằng tác nhân hóa học:
Các tác nhân hóa học như: 5 – BU, NMU, NEU, DMS, DES, EI, Conxixin,…
54
2. Gây đột biến bằng tác nhân hóa học:
Cơ chế gây đột biến:
Một số hóa chất khi thấm vào tế bào gây biến đổi cấu trúc của ADN gây đột biến gen.
Ví dụ: 5 BU gây đột biến thay thế cặp A - T bằng cặp G–X
5BU là 1 hóa chất hóa học có thể thay T liên kết với A, vừa có thể thay X liên kết với G nên nó gây đột biến thaythế cặp nu A-T bằng cặp G-X. Trong quá trình tự nhân đôi ADN, nếu T bị thay bằng 5BU thì sẽ sinh ra đột biến thay thế cặp A-T bằng cặp G-X theo sơ đồ: A-TA-5BU5BU-G G-X
55
2. Gây đột biến bằng tác nhân hóa học:
Một số hóa chất cũng có khả năng gây đột biến NST
Ví dụ: Khi thấm vào mô đang phân bào dung dịch Conxixin cản trở sự hình thành thoi vô sắc làm NST không phân li gây đột biến đa bội thể.
Phương pháp này cho hiệu quả cao nhất, hiện nay được dùng rất phổ biến.
Consixin ngăn cản nhiễm sắc thể di chuyển từ mặt phẳng xích đạo về hai cực tế bào, làm tăng gấp đôi số lượng nhiễm sắc thể trong tế bào.
Người ta thường dùng consixin ở nồng độ 0,1 – 0,2% để xử lý hạt, bôi lên đỉnh sinh trưởng của cây hoặc xử lý tế bào động vật nuôi cấy.
56
2. Gây đột biến bằng tác nhân hóa học:
Ứng dụng:
Với cây trồng: Ngâm hạt khô, hạt đang nẩy mầm trong dung dịch hóa chất hoặc tiêm vào bầu nhụy hoặc tẩm hóa chất lên các đỉnh sinh trưởng...
Với vật nuôi : Cho các hóa chất tác dụng lên tinh hoàn, buồng trứng.
Hiệu quả của phương pháp: Phụ thuộc vào loại hóa chất, đặc điểm sinh lí cây trồng, cường độ, liều lượng, thời gian, bộ phận xử lí, cách xử lí, điều kiện ngoại cảnh….
57
SỬ DỤNG ĐỘT BIẾN TRONG CHỌN GIỐNG
58
1. Chọn giống vi sinh vật:
Ví dụ: Bào tử nấm penicilum xử lí bằng tia phóng xạ rồi chọn lọc. Chủng penicilum có hoạt tính penicilin tăng gấp 200 lần so với dạng ban đầu.
Ví dụ: Xử lí nấm mem, vi khuẩn bằng tia phóng xạ tạo ra các chủng năng xuất cao hoặc những chủng VSV đóng vai trò kháng nguyên gây miễn dịch cho cơ thể vật chủ, trên nguyên tắc đó tạo văcxin phòng bệnh cho người và gia súc.
59
2. Trong chọn giống cây trồng:
Ví dụ 1: Viện di truyền nông nghiệp xử lí giống lúa Mộc Tuyền bằng tia gama tạo giống lúa MT1 xó nhiều đặc tính tốt: Chín sớm, thấp và cứng cây, chịu chua, chịu phân, năng suất tăng 15 – 25%.
60
2. Trong chọn giống cây trồng:
Ví dụ 2: Viện lương thực thực phẩm đã xử lí giống táo Gia Lộc (hải dương) bằng tác nhân NMU tạo ra giống táo Má Hồng cho 2 vụ/năm, quả giòn, ngọt, thơm trung bình 50 – 60 quả/kg.
61
2. Trong chọn giống cây trồng:
Ví dụ 3: Tạo giống dâu tằm tam bội số 11 và 34 năm 1990 cho lá to và dày. Giống dưa hấu tạm bội sản lượng cao quả ngọt, to, không hạt ….
62
3. Trong chọn giống vật nuôi:
Phương pháp đột biến sử dụng hạn chế ở động vật vì cơ quan sinh sản nằm sâu trong cơ thể rất dễ bị chết khi xử lí bằng các tác nhân gây đột biến ội thể bằng xử lý consixin.
63
KỸ THUẬT DI TRUYỀN
64
ADN tái tổ hợp
Trong công nghệ gen, để đưa một gen từ tế bào này sang tế bào khác cần phải sử dụng một phân tử AND đặc biệt được gọi là thể truyền.
Kĩ thuật gắn gen cần chuyển vào thể truyền gọi là kĩ thuật tạo AND tái tổ hợp.
AND tái tổ hợp là một phân tử AND nhỏ, được lắp ráp từ các đoạn AND lấy từ các nguồn khác nhau (gồm thể truyền và gen cần chuyển).
65
ADN tái tổ hợp đầu tiên được tạo ra năm 1972 trên cơ sở các thành tựu Di truyền học và hóa sinh học như: chứng minh được ADN là vật chất mang thông tin di truyền (1944) và thông tin di truyền được mã hóa trong các trình tự base của nó (1956), tách chiết được enzyme giới hạn (1970), và enzyme ADN ligase (1967).
ADN tái tổ hợp
66
Sự hoàn thiện kĩ thuật tái tổ hợp ADN hay tạo ADN tái tổ hợp đã mở đường cho sự ra đời một lĩnh vực công nghệ mới được gọi là công nghệ ADN tái tổ hợp (recombinant DNA technology).
ADN tái tổ hợp
67
Kĩ thuật di truyền:
Khái niệm: Kĩ thuật di truyền hay kĩ thuật gen (genetic engineering) là kĩ thuật thao tác trên vật liệu di truyền dựa vào những hiểu biết về cấu trúc hoá học của các axid nucleic và di truyền vi sinh vật.
68
Phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay là kĩ thuật chuyển gen, tức là chuyển một đoạn ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận bằng cách dùng plasmid làm thể truyền.
Kĩ thuật di truyền:
Kĩ thuật chuyển gen có 3 khâu chủ yếu:
Tách AND mang gen mong muốn từ dạng cho và AND dùng làm vector.
Cắt và nối để tạo AND tái tổ hợp.
Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận.
69
Khâu thứ 1: Tách AND mang gen mong muốn từ dạng cho và AND dùng làm vector.
Tách các loại AND từ bộ gen.
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi.
Người ta dùng biện pháp lắc cơ học, dùng enzyme cắt restrictase để cắt AND bộ gen thành các đoạn nhỏ dài khoảng 15 000 đến 20 000 cặp base.
Bằng các phương pháp tách chiết AND và các đoạn mồi thích hợp người ta đã tách chiết được một số dạng AND của dạng cho với các gen mong muốn ở vật nuôi, cây trồng và con người (gen kiểm soát tổng hợp insulin, hormone sinh trưởng…).
Kĩ thuật di truyền:
70
Ngoài ra còn có các phương pháp:
sinh tổng hợp gen từ mRNA của gen tương ứng.
tổng hợp gen bằng các phương pháp hóa học.
71
Khâu thứ 2: Cắt và nối để tạo AND tái tổ hợp
Sinh học phân tử đã phát hiện và hiểu rõ cơ chế tác động của hàng loạt enzyme.
Nhờ đó, các nhà khoa học đã sử dụng chúng thành những công cụ hữu hiệu trong việc cắt (dùng restrictase) và nối (dùng ligase) để tạo AND tái tổ hợp.
Kĩ thuật di truyền:
72
Các enzyme giới hạn (restriction enzyme) là các enzyme có khả năng nhận biết được đoạn trình tự nucleotide đặc thù và sau đó cắt cả 2 mạch của AND đó.
Mỗi loại enzyme cắt giới hạn sẽ cắt hai mạch đơn của phân tử AND ở những vị trí nucleotide xác định.
Các vị trí này gọi là trình tự nhận biết.
Kết quả là tạo các đầu dính.
Kĩ thuật di truyền:
73
Việc cắt AND của tế bào cho và AND của plasmid do cùng một loại enzyme cắt giới hạn. Do đó các đầu dính có trình tự giống nhau.
Khi trộn đoạn AND của tế bào cho với AND plasmid đã cắt hở, các đầu dính bắt cặp bổ sung với nhau.
Enzyme nối (ligase) có chức năng tạo liên kết phosphodiester làm liền mạch AND.
Plasmid mang gen lạ gọi là AND tái tổ hợp.
Kĩ thuật di truyền:
74
Để chuyển một gen mong muốn từ sinh vật này sang sinh vật khác, người ta sử dụng các vật chuyển gen hay vector chuyển gen.
Vector chuyển gen là phân tử AND có khả năng tự nhân đôi, tồn tại độc lập trong tế bào và mang được gen cần chuyển.
Vector chuyển gen
75
Có các loại vector chuyển gen:
Plasmid nằm trong tế bào chất của vi khuẩn, là AND vòng, mạch kép. Trong tế bào vi khuẩn có chứa hàng chục plasmid.
Vector chuyển gen cũng có thể là thể thực khuẩn λ (phage λ), đó là virus lây nhiễm vi khuẩn, đoạn AND của tế bào cho (gen cần cấy) được gắn vào AND của nó thành AND tái tổ hợp.
Vector chuyển gen
76
Khâu thứ 3: Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận.
Phương pháp biến nạp: để đưa AND tái tổ hợp vào trong tế bào, các nhà khoa học có thể dùng muối CaCl2 hoặc dùng xung điện để làm dãn màng sinh chất của tế bào. Khi đó, phân tử AND tái tổ hợp dễ dàng chui qua màng vào trong tế bào.
Kĩ thuật di truyền:
77
Trường hợp thể truyền là phage, khi chúng mang gen cần chuyển và xâm nhập vào tế bào vật chủ (vi khuẩn) được gọi là phương pháp tải nạp.
Khi đã chuyển được vào tế bào chủ, AND tái tổ hợp điều khiển tổng hợp loại protein đặc thù đã được mã hóa trong nó.
Kĩ thuật di truyền:
78
.
79
Tách dòng tế bào chứa AND tái tổ hợp:
Để nhận biết được tế bào vi khuẩn nào đã nhận được AND tái tổ hợp, các nhà khoa học phải chọn thể truyền có các dấu chuẩn hoặc các gen đánh dấu. Nhờ đó mới có thể nhận biết sự có mặt của AND tái tổ hợp.
Gen đánh dấu có thể là gen kháng kháng sinh. Ví dụ, tế bào nhận là loại mẫn cảm với chất kháng sinh (như tetracycline).
80
Khi plasmid đã được chuyển gen có gen kháng với tetracycline vào trong tế bào mẫn cảm, nó sẽ trở nên kháng được thuốc kháng sinh.
Do đó, khi bổ sung tetracycline vào môi trường nuôi, tất cả các tế bào không chứa AND tái tổ hợp sẽ bị chết, trong bình nuôi lúc này chỉ còn lại các tế bào có chứa AND tái tổ hợp. Dòng tế bào này được nuôi để sản xuất ra sản phẩm mong muốn.
81
Công nghệ di truyền:
Công nghệ di truyền hay còn gọi là công nghệ gen là một ngành kỹ thuật hay một lĩnh vực công nghệ về quy trình ứng dụng kỹ thuật gen, gồm 4 bước:
Tạo ra các đoạn AND mang gen mong muốn và tách các phân tử ADN dùng làm vector.
Tạo ADN tái tổ hợp bằng cách nối.
Đưa AND tái tổ hợp vào tế bào chủ để nhân lên (tách dòng).
Chọn lọc đoạn trình tự quan tâm.
82
Thành tựu nổi bật nhất trong ứng dụng công nghệ di truyền là khả năng cho tái tổ hợp thông tin di truyền giữa các loài đứng xa nhau trong bậc thang phân loại mà lai hữu tính không thể thực hiện được.
Công nghệ gen được ứng dụng nhằm tạo ra các sinh vật chuyển gen.
Ứng dụng công nghệ di truyền
83
Sinh vật chuyển gen là các cá thể được bổ sung vào bộ gen của mình những gen đã được tái tổ hợp hoặc những gen đã được sửa chữa, do đó còn gọi là sinh vật biến đổi gen.
Sản phẩm của sinh vật biến đổi gen phục vụ tốt hơn cho cuộc sống của con người cả về số lượng và chất lượng.
Ứng dụng công nghệ di truyền
84
Nhờ phương pháp chuyển gene, quá trình lão suy ở lá cây bắp cải sẽ chậm lại
85
Ngô chuyển gen kháng sâu bệnh so với đối chứng
Ngô chống chịu thuốc diệt cỏ
86
đu đủ kháng virus
87
1. Tạo giống vi sinh vật:
Tạo chủng vi khuẩn E. coli sản xuất insulin của người
Insulin là hormone tuyến tụy, có chức năng điều hòa glucose trong máu.
Trường hợp insulin do cơ thể sản xuất ra không đủ hoặc mất chức năng sẽ gây bệnh đái tháo đường, glucose bị thải qua nước tiểu.
Gen tổng hợp insulin được tách ra từ cơ thể người và chuyển vào vi khuẩn E. coli bằng vector là plasmid. Sau đó vi khuẩn này được sản xuất ở quy mô công nghiệp, tổng hợp ra insulin giống như trong cơ thể người với số lượng lớn hơn rất nhiều, đáp ứng được nhu cầu thuốc chữa bệnh của con người.
88
89
Bước 1: Cô lập AND plasmid và AND của tế bào người
Bước 2: Cắt cả hai mẫu AND với cùng một enzyme cắt.
Bước 3: Kết hợp các ADN, chúng liên kết với nhau bởi sự bắt cặp base. Sản phẩm là các plasmid tái tổ hợp và trong đó còn có rất nhiều plasmid không phải AND tái tổ hợp.
Khi đã chuyển được vào tế bào chủ, AND tái tổ hợp điều khiển tổng hợp loại protein đặc thù đã được mã hóa trong nó.
90
1. Tạo giống vi sinh vật:
Tạo chủng vi khuẩn E. coli sản xuất somatostatin:
Somatostatin là loại hormone đặc biệt, được tổng hợp trong não động vật và người, với số lượng rất ít, tại vùng dưới đồi thị. Hormon này có chức năng điều hòa hormone sinh trưởng và insulin đi vào trong máu.
Gen mã hóa somatostatin được tổng hợp in vitro. Sau đó bằng công nghệ gen, gen này được gắn vào AND plasmid và đưa vào vi khuẩn.
Cứ 7,5 lít dịch nuôi E. coli có AND tái tổ hợp như trên sản xuất được 5 milligram somatostatin nguyên chất. Để có được khối lượng này bằng cách tách chiết não cừu như trước đây vẫn làm thì phải giết thịt 500 000 con.
91
2. Tạo giống thực vật:
Tạo giống bằng công nghệ gen mở ra nhiều ứng dụng mới cho trồng trọt: sản xuất các chất bột – đường với năng suất cao, sản xuất các loại protein trị liệu, các kháng thể và chất dẻo. Thời gian tạo giống mới rút ngắn đáng kể.
Đến nay đã có trên 1200 loại thực vật đã được chuyển gen. Trong số đó có khoảng 290 giống cây cải dầu (Brassica napus), 133 giống cây khoai tây và nhiều loại khác như cà chua, ngô, lanh, đậu nành, cây bông vải, củ cải đường…
92
Do tế bào thực vật có thành cellulose cứng nên các nhà nghiên cứu đã tìm ra nhiều cách khác nhau để đưa gen vào bên trong tế bào.
Phương pháp chuyển gen ở thực vật rất đa dạng: chuyển gen bằng plasmid (ví dụ: Ti-plasmid), bằng virus (virus khảm thuốc lá), chuyển gen trực tiếp qua ống phấn, dùng súng bắn gen…
2. Tạo giống thực vật:
93
Cà chua chuyển gen
Tạo giống cây biến đổi gen có sản phẩm được bảo quản tốt hơn cũng được các nhà khoa học quan tâm.
Ví dụ: giống cà chua có gen sản sinh ra etylen đã được làm bất hoạt, khiến cho quá trình chín của quả bị chậm lại nên có thể vận chuyển đi xa hoặc để lâu mà không bị hỏng. Cà chua được chuyển gen kháng virus góp phần giảm sử dụng thuốc hóa học diệt côn trùng gây bệnh, hạn chế gây ô nhiễm môi trường.
2. Tạo giống thực vật:
94
Cà chua được chuyển gen làm cho chín chậm
95
2. Tạo giống thực vật:
Lúa chuyển gen tổng hợp β-carotene
Gạo của giống lúa này chứa β-carotene, sau quá trình tiêu hóa ở cơ thể người, β-carotene được chuyển hóa thành vitamin A.
96
Gạo bình thường và gạo thu được từ cây lúa chuyển gen.
97
3. Tạo giống động vật
Sử dụng công nghệ gen để tạo ra những giống động vật mới có năng suất và chất lượng sản phẩm cao hơn, đặc biệt, tạo ra động vật chuyển gen có thể sản xuất ra thuốc chữa bệnh cho con người.
Vi tiêm là phương pháp thông dụng nhất trong kỹ thuật chuyển gen ở động vật. Đoạn AND được bơm thẳng vào hợp tử ở giai đoạn nhân non (giai đoạn của tinh trùng và trứng chưa hòa hợp).
98
3. Tạo giống động vật
Sử dụng tế bào gốc: trong phôi có những tế bào có khả năng phân chia mạnh, các tế bào này được lấy ra và được chuyển gen rồi lại cấy trở lại vào phôi.
Ở một số đối tượng động vật, người ta còn sử dụng phương pháp dùng tinh trùng như vector mang gen. Người ta bơm đoạn AND vào tinh trùng, tinh trùng này sẽ mang đoạn AND vào tế bào trứng khi thụ tinh.
99
3. Tạo giống động vật
Tạo giống cừu sản xuất protein của người
Cừu được chuyển gen tổng hợp protein huyết thanh của người sẽ sản xuất ra sản phẩm này với số lượng lớn trong sữa của chúng.
Sau đó, sản phẩm này được chế biến thành thuốc chống u xơ nang và một số bệnh về đường hô hấp ở người.
100
3. Tạo giống động vật
Tạo giống bò chuyển gen
Có 2 cách đưa gen mong muốn vào hợp tử:
Phương pháp vi tiêm và phương pháp cấy nhân có gen đã cải biến.
Ví dụ: bò được chuyển gen sản xuất r-protein của người và gen này được biểu hiện ở tuyến sữa, có thể cho sản phẩm với số lượng lớn. Từ sữa có sản phẩm này, qua chế biến sản xuất ra protein C chữa bệnh máu vón cục gây tắc mạch ở người.
101
CÁC PHƯƠNG PHÁP LAI
102
1. Hệ số di truyền:
Hệ số di truyền là tỉ lệ giữa biến dị kiểu gen và biến dị kiểu hình tính bằng phần trăm (%) hoặc bằng số thập phân từ 0 đến 1.
Ví dụ:
Hệ số di truyền của sản lượng trứng của gà Lơgo là 9 – 22%.
Hệ số di truyền khối lượng trứng của gà Lơgo là 39 – 93%.
103
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.1. Cách tiến hành:
Trong 1 quần thể vật nuôi hay cây trồng, dựa vào kiểu hình người ta chọn ra một nhóm cá thể phù hợp nhất với mục tiêu chọn lọc để làm giống.
Ở cây trồng, hạt của những cây đã chọn được thu hoạch chung, trộn lẫn với nhau để trồng trong vụ sau.
Ở vật nuôi, những cá thể có ngoại hình đẹp, lớn nhanh, đẻ tốt được chọn ra để nhân giống.
104
Năm thứ 1
Chọn cây tốt
Ruộng chọn giống trồng vật liệu khởi đầu
Trộn lẫn hạt cây tốt
Năm thứ 2: so sánh
Giống
khởi đầu
Giống chọn hỗn hợp
Giống
đối chứng
Sơ đồ phương pháp chọn lọc hàng loạt 1 lần
105
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.1. Cách tiến hành:
Việc so sánh năng suất trung bình của vụ sau so với giống ban đầu cho phép đánh giá hiệu quả chọn lọc.
Tuỳ theo vật liệu khởi đầu, yêu cầu và hiệu quả chọn lọc, có thể tiến hành chọn lọc hàng loạt 1 lần hay phải lặp lại nhiều lần.
106
Chọn lọc hàng loạt nhiều lần
Năm thứ 1
Chọn cây tốt
Ruộng chọn giống cây trồng vật liệu khởi đầu
Trộn lẫn hạt cây tốt
Năm thứ 2
Giống
khởi đầu
Giống chọn hỗn hợp
Giống
đối chứng
Năm thứ 3
107
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.1. Cách tiến hành:
Từ lâu nông dân ta đã chọn lọc hàng loạt đối với cây lúa theo 3 tiêu chuẩn: khóm tốt, bông tốt, hạt tốt. Giống cải củ số 9 được Viện Cây lương thực thực phẩm chọn lọc hàng loạt từ giống cải củ Hồng Kông nhập vào nước ta năm 1980, có thời gian sinh trưởng 40 – 45 ngày, khối lượng củ trung bình 230g, năng suất 35 – 40 tạ/ha.
Trong chăn nuôi phương pháp chọn lọc hàng loạt đã góp phần tạo ra những giống có năng suất cao về sữa, trứng, thịt, len.
108
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.2. Phạm vi ứng dụng:
Đối với những cây tự thụ phấn, có khi chỉ chọn lọc 1 lần đã mang lại hiệu quả.
Đối với những cây giao phấn vì quần thể có kiểu gen không đồng nhất, các thế hệ sau có sự phân tính, nên thường phải chọn lọc hàng loạt nhiều lần.
Chọn lọc hàng loạt là phương pháp hữu hiệu để duy trì chất lượng và năng suất của giống khi đưa vào sản xuất đại trà qua nhiều vụ, để phục tráng những giống đã khu vực hoá va` để cung cấp giống cho sản xuất.
109
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.3. Ưu, nhược điểm:
Phương pháp chọn lọc hàng loạt đơn giản, dễ làm, ít tốn kém nên có thể áp dụng rộng rãi. Phần lớn các giống tốt ở các địa phương là do nhân dân sáng tạo ra trong thực tiễn sản xuất nông nghiệp bằng phương pháp đó.
110
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.3. Ưu, nhược điểm:
Nhược điểm là chỉ căn cứ trên kiểu hình, không kiểm tra được kiểu gen của cá thể nên việc củng cố, tích luỹ các biến dị tốt chậm đưa đến kết quả. Ta biết rằng mỗi tính trạng trên cơ thể đều phụ thuộc 2 yếu tố: gen và môi trường. Tuy nhiên, tỷ trọng của mỗi yếu tố này là khác nhau tuỳ từng tính trạng, biểu thị ở hệ số di truyền.
111
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.3. Ưu, nhược điểm:
Trong khi chọn lọc một loạt cây tốt có thể lẫn lộn các kiểu hình tốt do kiểu gen tốt với những thường biến do các yếu tố vi địa hình, vi khí hậu. Để khắc phục điều này, người ta cố gắng tiến hành chọn lọc hàng loạt trên các chân ruộng đồng đều về địa hình, độ phì của đất.
112
3. Chọn lọc cá thể:
3.1. Cách tiến hành:
Trong quần thể khởi đầu người ta cũng chọn lấy một số ít cá thể tốt nhất nhưng điều sai khác căn bản so với chọn lọc hàng loạt là ở chọn lọc cá thể con cháu của những cá thể này được nhân lên một cách riêng rẽ theo từng dòng, do đó kiểu gen của mỗi cá thể ban đầu sẽ được kiểm tra qua nhiều thế hệ.
113
3. Chọn lọc cá thể:
3.1. Cách tiến hành:
Sự so sánh giữa các dòng và so sánh với giống khởi đầu sẽ cho phép chọn được những dòng tốt nhất, loại bỏ những dòng không đáp ứng mục tiêu chọn giống. Phương pháp chọn lọc cá thể có thể được tiến hành 1 lần hay nhiều lần.
114
Sơ đồ phương pháp chọn lọc cá thể 1 lần
Năm thứ 1
Chọn cây tốt
Giống khởi đầu
Năm thứ 2:
So sánh các dòng
1
2
3
4
5
6
7
1,2,3,4,5: Giống chọn từng cây
6: Giống khởi đầu
7. Giống đối chứng
115
Phương pháp chọn lọc cá thể nhiều lần
Năm thứ 1
Chọn cây tốt
Giống khởi đầu
Năm thứ 2
1
2
3
4
5
6
7
Năm thứ 3
Giống chọn từng cây
Giống
khởi đầu
Giống
đối chứng
116
3. Chọn lọc cá thể:
3.2. Phạm vi ứng dụng:
Khi mục tiêu chọn lọc là loại tính trạng có hệ số di truyền thấp thì phải áp dụng phương pháp chọn lọc cá thể. Chọn lọc cá thể một lần được áp dụng cho các cây nhân giống vô tính và các cây tự thụ phấn. Dòng tự thụ phấn có kiểu gen khá đồng nhất và ổn định nên có khi chỉ chọn lọc cá thể 1 lần là đã có kết quả.
117
3. Chọn lọc cá thể:
3.2. Phạm vi ứng dụng:
Đối với cây giao phấn, nếu muốn áp dụng chọn lọc cá thể thì phải tiến hành nhiều lần. Trong quần thể giao phấn rất khó xác định cây bố, và con cháu của 1 cây ban đầu thường không đồng nhất về kiểu gen và kiểu hình, do đó chọn lọc cá thể 1 lần không đủ để đánh giá.
118
3. Chọn lọc cá thể:
3.2. Phạm vi ứng dụng:
Đối với vật nuôi, người ta kiểm tra đực giống qua đời sau. Con đực không thể cho sữa, trứng, nhưng ảnh hưởng đến 1 số lượng lớn con cháu, trong đó có cả đực và cái, thuận lợi cho việc đánh giá. Ngày nay phương pháp kiểm tra qua đời con được bổ sung bằng những phân tích hoá sinh, tế bào trên con đực giống.
119
3. Chọn lọc cá thể:
3.3. Ưu, nhược điểm:
Chọn lọc cá thể kết hợp được việc đánh giá dựa trên kiểu hình với việc kiểm tra kiểu gen, do đó nhanh chóng đạt hiệu quả, nhất là khi mục tiêu chọn lọc là những tính trạng chỉ có lợi cho người mà ít có lợi cho bản thân sinh vật như hàm lượng dầu trong hạt hướng dương, tỷ lệ bơ trong sữa bò.
Tuy nhiên chọn lọc cá thể đòi hỏi công phu, theo dõi chặt chẽ, khó áp dụng rộng rãi.
120
121
122
Kết luận: kết hợp chọn lọc lai tạo chọn lọc gây đột biến chọn lọc lai tạo chọn lọc tạo giống mới thoả mãn kinh tế và thị hiếu con người.
123
4. Chọn lọc theo họ:
Chọn một số lượng lớn cá thể và trồng hạt mỗi cây riêng và đời tiếp theo thành họ để so sánh với nhau, từ đó lựa chọn họ tốt nhất để tạo thành giống mới. Kết quả phụ thuộc vào thành phần di truyền giàu hay nghèo của giống địa phương ban đầu.
Chọn lọc theo học có giá trị hơn cả khi mức di truyền của tính trạng thấp và các họ có sự giống nhau nhiều do họ hàng gần. Sự tự phối trong từng họ sẽ làm rõ các khác biệt giữa các họ.
124
5. Thử nghiệm thế hệ:
Là phương pháp đánh giá giá trị chọn lọc căn cứ và kiểu hình của hậu thế ở động vật. Phương pháp này có giá trị hơn cả đối với các tính trạng:
Chỉ biểu hiện ở một giới tính (ví dụ: đánh giá các gen tạo sữa ở bò đực).
Chỉ có thể đo được sau khi giết thịt (ví dụ: các đặc tính của bộ sương động vật nuôi).
Có mức di truyền thấp.
Chỉ có thể thực hiện khi cá thể trưởng thành. Để đánh giá con đực, nó cần được giao phối với vài con cái. Con đực càng có nhiều thế hệ con thì sự đánh giá càng chính xác.
125
CÔNG NGHỆ PROTEIN
126
1. Công nghệ protein là gì?
Là quá trình xây dựng các phân tử protein mới, bằng cách thiết kế một phân tử protein dựa trên các nguyên lý cơ bản nhất, hoặc sửa đổi cấu trúc của một protein đang có, nhằm mục đích:
Nghiên cứu quá trình lắp ráp của các protein và các nhân tố của chuỗi sơ cấp tham gia vào sự cuộn xoắn, ổn định và thể hiện chức năng của chúng.
Sàn xuất các protein ổn định cho một mục đích công nghệ đặc biệt, tuy nhiên các phiên bản được tìm thấy trong tự nhiên không có các tính ch�
ĐỖ THỊ TRÂM ANH
TRẦN HỒNG VÂN
NGHIÊM THỊ PHƯƠNG LOAN
NGUYỄN THỊ NGỌC ĐIỆP
NGUYỄN HUỲNH BÍCH TRANG
VÕ THỴ THÚY NGA
TÔ HUỲNH THIÊN TRỌNG
Thuyết trình
DI TRUYỀN HỌC
Giảng viên: ĐẶNG THỊ NGỌC THANH
Trình bày: Tổ 2
2
ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC VÀO CHỌN GIỐNG
Chủ đề:
3
CÁC PHƯƠNG PHÁP LAI
4
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
1. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết :
a.Tự thụ phấn (tự phối):
- Gặp ở thực vật.
- Là trường hợp giao tử đựcvà giao tử cái tham gia thụ phấn là của cùng một hoa lưỡng tính hoặc từ những hoa đơn tính của cùng một cây.
5
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
1. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết :
b. Giao phối cận huyết :
- Gặp ở động vật .
- Là sự giao phối giữa những động vật cùng bố mẹ hoặc giữa bố hay mẹ với con của chúng
6
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
2. Hiện tượng thoái hóa :
a. Khái niệm:
- Đối với cây trồng giao phấn khi tiến hành tự thụ phấn bắt buộc qua nhiều thế hệ thì con cháu có sức sống kém dần, sinh trưởng phát triển chậm, chống chịu kém, năng suất giảm, nhiều cây bị chết …
- Đối với vật nuôi khi giao phối cận huyết (có quan hệ gần gũi) qua nhiều thế hệ làm xuất hiện hiện tượng thoái hóa, xuất hiện quái thai, dị hình, cơ thể suy yếu, sức đẻ giảm ..
Ví dụ: Cây ngô vốn là cây giao phấn nếu tự thụ phấn bắt buộc qua nhiều thế hệ thì chiều cao thân giảm dần, giảm năng suất, có nhiều tính trạng xấu…
7
8
Ngô lúc đầu
Ngô thoái hóa
9
Giống lúa ban đầu
Giống lúa thoái hóa
10
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
2. Hiện tượng thoái hóa :
b. Nguyên nhân thoái hóa giống:
- Khi tiến hành tự thụ phấn bắt buộc hay giao phối cận huyết qua nhiều thế hệ thì :
+ Tỉ lệ thể dị hợp trong quần thể giảm dần .
+ Tỉ lệ thể đồng hợp tăng, trong đó, các gen lặn có hại biểu hiện ra.
Ví dụ: P: Aa x Aa
F1: ¼ AA : 2/4 Aa : ¼ aa
11
I. Dòng tự thụ phấn, dòng cận huyết và hiện tượng thoái hóa giống:
2. Hiện tượng thoái hóa :
c. Vai trò của tự thụ phấn bắt buộc và giao phối cận huyết :
- Trong chọn giống người ta dùng các này để củng cố một đặc tính mong muốn nào đó
- Tạo ra các dòng thuần chủng
- Phát hiện những gen có hại hay có lợi từ đó làm cơ sở để lựa chọn hoặc loại bỏ
12
II. Hiện tượng ưu thế lai :
1. Khái niệm:
Ưu thế lai là hiện tượng cơ thể lai ưu việt hơn bố mẹ về sức sống, sức chống chịu, khả năng sinh trưởng phát triển, sinh sản, năng suất, khả năng lợi dụng thức ăn …
13
Ví dụ:
P: Lúa trồng x Lúa hoang dại
(Năng suất cao, chống chịu kém..)
(Năng suất thấp, chống chịu tốt..)
F1: (Năng suất cao và chống chịu với môi trường tốt…)
14
II. Hiện tượng ưu thế lai :
2. Đặc điểm :
- Ưu thế lai biểu hiện trong lai khác thứ, lai khác loài, nhưng rõ nhất trong lai khác dòng, vì :
+ Phần lớn các gen của cơ thể lai trong lai khác dòng đều ở trạng thái dị hợp, trong đó, các gen trội quy định các trạng thái tốt được biểu hiện.
+ Cơ thể lai khác dòng có độ đồng đều cao về năng suất và phẩm chất .
- Ưu thế lai biểu hiện cao nhất ở F1 và giảm dần ở các thế hệ sau : do có hiện tượng phân tính : tỉ lệ thể dị hợp giảm dần, tỉ lệ thể đồng hợp tăng dần, trong đó, các tính trạng quy định bởi các gen lặn (có hại ) được biểu hiện
15
II. Hiện tượng ưu thế lai :
3.Nguyên nhân:
Có 3 giả thuyết:
Giả thuyết về trạng thái dị hợp.
Giả thuyết siêu trội.
Giả thuyết về sự tác động cộng gộp của các gen trội có lợi.
16
Giả thuyết về trạng thái dị hợp:
+ Trong cơ thể lai phần lớn các gen nằm ở trạng thái dị hợp trong đó các gen lặn chưa được biểu hiện
P : AABBCC x aabbcc
F1: AaBbCc
+ Trong các thế hệ sau tỷ lệ thể dị hợp giảm dần nên ưu thế lai cũng giảm
17
Giả thuyết về sự tác động cộng gộp của các gen trội có lợi:
+ Càng nhiều gen trội thì ưu thế lai càng tăng
Ví dụ: Lai 1 dòng có 2 gen trội với dòng có 1 gen trội tạo ra dòng có 3 gen trội
P : AabbCC x aaBBcc
F1: AaBbCc
+ Biểu hiện rõ nhất ở trạng thái đa gen .
Ví dụ: chiều cao của cây phụ thuộc vào gen trội.
18
Giả thuyết siêu trội:
Do sự tương tác giữa 2 alen khác nhau về chức phận của cùng 1 gen dẫn đến hiệu quả bổ trợ mở rộng phạm vi biểu hiện kiểu hình.
Thực tế, thể dị hợp phát triển tốt hơn thể đồng hợp trội.
P: AA x aa -> F1: Aa (AA
Ví dụ:
+ Cây truốc lá có kiểu gen aa chịu được nhiệt độ khoảng 100C
+ Cây truốc lá có kiểu gen AA chịu được nhiệt độ khoảng 350C
+ Cây truốc lá có kiểu gen Aa chịu được nhiệt độ khoảng 100C - 350C
19
II. Hiện tượng ưu thế lai :
4. Phương pháp tạo ưu thế lai:
a. Lai khác dòng đơn:
Tạo dòng thuần chủng ( bằng cách cho tự thụ phấn qua 5-7 thế hệ ) , sau đó cho giao phấn giữa 2 dòng thuần với nhau :
P: dòng thuần A x dòng thuần B -> C (ưu thế lai)
20
II. Hiện tượng ưu thế lai :
4. Phương pháp tạo ưu thế lai:
b. Lai khác dòng kép:
P1: dòng A x dòng B C
P2: dòng D x dòng E F
C x F G (ưu thế lai )
21
II. Hiện tượng ưu thế lai :
4. Phương pháp tạo ưu thế lai:
c. Lai khác thứ:
Tổ hợp vốn gen của 2 hoặc nhiều thứ có kiểu gen khác nhau cũng có hiện tượng ưu thế lai, nhưng ở các thế hệ sau có hiện tượng phân tính, ưu thế lai giảm.
22
II. Hiện tượng ưu thế lai :
4. Phương pháp tạo ưu thế lai:
d. Lai khác loài (lai xa):
Cho lai 2 cá thể khác loài cũng tạo được ưu thế lai.
23
III. Lai kinh tế:
1. Khái niệm:
Người ta cho giao phối cặp bố mẹ thuộc 2 dòng thuần chủng rồi dùng con lai F1 làm sản phẩm không dùng để nhân giống .
24
III. Lai kinh tế:
2. Ý nghĩa:
Nhằm sử dụng ưu thế lai ở con lai F1, nhất là ở vật nuôi ( F1 có sức sống tốt, sức sản xuất thịt, trứng, sữa cao, tăng trọng nhanh, sinh sản khoẻ ...)
25
III. Lai kinh tế:
3. Cách tiến hành:
- Cho phối giữa bố mẹ thuộc 2 giống thuần chủng khác nhau dùng con lai F1 làm sản phẩm , không dùng để nhân giống .
- Phổ biến ở nước ta hiện nay là dùng con cái thuộc giống trong nước giao phối với con đực cao sản thuộc giống nhập nội .để con lai có khả năng thích nghi với điều kiện khí hậu và chăn nuôi của mẹ, có sức tăng sản của bố.
26
P: Bò cái vàng Thanh hóa x Bò đực Hà Lan
F1: (Chịu được khí hậu nóng, sản xuất 1000 kg sữa/năm, tỷ lệ bơ 4 – 5 %..)
27
IV. Lai cải tiến giống:
1. Ý nghĩa:
Dùng một giống cao sản để cải tiến một giống có năng suất thấp .
28
IV. Lai cải tiến giống:
2. Cách tiến hành:
Ở vật nuôi, ta dùng những con đực cao sản ngoại nhập cho phối với những con cái tốt nhất của giống địa phương .
- Dùng một con đực giống cao sản để cải tạo một giống cso năng suất kém qua 4 -5 thế hệ để nâng cao phẩm chất và sản lượng của một giống cần cải tạo gần giống với giônh1 cao sản .
- Về mặt di truyền học, phương pháp lai cải tiến giống ban đầu làm tăng tỷ lệ thể dị hợp, sau đó tăng dần tỷ lệ thể đồng hợp trội giống bố .
