BÀI 5: KĨ THUẬT DI TRUYỀN
*Mở đầu :
- Khái niệm về giống : Giống là một tập hợp cá thể sinh vật do con người chọn tạo ra, có phản ứng như nhau trước cùng một điều kiện ngoại cảnh, có những tính trạng di truyền đặc trưng, chất lượng tốt, năng suất cao và ổn định, thích nghi với những điều kiện khí hậu đất đai và kĩ thuật sản xuất nhất định.
- Nhiệm vụ của ngành chọn giống :
+ Cải tạo giống hiện có
+ Tạo giống mới bằng phương pháp lai tạo, chọn lọc, gây đột biến
- Phương pháp chọn giống :
+ Cổ truyền : dựa trên kinh nghiệm
+ Hiện đại : chủ động tạo ra nguồn biến dị và hoàn thiện các phương pháp chọn lọc
I.Khái Niệm Về Kĩ Thuật Di Truyền :
- Kĩ thuật di truyền : Là kĩ thuật thao tác trên vật liệu di truyền dựa trên những hiểu biết về cấu trúc hóa học của axit nuclêic và di truyền vi sinh vật.
II.Kĩ Thuật Cấy Gen :
*Khái niệm :
- Kĩ thuật cấy gen là kĩ thuật chuyển một đoạn gen từ tế bào cho sang tế bào nhận nhờ thể truyền
1.Kĩ thuật cấy gen nhờ thể truyền là plasmit :
a)Plasmit :
- Là những cấu trúc nằm trong tế bào chất của vi khuẩn chứa ADN dạng vòng gồm khoảng 8000 – 200000 cặp Nu. ADN của plastmit nhân đôi độc lập với ADN của NST.
b)Các khâu chủ yếu của kĩ thuật cấy gen :
- Tách ADN nhiễm sắc thể của tế bào cho và tách ADN plastmit ra khỏi tế bào vi khuẩn
- Cắt và nối ADN của tế bào cho và ADN plasmit ở những điểm xác định tạo ADDN tái tổ hợp
- Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận tạo điều kiện cho gen ghép được biểu hiện
* Tế bào nhận thường là vi khuẩn E.Coli có tốc độ sinh sản rất nhanh sau 30 phút lại tự nhân đôi qua đó plasmit cũng được nhân lên rất nhanh và sản xuất ra một lượng lớn các chất tương ứng với gen ghép vào plasmit.
2.Kĩ thuật cấy gen dùng thể truyền là thể thực khuẩn :
* Các khâu chủ yếu : gồm 3 khâu
- Tách ADN trên NST của tế bào cho và tách ADN trên thể thực khuẩn ra khỏi tế bào Cắt ADN của tế bào cho và ADN trên cơ thể thực khuẩn ở những Nu xác định.
- Nối ADN của tế bào cho vào ADN của thể thực khuẩn ADN tái tổ hợp
- Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận (Vi khuẩn E.Coli)
III.Ứng Dụng Của Kĩ Thuật Di Truyền :
- KTDT cho phép tạo ra các giống, chủng vi khuẩn có khả năng sản xuất trên quy mô công nghiệp với nhiều loại sản phẩm như : axitamin, prôtêin, vitamin, enzim, hoocmôn ….ứng dụng nhiều trong đời sống .
1.Trong y học :
- Sản xuất kháng sinh với giá thành rẻ bằng cách cấy gen tổng hợp kháng sinh của xạ khuẩn vào vi khuẩn dễ nuôi và sinh sản nhanh.
- Dùng plasmit làm thể truyền để chuyển gen mã hóa hoocmôn insulin của người vào vi khuẩn E.Coli giá thành rẻ để chữa bệnh đái tháo đường.
2. Trong nông nghiệp :
- Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ của cây thuốc lá cảnh sang cây bông và đậu tương ( năm 1989 )
- Cấy gen quy định khả năng chống một số chủng vi rút vào giống khoai tây ( năm 1990 )
3. Trong chăn nuôi :
- Hoocmôn sinh trưởng ở bò được sản xuất theo công nghệ sinh học để tăng nhanh sản lượng sữa
4. Trong bảo vệ môi trường
- Tạo ra những chủng vi khuẩn phân hủy dầu mỏ, phân hủy chất hữu cơ làm sạch nước bẩn.
Ví dụ : Tổ hợp 4 gen từ 4 chủng có khả năng cắt mạch hữu cơ của dầu mỏ vào cùng một chủng vi khuẩn và dùng chủng vi khuẩn đó để phân hủy lớp dầu loang trên biển.
Bài 6 : Đột Biến Nhân Tạo
I.Gây Đột Biến Bằng Các Tác Nhân Vật Lý :
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
+ 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….
Ví dụ : Ngâm hạt vào nước 220C trong vòng 8h sau đó dùng tia X xử lí à Tỷ lệ đột biến tănmg gấp 10 lần so với hạt khô không ngâm
2. Tia tử ngoại :
- Tia tử ngoại là những tia bức xạ có bước sóng ngắn từ 1000 – 4000 A0
- 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 2570 A0.
- 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.....
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 à gây chấn thương trong bộ máy di truyền tạo nên đột biến.
II. Gây Đột Biến Bằng Các Tác Nhân Hóa Học :
- Các tác nhân hóa học như : 5 – BU, NMU, NEU, DMS, DES, EI, Conxixin,…..