29
IV. Lai cải tiến giống:
2. Cách tiến hành:
Ví dụ: P : Cái B (nội) x Đực A (ngoại)
F1 : Con lai C x Đực A (ngoại)
F2 : Con lại D x Đực A (ngoại)
F3 : Con lai E x Đực A (ngoại)
F4 : Con lai G x Đực A (ngoại)
30
V. Lai tạo giống mới (Lai khác thứ):
Tổ hợp vốn gen của 2 hay nhiều thứ kết hợp với chọn lọc để tạo giống mới.
1. Ý nghĩa:
31
2. Cách tiến hành:
Lai 2 thứ khác nhau hoặc lai tổng hợp nhiều thứ có nguồn gen khác nhau để tạo biến dị tổ hợp.
Phải chọn lọc vì các thế hệ sau có sự phân tính phức tạp.
V. Lai tạo giống mới (Lai khác thứ):
32
2. Cách tiến hành:
F1 : Giống lúa VX – 83
(do viện kĩ thuật nông nghiệp tao ra)
V. Lai tạo giống mới (Lai khác thứ):
Ví dụ 1:
P: Giống lúa X1 x Giống lúa CN2
(NN 75–10) (IR 197446–11–33)
(N.suất cao, chống bệnh bạc lá, không kháng rầy..)
(N.suất TB, kháng rầy, chất lượng gạo cao..)
33
2. Cách tiến hành:
Viện chăn nuôi đã tạo 2 giống lợn mới: Đại bạch x Lợn Ỉ - 81 và Bơcsai x Lợn Ỉ - 81, phối hợp các đặc tính tốt của lợn Ỉ ( mắn đẻ, đẻ nhiều, xương nhỏ, thịt thơm ngon…) với đặc tính lợn ngoại ( tầm vóc to, thịt nhiều nạc, tăng trong nhanh ….)
V. Lai tạo giống mới (Lai khác thứ):
Ví dụ 2:
34
VI. Lai xa:
- Lai xa là hình thức lai giữa các dạng bố mẹ khác xa nhau về nguồn gốc (khác loài, khác chi, khác họ...)
- Lai xa thường gặp khó khăn vì con lai không có khả năng sinh sản hữu tính (bất thụ)
1. Khái niệm:
35
VI. Lai xa:
Ở thực vật:
+ Hạt phấn khác loài không nảy mầm trên vòi nhụy.
+ Nảy mầm nhưng chiều dài ống phấn không phù hợp với chiều dài vòi nhụy nên không thụ tinh được.
2. Những khó khăn trong lai xa:
36
VI. Lai xa:
Ở động vật :
+ Do chu kì sinh sản khác nhau không phù hợp giữa các loài
+ Bộ máy sinh dục không phù hợp, tinh trùng khác loài chết trong đường sinh dục cái.
Khó khăn chủ yếu : con lai bất thụ .
2. Những khó khăn trong lai xa:
37
VI. Lai xa:
a. Nguyên nhân:
Do cơ thể lai xa mang 2 bộ NST của hai loài bố mẹ khác nhau về số lượng, hình dạng, cách sắp xếp các gen trên NST, làm cản trở sự tiếp hợp của các cặp NST tương đồng trong kì đầu của giảm phân I, gây cản trở quá trình phát sinh giao tử, con lai bất thụ.
Ví dụ: ngựa cái (2n = 64) x lừa đực (2n = 63) → con la (2n = 63) bất thụ.
3. Hiện tượng bất thụ trong lai xa:
38
VI. Lai xa:
b. Cách khắc phục hiện tượng bất thụ:
Tứ bội hoá cơ thề lai xa từ 2n →4n để mỗi NSt đều có NST tương đồng giảm phân diễn ra bình thường, cơ thể lai xa tứ bội có khả năng sinh sản hữu tính.
Cơ thể lai xa sau khi tứ bội hoá gọi là thể song nhị bội ( 2n + 2n) : là cơ thể mang bỗ NST lưỡng bội của bố và mẹ, có khả năng giảm phân bình thường, tạo giao tử.
3. Hiện tượng bất thụ trong lai xa:
39
VI. Lai xa:
Vi dụ: năm 1927 Cacpêsencô đã tiến hành thí nghiệm như sau :
P : Cải bắp (2n = 18R) x Cải củ (2n = 18B)
GP: n = 9R n = 9B
F1: Cải bắp lai (n+n=9R+9B): dạng lưỡng bội bất thụ
Sau khi tứ bội hoá
F1: Cải bắp lai (2n+2n=18R+18B):dạng song nhị bội hữu thụ
3. Hiện tượng bất thụ trong lai xa:
40
VI. Lai xa:
Lai xa có ý nghĩa quan trọng trong chọn giống ở cây trồng sinh sản sinh dưỡng vì không cần giải quyết vấn đề bất thụ.
Trong chọn giống thực vật: phương pháp lai xa kèm theo đa bội hoá dã tạo những giống lúa mì, khoai tây đa bội có sản lượng cao, chống bệnh tốt.
4.Ứng dụng của phương pháp lai xa :
41
VI. Lai xa:
Hiện nay, người ta chú ý lai giữa cây dại chống chịu tốt, kháng sâu bệnh với cây trồng có năng xuất cao, phẩm chất tốt.
Trong chọn giống động vật: tạo được giống mới do lai khác loài ở tằm dâu, cá.
Tuy nhiên, đối với vật nuôi, lai xa bị hạn chế vì đa số những động vật có hệ thần kinh phát triển, kiễm soát tập tính giao phối và dễ bị rối loạn NST giới tính.
4.Ứng dụng của phương pháp lai xa :
42
VII.Lai Tế Bào :
Là sử dụng hợp tử 2 tế bào trần khác loài tạo ra tế bào lai chứa 2 NST của 2 tế bào gốc .
1. Khái niệm :
43
VII.Lai Tế Bào :
Dùng dung dịch chứa tổ hợp enzim để phân huỷ màng tế bào , tạo tế bào trần.
Cho các tế bào trần vào môi trường nuôi dưỡng các virut Xenđê đã giảm hoạt tính tác động , làm cho các tế bào trần kết hợp với nhau , tạo ra tế bào lai.
2. Cách tiến hành:
44
VII.Lai Tế Bào :
Dùng môi trường chọn lọc để phân lập các dòng tế bào lai phát triển bình thường.
Dùng các hoocmon phù hợp để kích thích tế bào lai phát triển , tạo thành cơ thể lai.
Người ta còn dùng keo hữu cơ pilieylen glycol hoặc luồng xung điện cao áp để tăng tỉ lệ kết dính thành tế bào lai.
2. Cách tiến hành:
45
VII.Lai Tế Bào :
Đã tạo được cây lai từ 2 loài cây thuốc lá, cây lai giữa cây cà chua và cây khoai tây.
Trong tương lai, có thể tạo ra những cơ thể có nguồn gen khác xa nhau mà lai hữu tính không thực hiện được.
3. Ứng dụng:
46
GÂY ĐỘT BIẾN NHÂN TẠO
47
Đột biến nhân tạo có thể thu được nhiều dạng khác nhau và qua lai tạo có thể góp phần tạo ra vật liệu mới.
Đột biến nhân tạo có thể làm thay đổi một vài nhược điểm của giống như xuất hiện dạng đột biến đề kháng với tác nhân bất lợi
48
CÁC PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN
49
1. Gây đột biến bằng tác nhân vật lí:
1.1. Các loại tia phóng xạ:
Các tia phóng xạ gồm tia tia α, β, γ, X, chùm nơron …
Cơ chế gây đột biến: Khi chiếu xạ vào mô sống chúng kích thích và gây ion hóa các nguyên tử, các phân tử ADN, ARN trong tế bào chịu tác động trực tiếp của các tia phóng xạ hoặc tác động gián tiếp qua sự tác động lên phân tử nước.
50
1. Gây đột biến bằng tác nhân vật lí:
1.1. Các loại tia phóng xạ:
Ngoài việc gây đột biến gen các tia phóng xạ cũng gây đột biến NST.
Ứng dụng: Được sử dụng trong chọn giống thực vật bằng cách chiếu xạ với cường độ, liều lượng thích hợp trên hạt khô, hạt nẩy mầm, đỉnh sinh trưởng, hạt phấn, bầu nhụy…
Hiệu quả của phương pháp: Phụ thuộc vào tính chất các tia, đặc điểm sinh lí cây trồng, cường độ, liều lượng, thời gian, bộ phận xử lí, cách xử lí, điều kiện ngoại cảnh….
51
1. Gây đột biến bằng tác nhân vật lí:
1.2. Tia tử ngoại:
Tia tử ngoại là những tia bức xạ có bước sóng ngắn từ 1000 – 4000 A.
Cơ chế gây đột biến: Chiếu tia tử ngoại vào mô sống sẽ kích thích nhưng không gây ion hóa và được ADN hấp thụ nhiều nhất ở bước sóng 2570A.
Ứng dụng: Không có khă năng xuyên sâu nên người ta dùng tia tử ngoại để gây đột biến gen và đột biến NST ở vi sinh vật, bào tử, hạt phấn.....
52
1. Gây đột biến bằng tác nhân vật lí:
1.3. Sốc nhiệt:
Khi nhiệt độ môi trường tăng hay giảm một cách đột ngột làm cho cơ chế nội cân bằng của cơ thể không khởi động kịp gây chấn thương trong bộ máy di truyền tạo nên đột biến.
53
2. Gây đột biến bằng tác nhân hóa học:
Các tác nhân hóa học như: 5 – BU, NMU, NEU, DMS, DES, EI, Conxixin,…
54
2. Gây đột biến bằng tác nhân hóa học:
Cơ chế gây đột biến:
Một số hóa chất khi thấm vào tế bào gây biến đổi cấu trúc của ADN gây đột biến gen.
Ví dụ: 5 BU gây đột biến thay thế cặp A - T bằng cặp G–X
5BU là 1 hóa chất hóa học có thể thay T liên kết với A, vừa có thể thay X liên kết với G nên nó gây đột biến thaythế cặp nu A-T bằng cặp G-X. Trong quá trình tự nhân đôi ADN, nếu T bị thay bằng 5BU thì sẽ sinh ra đột biến thay thế cặp A-T bằng cặp G-X theo sơ đồ: A-TA-5BU5BU-G G-X
55
2. Gây đột biến bằng tác nhân hóa học:
Một số hóa chất cũng có khả năng gây đột biến NST
Ví dụ: Khi thấm vào mô đang phân bào dung dịch Conxixin cản trở sự hình thành thoi vô sắc làm NST không phân li gây đột biến đa bội thể.
Phương pháp này cho hiệu quả cao nhất, hiện nay được dùng rất phổ biến.
Consixin ngăn cản nhiễm sắc thể di chuyển từ mặt phẳng xích đạo về hai cực tế bào, làm tăng gấp đôi số lượng nhiễm sắc thể trong tế bào.
Người ta thường dùng consixin ở nồng độ 0,1 – 0,2% để xử lý hạt, bôi lên đỉnh sinh trưởng của cây hoặc xử lý tế bào động vật nuôi cấy.
56
2. Gây đột biến bằng tác nhân hóa học:
Ứng dụng:
Với cây trồng: Ngâm hạt khô, hạt đang nẩy mầm trong dung dịch hóa chất hoặc tiêm vào bầu nhụy hoặc tẩm hóa chất lên các đỉnh sinh trưởng...
Với vật nuôi : Cho các hóa chất tác dụng lên tinh hoàn, buồng trứng.
Hiệu quả của phương pháp: Phụ thuộc vào loại hóa chất, đặc điểm sinh lí cây trồng, cường độ, liều lượng, thời gian, bộ phận xử lí, cách xử lí, điều kiện ngoại cảnh….
57
SỬ DỤNG ĐỘT BIẾN TRONG CHỌN GIỐNG
58
1. Chọn giống vi sinh vật:
Ví dụ: Bào tử nấm penicilum xử lí bằng tia phóng xạ rồi chọn lọc. Chủng penicilum có hoạt tính penicilin tăng gấp 200 lần so với dạng ban đầu.
Ví dụ: Xử lí nấm mem, vi khuẩn bằng tia phóng xạ tạo ra các chủng năng xuất cao hoặc những chủng VSV đóng vai trò kháng nguyên gây miễn dịch cho cơ thể vật chủ, trên nguyên tắc đó tạo văcxin phòng bệnh cho người và gia súc.
59
2. Trong chọn giống cây trồng:
Ví dụ 1: Viện di truyền nông nghiệp xử lí giống lúa Mộc Tuyền bằng tia gama tạo giống lúa MT1 xó nhiều đặc tính tốt: Chín sớm, thấp và cứng cây, chịu chua, chịu phân, năng suất tăng 15 – 25%.
60
2. Trong chọn giống cây trồng:
Ví dụ 2: Viện lương thực thực phẩm đã xử lí giống táo Gia Lộc (hải dương) bằng tác nhân NMU tạo ra giống táo Má Hồng cho 2 vụ/năm, quả giòn, ngọt, thơm trung bình 50 – 60 quả/kg.
61
2. Trong chọn giống cây trồng:
Ví dụ 3: Tạo giống dâu tằm tam bội số 11 và 34 năm 1990 cho lá to và dày. Giống dưa hấu tạm bội sản lượng cao quả ngọt, to, không hạt ….
62
3. Trong chọn giống vật nuôi:
Phương pháp đột biến sử dụng hạn chế ở động vật vì cơ quan sinh sản nằm sâu trong cơ thể rất dễ bị chết khi xử lí bằng các tác nhân gây đột biến ội thể bằng xử lý consixin.
63
KỸ THUẬT DI TRUYỀN
64
ADN tái tổ hợp
Trong công nghệ gen, để đưa một gen từ tế bào này sang tế bào khác cần phải sử dụng một phân tử AND đặc biệt được gọi là thể truyền.
Kĩ thuật gắn gen cần chuyển vào thể truyền gọi là kĩ thuật tạo AND tái tổ hợp.
AND tái tổ hợp là một phân tử AND nhỏ, được lắp ráp từ các đoạn AND lấy từ các nguồn khác nhau (gồm thể truyền và gen cần chuyển).
65
ADN tái tổ hợp đầu tiên được tạo ra năm 1972 trên cơ sở các thành tựu Di truyền học và hóa sinh học như: chứng minh được ADN là vật chất mang thông tin di truyền (1944) và thông tin di truyền được mã hóa trong các trình tự base của nó (1956), tách chiết được enzyme giới hạn (1970), và enzyme ADN ligase (1967).
ADN tái tổ hợp
66
Sự hoàn thiện kĩ thuật tái tổ hợp ADN hay tạo ADN tái tổ hợp đã mở đường cho sự ra đời một lĩnh vực công nghệ mới được gọi là công nghệ ADN tái tổ hợp (recombinant DNA technology).
ADN tái tổ hợp
67
Kĩ thuật di truyền:
Khái niệm: Kĩ thuật di truyền hay kĩ thuật gen (genetic engineering) là kĩ thuật thao tác trên vật liệu di truyền dựa vào những hiểu biết về cấu trúc hoá học của các axid nucleic và di truyền vi sinh vật.
68
Phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay là kĩ thuật chuyển gen, tức là chuyển một đoạn ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận bằng cách dùng plasmid làm thể truyền.
Kĩ thuật di truyền:
Kĩ thuật chuyển gen có 3 khâu chủ yếu:
Tách AND mang gen mong muốn từ dạng cho và AND dùng làm vector.
Cắt và nối để tạo AND tái tổ hợp.
Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận.
69
Khâu thứ 1: Tách AND mang gen mong muốn từ dạng cho và AND dùng làm vector.
Tách các loại AND từ bộ gen.
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi.
Người ta dùng biện pháp lắc cơ học, dùng enzyme cắt restrictase để cắt AND bộ gen thành các đoạn nhỏ dài khoảng 15 000 đến 20 000 cặp base.
Bằng các phương pháp tách chiết AND và các đoạn mồi thích hợp người ta đã tách chiết được một số dạng AND của dạng cho với các gen mong muốn ở vật nuôi, cây trồng và con người (gen kiểm soát tổng hợp insulin, hormone sinh trưởng…).
Kĩ thuật di truyền:
70
Ngoài ra còn có các phương pháp:
sinh tổng hợp gen từ mRNA của gen tương ứng.
tổng hợp gen bằng các phương pháp hóa học.
71
Khâu thứ 2: Cắt và nối để tạo AND tái tổ hợp
Sinh học phân tử đã phát hiện và hiểu rõ cơ chế tác động của hàng loạt enzyme.
Nhờ đó, các nhà khoa học đã sử dụng chúng thành những công cụ hữu hiệu trong việc cắt (dùng restrictase) và nối (dùng ligase) để tạo AND tái tổ hợp.
Kĩ thuật di truyền:
72
Các enzyme giới hạn (restriction enzyme) là các enzyme có khả năng nhận biết được đoạn trình tự nucleotide đặc thù và sau đó cắt cả 2 mạch của AND đó.
Mỗi loại enzyme cắt giới hạn sẽ cắt hai mạch đơn của phân tử AND ở những vị trí nucleotide xác định.
Các vị trí này gọi là trình tự nhận biết.
Kết quả là tạo các đầu dính.
Kĩ thuật di truyền:
73
Việc cắt AND của tế bào cho và AND của plasmid do cùng một loại enzyme cắt giới hạn. Do đó các đầu dính có trình tự giống nhau.
Khi trộn đoạn AND của tế bào cho với AND plasmid đã cắt hở, các đầu dính bắt cặp bổ sung với nhau.
Enzyme nối (ligase) có chức năng tạo liên kết phosphodiester làm liền mạch AND.
Plasmid mang gen lạ gọi là AND tái tổ hợp.
Kĩ thuật di truyền:
74
Để chuyển một gen mong muốn từ sinh vật này sang sinh vật khác, người ta sử dụng các vật chuyển gen hay vector chuyển gen.
Vector chuyển gen là phân tử AND có khả năng tự nhân đôi, tồn tại độc lập trong tế bào và mang được gen cần chuyển.
Vector chuyển gen
75
Có các loại vector chuyển gen:
Plasmid nằm trong tế bào chất của vi khuẩn, là AND vòng, mạch kép. Trong tế bào vi khuẩn có chứa hàng chục plasmid.
Vector chuyển gen cũng có thể là thể thực khuẩn λ (phage λ), đó là virus lây nhiễm vi khuẩn, đoạn AND của tế bào cho (gen cần cấy) được gắn vào AND của nó thành AND tái tổ hợp.
Vector chuyển gen
76
Khâu thứ 3: Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận.
Phương pháp biến nạp: để đưa AND tái tổ hợp vào trong tế bào, các nhà khoa học có thể dùng muối CaCl2 hoặc dùng xung điện để làm dãn màng sinh chất của tế bào. Khi đó, phân tử AND tái tổ hợp dễ dàng chui qua màng vào trong tế bào.
Kĩ thuật di truyền:
77
Trường hợp thể truyền là phage, khi chúng mang gen cần chuyển và xâm nhập vào tế bào vật chủ (vi khuẩn) được gọi là phương pháp tải nạp.
Khi đã chuyển được vào tế bào chủ, AND tái tổ hợp điều khiển tổng hợp loại protein đặc thù đã được mã hóa trong nó.
Kĩ thuật di truyền:
78
.
79
Tách dòng tế bào chứa AND tái tổ hợp:
Để nhận biết được tế bào vi khuẩn nào đã nhận được AND tái tổ hợp, các nhà khoa học phải chọn thể truyền có các dấu chuẩn hoặc các gen đánh dấu. Nhờ đó mới có thể nhận biết sự có mặt của AND tái tổ hợp.
Gen đánh dấu có thể là gen kháng kháng sinh. Ví dụ, tế bào nhận là loại mẫn cảm với chất kháng sinh (như tetracycline).
80
Khi plasmid đã được chuyển gen có gen kháng với tetracycline vào trong tế bào mẫn cảm, nó sẽ trở nên kháng được thuốc kháng sinh.
Do đó, khi bổ sung tetracycline vào môi trường nuôi, tất cả các tế bào không chứa AND tái tổ hợp sẽ bị chết, trong bình nuôi lúc này chỉ còn lại các tế bào có chứa AND tái tổ hợp. Dòng tế bào này được nuôi để sản xuất ra sản phẩm mong muốn.
81
Công nghệ di truyền:
Công nghệ di truyền hay còn gọi là công nghệ gen là một ngành kỹ thuật hay một lĩnh vực công nghệ về quy trình ứng dụng kỹ thuật gen, gồm 4 bước:
Tạo ra các đoạn AND mang gen mong muốn và tách các phân tử ADN dùng làm vector.
Tạo ADN tái tổ hợp bằng cách nối.
Đưa AND tái tổ hợp vào tế bào chủ để nhân lên (tách dòng).
Chọn lọc đoạn trình tự quan tâm.
82
Thành tựu nổi bật nhất trong ứng dụng công nghệ di truyền là khả năng cho tái tổ hợp thông tin di truyền giữa các loài đứng xa nhau trong bậc thang phân loại mà lai hữu tính không thể thực hiện được.
Công nghệ gen được ứng dụng nhằm tạo ra các sinh vật chuyển gen.
Ứng dụng công nghệ di truyền
83
Sinh vật chuyển gen là các cá thể được bổ sung vào bộ gen của mình những gen đã được tái tổ hợp hoặc những gen đã được sửa chữa, do đó còn gọi là sinh vật biến đổi gen.
Sản phẩm của sinh vật biến đổi gen phục vụ tốt hơn cho cuộc sống của con người cả về số lượng và chất lượng.
Ứng dụng công nghệ di truyền
84
Nhờ phương pháp chuyển gene, quá trình lão suy ở lá cây bắp cải sẽ chậm lại
85
Ngô chuyển gen kháng sâu bệnh so với đối chứng
Ngô chống chịu thuốc diệt cỏ
86
đu đủ kháng virus
87
1. Tạo giống vi sinh vật:
Tạo chủng vi khuẩn E. coli sản xuất insulin của người
Insulin là hormone tuyến tụy, có chức năng điều hòa glucose trong máu.
Trường hợp insulin do cơ thể sản xuất ra không đủ hoặc mất chức năng sẽ gây bệnh đái tháo đường, glucose bị thải qua nước tiểu.
Gen tổng hợp insulin được tách ra từ cơ thể người và chuyển vào vi khuẩn E. coli bằng vector là plasmid. Sau đó vi khuẩn này được sản xuất ở quy mô công nghiệp, tổng hợp ra insulin giống như trong cơ thể người với số lượng lớn hơn rất nhiều, đáp ứng được nhu cầu thuốc chữa bệnh của con người.
88
89
Bước 1: Cô lập AND plasmid và AND của tế bào người
Bước 2: Cắt cả hai mẫu AND với cùng một enzyme cắt.
Bước 3: Kết hợp các ADN, chúng liên kết với nhau bởi sự bắt cặp base. Sản phẩm là các plasmid tái tổ hợp và trong đó còn có rất nhiều plasmid không phải AND tái tổ hợp.
Khi đã chuyển được vào tế bào chủ, AND tái tổ hợp điều khiển tổng hợp loại protein đặc thù đã được mã hóa trong nó.
90
1. Tạo giống vi sinh vật:
Tạo chủng vi khuẩn E. coli sản xuất somatostatin:
Somatostatin là loại hormone đặc biệt, được tổng hợp trong não động vật và người, với số lượng rất ít, tại vùng dưới đồi thị. Hormon này có chức năng điều hòa hormone sinh trưởng và insulin đi vào trong máu.
Gen mã hóa somatostatin được tổng hợp in vitro. Sau đó bằng công nghệ gen, gen này được gắn vào AND plasmid và đưa vào vi khuẩn.
Cứ 7,5 lít dịch nuôi E. coli có AND tái tổ hợp như trên sản xuất được 5 milligram somatostatin nguyên chất. Để có được khối lượng này bằng cách tách chiết não cừu như trước đây vẫn làm thì phải giết thịt 500 000 con.
91
2. Tạo giống thực vật:
Tạo giống bằng công nghệ gen mở ra nhiều ứng dụng mới cho trồng trọt: sản xuất các chất bột – đường với năng suất cao, sản xuất các loại protein trị liệu, các kháng thể và chất dẻo. Thời gian tạo giống mới rút ngắn đáng kể.
Đến nay đã có trên 1200 loại thực vật đã được chuyển gen. Trong số đó có khoảng 290 giống cây cải dầu (Brassica napus), 133 giống cây khoai tây và nhiều loại khác như cà chua, ngô, lanh, đậu nành, cây bông vải, củ cải đường…
92
Do tế bào thực vật có thành cellulose cứng nên các nhà nghiên cứu đã tìm ra nhiều cách khác nhau để đưa gen vào bên trong tế bào.
Phương pháp chuyển gen ở thực vật rất đa dạng: chuyển gen bằng plasmid (ví dụ: Ti-plasmid), bằng virus (virus khảm thuốc lá), chuyển gen trực tiếp qua ống phấn, dùng súng bắn gen…
2. Tạo giống thực vật:
93
Cà chua chuyển gen
Tạo giống cây biến đổi gen có sản phẩm được bảo quản tốt hơn cũng được các nhà khoa học quan tâm.
Ví dụ: giống cà chua có gen sản sinh ra etylen đã được làm bất hoạt, khiến cho quá trình chín của quả bị chậm lại nên có thể vận chuyển đi xa hoặc để lâu mà không bị hỏng. Cà chua được chuyển gen kháng virus góp phần giảm sử dụng thuốc hóa học diệt côn trùng gây bệnh, hạn chế gây ô nhiễm môi trường.
2. Tạo giống thực vật:
94
Cà chua được chuyển gen làm cho chín chậm
95
2. Tạo giống thực vật:
Lúa chuyển gen tổng hợp β-carotene
Gạo của giống lúa này chứa β-carotene, sau quá trình tiêu hóa ở cơ thể người, β-carotene được chuyển hóa thành vitamin A.
96
Gạo bình thường và gạo thu được từ cây lúa chuyển gen.
97
3. Tạo giống động vật
Sử dụng công nghệ gen để tạo ra những giống động vật mới có năng suất và chất lượng sản phẩm cao hơn, đặc biệt, tạo ra động vật chuyển gen có thể sản xuất ra thuốc chữa bệnh cho con người.
Vi tiêm là phương pháp thông dụng nhất trong kỹ thuật chuyển gen ở động vật. Đoạn AND được bơm thẳng vào hợp tử ở giai đoạn nhân non (giai đoạn của tinh trùng và trứng chưa hòa hợp).
98
3. Tạo giống động vật
Sử dụng tế bào gốc: trong phôi có những tế bào có khả năng phân chia mạnh, các tế bào này được lấy ra và được chuyển gen rồi lại cấy trở lại vào phôi.
Ở một số đối tượng động vật, người ta còn sử dụng phương pháp dùng tinh trùng như vector mang gen. Người ta bơm đoạn AND vào tinh trùng, tinh trùng này sẽ mang đoạn AND vào tế bào trứng khi thụ tinh.
99
3. Tạo giống động vật
Tạo giống cừu sản xuất protein của người
Cừu được chuyển gen tổng hợp protein huyết thanh của người sẽ sản xuất ra sản phẩm này với số lượng lớn trong sữa của chúng.
Sau đó, sản phẩm này được chế biến thành thuốc chống u xơ nang và một số bệnh về đường hô hấp ở người.
100
3. Tạo giống động vật
Tạo giống bò chuyển gen
Có 2 cách đưa gen mong muốn vào hợp tử:
Phương pháp vi tiêm và phương pháp cấy nhân có gen đã cải biến.
Ví dụ: bò được chuyển gen sản xuất r-protein của người và gen này được biểu hiện ở tuyến sữa, có thể cho sản phẩm với số lượng lớn. Từ sữa có sản phẩm này, qua chế biến sản xuất ra protein C chữa bệnh máu vón cục gây tắc mạch ở người.
101
CÁC PHƯƠNG PHÁP LAI
102
1. Hệ số di truyền:
Hệ số di truyền là tỉ lệ giữa biến dị kiểu gen và biến dị kiểu hình tính bằng phần trăm (%) hoặc bằng số thập phân từ 0 đến 1.
Ví dụ:
Hệ số di truyền của sản lượng trứng của gà Lơgo là 9 – 22%.
Hệ số di truyền khối lượng trứng của gà Lơgo là 39 – 93%.
103
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.1. Cách tiến hành:
Trong 1 quần thể vật nuôi hay cây trồng, dựa vào kiểu hình người ta chọn ra một nhóm cá thể phù hợp nhất với mục tiêu chọn lọc để làm giống.
Ở cây trồng, hạt của những cây đã chọn được thu hoạch chung, trộn lẫn với nhau để trồng trong vụ sau.
Ở vật nuôi, những cá thể có ngoại hình đẹp, lớn nhanh, đẻ tốt được chọn ra để nhân giống.
104
Năm thứ 1
Chọn cây tốt
Ruộng chọn giống trồng vật liệu khởi đầu
Trộn lẫn hạt cây tốt
Năm thứ 2: so sánh
Giống
khởi đầu
Giống chọn hỗn hợp
Giống
đối chứng
Sơ đồ phương pháp chọn lọc hàng loạt 1 lần
105
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.1. Cách tiến hành:
Việc so sánh năng suất trung bình của vụ sau so với giống ban đầu cho phép đánh giá hiệu quả chọn lọc.
Tuỳ theo vật liệu khởi đầu, yêu cầu và hiệu quả chọn lọc, có thể tiến hành chọn lọc hàng loạt 1 lần hay phải lặp lại nhiều lần.
106
Chọn lọc hàng loạt nhiều lần
Năm thứ 1
Chọn cây tốt
Ruộng chọn giống cây trồng vật liệu khởi đầu
Trộn lẫn hạt cây tốt
Năm thứ 2
Giống
khởi đầu
Giống chọn hỗn hợp
Giống
đối chứng
Năm thứ 3
107
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.1. Cách tiến hành:
Từ lâu nông dân ta đã chọn lọc hàng loạt đối với cây lúa theo 3 tiêu chuẩn: khóm tốt, bông tốt, hạt tốt. Giống cải củ số 9 được Viện Cây lương thực thực phẩm chọn lọc hàng loạt từ giống cải củ Hồng Kông nhập vào nước ta năm 1980, có thời gian sinh trưởng 40 – 45 ngày, khối lượng củ trung bình 230g, năng suất 35 – 40 tạ/ha.
Trong chăn nuôi phương pháp chọn lọc hàng loạt đã góp phần tạo ra những giống có năng suất cao về sữa, trứng, thịt, len.
108
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.2. Phạm vi ứng dụng:
Đối với những cây tự thụ phấn, có khi chỉ chọn lọc 1 lần đã mang lại hiệu quả.
Đối với những cây giao phấn vì quần thể có kiểu gen không đồng nhất, các thế hệ sau có sự phân tính, nên thường phải chọn lọc hàng loạt nhiều lần.
Chọn lọc hàng loạt là phương pháp hữu hiệu để duy trì chất lượng và năng suất của giống khi đưa vào sản xuất đại trà qua nhiều vụ, để phục tráng những giống đã khu vực hoá va` để cung cấp giống cho sản xuất.
109
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.3. Ưu, nhược điểm:
Phương pháp chọn lọc hàng loạt đơn giản, dễ làm, ít tốn kém nên có thể áp dụng rộng rãi. Phần lớn các giống tốt ở các địa phương là do nhân dân sáng tạo ra trong thực tiễn sản xuất nông nghiệp bằng phương pháp đó.
110
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.3. Ưu, nhược điểm:
Nhược điểm là chỉ căn cứ trên kiểu hình, không kiểm tra được kiểu gen của cá thể nên việc củng cố, tích luỹ các biến dị tốt chậm đưa đến kết quả. Ta biết rằng mỗi tính trạng trên cơ thể đều phụ thuộc 2 yếu tố: gen và môi trường. Tuy nhiên, tỷ trọng của mỗi yếu tố này là khác nhau tuỳ từng tính trạng, biểu thị ở hệ số di truyền.
111
2. Chọn lọc hàng loạt:
2.3. Ưu, nhược điểm:
Trong khi chọn lọc một loạt cây tốt có thể lẫn lộn các kiểu hình tốt do kiểu gen tốt với những thường biến do các yếu tố vi địa hình, vi khí hậu. Để khắc phục điều này, người ta cố gắng tiến hành chọn lọc hàng loạt trên các chân ruộng đồng đều về địa hình, độ phì của đất.
112
3. Chọn lọc cá thể:
3.1. Cách tiến hành:
Trong quần thể khởi đầu người ta cũng chọn lấy một số ít cá thể tốt nhất nhưng điều sai khác căn bản so với chọn lọc hàng loạt là ở chọn lọc cá thể con cháu của những cá thể này được nhân lên một cách riêng rẽ theo từng dòng, do đó kiểu gen của mỗi cá thể ban đầu sẽ được kiểm tra qua nhiều thế hệ.
113
3. Chọn lọc cá thể:
3.1. Cách tiến hành:
Sự so sánh giữa các dòng và so sánh với giống khởi đầu sẽ cho phép chọn được những dòng tốt nhất, loại bỏ những dòng không đáp ứng mục tiêu chọn giống. Phương pháp chọn lọc cá thể có thể được tiến hành 1 lần hay nhiều lần.
114
Sơ đồ phương pháp chọn lọc cá thể 1 lần
Năm thứ 1
Chọn cây tốt
Giống khởi đầu
Năm thứ 2:
So sánh các dòng
1
2
3
4
5
6
7
1,2,3,4,5: Giống chọn từng cây
6: Giống khởi đầu
7. Giống đối chứng
115
Phương pháp chọn lọc cá thể nhiều lần
Năm thứ 1
Chọn cây tốt
Giống khởi đầu
Năm thứ 2
1
2
3
4
5
6
7
Năm thứ 3
Giống chọn từng cây
Giống
khởi đầu
Giống
đối chứng
116
3. Chọn lọc cá thể:
3.2. Phạm vi ứng dụng:
Khi mục tiêu chọn lọc là loại tính trạng có hệ số di truyền thấp thì phải áp dụng phương pháp chọn lọc cá thể. Chọn lọc cá thể một lần được áp dụng cho các cây nhân giống vô tính và các cây tự thụ phấn. Dòng tự thụ phấn có kiểu gen khá đồng nhất và ổn định nên có khi chỉ chọn lọc cá thể 1 lần là đã có kết quả.
117
3. Chọn lọc cá thể:
3.2. Phạm vi ứng dụng:
Đối với cây giao phấn, nếu muốn áp dụng chọn lọc cá thể thì phải tiến hành nhiều lần. Trong quần thể giao phấn rất khó xác định cây bố, và con cháu của 1 cây ban đầu thường không đồng nhất về kiểu gen và kiểu hình, do đó chọn lọc cá thể 1 lần không đủ để đánh giá.
118
3. Chọn lọc cá thể:
3.2. Phạm vi ứng dụng:
Đối với vật nuôi, người ta kiểm tra đực giống qua đời sau. Con đực không thể cho sữa, trứng, nhưng ảnh hưởng đến 1 số lượng lớn con cháu, trong đó có cả đực và cái, thuận lợi cho việc đánh giá. Ngày nay phương pháp kiểm tra qua đời con được bổ sung bằng những phân tích hoá sinh, tế bào trên con đực giống.
119
3. Chọn lọc cá thể:
3.3. Ưu, nhược điểm:
Chọn lọc cá thể kết hợp được việc đánh giá dựa trên kiểu hình với việc kiểm tra kiểu gen, do đó nhanh chóng đạt hiệu quả, nhất là khi mục tiêu chọn lọc là những tính trạng chỉ có lợi cho người mà ít có lợi cho bản thân sinh vật như hàm lượng dầu trong hạt hướng dương, tỷ lệ bơ trong sữa bò.
Tuy nhiên chọn lọc cá thể đòi hỏi công phu, theo dõi chặt chẽ, khó áp dụng rộng rãi.
120
121
122
Kết luận: kết hợp chọn lọc lai tạo chọn lọc gây đột biến chọn lọc lai tạo chọn lọc tạo giống mới thoả mãn kinh tế và thị hiếu con người.
123
4. Chọn lọc theo họ:
Chọn một số lượng lớn cá thể và trồng hạt mỗi cây riêng và đời tiếp theo thành họ để so sánh với nhau, từ đó lựa chọn họ tốt nhất để tạo thành giống mới. Kết quả phụ thuộc vào thành phần di truyền giàu hay nghèo của giống địa phương ban đầu.
Chọn lọc theo học có giá trị hơn cả khi mức di truyền của tính trạng thấp và các họ có sự giống nhau nhiều do họ hàng gần. Sự tự phối trong từng họ sẽ làm rõ các khác biệt giữa các họ.
124
5. Thử nghiệm thế hệ:
Là phương pháp đánh giá giá trị chọn lọc căn cứ và kiểu hình của hậu thế ở động vật. Phương pháp này có giá trị hơn cả đối với các tính trạng:
Chỉ biểu hiện ở một giới tính (ví dụ: đánh giá các gen tạo sữa ở bò đực).
Chỉ có thể đo được sau khi giết thịt (ví dụ: các đặc tính của bộ sương động vật nuôi).
Có mức di truyền thấp.
Chỉ có thể thực hiện khi cá thể trưởng thành. Để đánh giá con đực, nó cần được giao phối với vài con cái. Con đực càng có nhiều thế hệ con thì sự đánh giá càng chính xác.
125
CÔNG NGHỆ PROTEIN
126
1. Công nghệ protein là gì?
Là quá trình xây dựng các phân tử protein mới, bằng cách thiết kế một phân tử protein dựa trên các nguyên lý cơ bản nhất, hoặc sửa đổi cấu trúc của một protein đang có, nhằm mục đích:
Nghiên cứu quá trình lắp ráp của các protein và các nhân tố của chuỗi sơ cấp tham gia vào sự cuộn xoắn, ổn định và thể hiện chức năng của chúng.
Sàn xuất các protein ổn định cho một mục đích công nghệ đặc biệt, tuy nhiên các phiên bản được tìm thấy trong tự nhiên không có các tính ch�
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Lý Minh Tuấn
Dung lượng: |
Lượt tài: 1
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)