- Cơ chế gây đột biến : + Một số hóa chất khi thấm vào tế bào à 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
+ Một số hóa chất cũng có khả năng gây đột biến NST
Ví dụ : Khi thấm vào mô đang phân bào dung dịch Conxixin à Cản trở sự hình thành thoi vô sắc làm NST không phân li à Gây đột biến đa bội thể.
- 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….
III.Sử Dụng Đột Biến Nhân Tạo Trong Chọn Giống :
1.Chọn giống vi sinh vật :
Ví dụ : Bào tử nấm penicilum xử lí bằng tia phóng xạ rồi chọn lọc à 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
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%.
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.
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 ….
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 nhan gây đột biến.
Bài 7 – 8 : Các Phương Pháp Lai
I.Dòng Tựu Thụ Phấn, Dòng Cận Huyết Và Hiện Tượng Thoái Hóa Giống :
1.Hiện Tượng Thoái Hóa :
- 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…..
3. 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
II.Lai Khác Dòng – Ưu Thế Lai :
* Lai khác dòng : Tức là người ta cho giao phối giữa các cá thể thuộc hai dòng thuần khác nhau
1.Hiện Tượng Ưu Thế Lai :
- UTL 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 ….Đáng chú ý là UTL biểu hiện cao nhất ở F1 sau đó giảm dần qua các thế hệ tiếp theo.
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…)
2.Nguyên Nhân Của Hiện Tượng Ưu Thế Lai :
- 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 : AABBDD x aabbdd à AaBbDd
+ Trong các thế hệ sau tỷ lệ thể dị hợp giảm dần nên UTL cũng giảm
- Giả thuyết về sự tác động cộng gộp của các gen trội có lợi :
Ví dụ : Lai 1 dòng có 2 gen trội với dòng có 1 gen trội à dòng có 3 gen trội
P : AabbDD x aaBBdd à AaBbDd
- Giả thuyết siêu trội : Do sự tương tác giữa 2 alen khác nhau về chức phận của cùng 1 lô cút à hệ quả bổ trợ
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
3.Phương Pháp Tạo UTL :
- Lai khác dòng :
+ Lai khác dòng đơn : A x B à C
+ Lai khác dòng kép : A x B à C C x F à H
D x E à F
Lai khác thứ : Tức là tổ hợp vốn gen của hai hoặc nhiều thứ khác nhau
III. Lai Kinh Tế - Lai Cải Tiến Giống :
1.Lai kinh tế :
- 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 .
- Phổ biến ở nước ta hiện nay là dung con cái thuộc giống trong nước giao phối với con đực cao sản thuộc giống nhập nội .
Ví dụ : P Bò vàng thanh hóa x Bò Hostein
F1 : (Chịu được khí hậu nóng, sản xuất 1000 kg sữa/năm, tỷ lệ bơ 4 – 5 %..)
2.Lai cải tiến giống :
- 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 .
- 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 .
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)
IV.Lai Khác Thứ Và Việc Tạo Giớng Mới :
- Để sử dụng UTL, đồng thời tạo ra các giống mới người ta dùng phương pháp lai khác thứ (giữa hai thứ hoặc lai tổng hợp nhiều thứ có nguồn gen khác nhau ).
Ví dụ : P Giống lúa X1 ( NN 75 – 10 ) x Giống lúa CN2 ( IR 197446 – 11 – 33)
(N.suất cao, chống bệnh bạc lá, không kháng rầy..) (N.suất TB, kháng rầy, chất lượng gạo cao..)
F1 : Giống lúa VX – 83.( do viện kĩ thuật nông nghiệp tao ra )
Ví dụ 2 : 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 Xa :
* Lai xa là hình thức lai giữa các dạng bố mẹ khác xa nhau về nguồn gốc ( khác loài, khác chi, khác họ ..)
1.Hiện tượng bất thụ của cơ thể lai xa :
* Khái niệm :
- Là hiện tượng cơ thể lai (con lai) trong phép lai xa không có khả năng sinh sản
* Những khó khăn trong 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
- 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
2.Cách khắc phục hiện tượng bất thụ trong lai xa
- Để khắc phục hiện tượng bất thụ trong cơ thể lai xa người ta tiến hành gây đa bội thể thì cơ tể lai có khả năng sinh sản hữu tính được.
Vi dụ : năm 1927 Cacpêsencô đã tiến hành thí nghiệm như sau .
P : Cải bắp (2n = 18) x Cải củ (2n = 18)
G n = 9 n = 9
F1 Cây lai (2n = 18) bất thụ
F1 à gây tứ bội hóa (4n = 36 ) hữu thụ (Song nhị bội)
3.Ứng dụng của phương pháp lai xa :
- Lai xa kèm theo đa bội hóa đã tạo ra được những giống vật nuôi, cây trồng có những đặc tính tốt ...
VI.Lai Tế Bào :
- Người ta tiến hành dung hợp 2 tế bào sinh dưỡng của hai loài à tế bào lai chứ bộ NST của 2 tế bào gốc
- Phương pháp làm tăng khả năng dung hợp :
+ Dùng virut xenđê đã làm giảm hoạt tính
+ Dùng keo sinh học pôlietylen glycol
+ Dùn xung điện cao áp
- Triển vọng :
+ Tạo ra những cơ thể lai có nguồn gốc khác xa nhau mà bằng phương pháp hữu tính không thể thực hiện được
+ Tiến hành lai giữa tế bào thực vật với tế bào động vật
Nguồn: sưu tầm*
Xem thêm
Biểu đồ tiến hóa của nhân lọai sẽ như thế nào?
Sửa lần cuối bởi điều hành viên:
