Ứng Dụng Di Truyền Học (tóm Tắt Lí Thuyết) - Ôn Thi Trắc Nghiệm THPT ...

CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC

A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

I. CHỌN GIỐNG VẬT NUÔI, CÂY TRỒNG DỰA TRÊN NGUỒN BIẾN DỊ TỔ HỢP

1. Tạo giống thuần dựa trên nguồn biến dị tổ hợp

1.1. Cơ sở: Các gen nằm trên các NST khác nhau sẽ phân li độc lập với nhau, nên các tổ hợp gen mới luôn được hình thành trong sinh sản hữu tính.

1.2. Các khâu:

+ Tạo ra các dòng thuần chủng khác nhau. Lai giống để tạo các biến dị tổ hợp.

+ Chọn lọc ra những tổ hợp gen mong muốn.

+ Tự thụ phấn hoặc giao phối cận huyết để tạo ra các giống thuần thuần.

1.3. Ví dụ:

Các giống lúa lùn năng suất cao được tạo ra bằng cách lai các giống địa phương khác nhau.

Ví dụ: Giống lúa Peta (Indoanexia) x Giống lúa Dee-geo woo- gen (Đài Loan)

2. Tạo giống lai có ưu thế lại cao

2.1. Khái niệm ưu thế lai

Hiện tượng con lai có năng suất, sức chống chịu, khả năng sinh trưởng và phát triển cao vượt trội so với các dạng bố mẹ được gọi là ưu thế lai.

ƯTL biểu hiện rõ nhất ở lai khác dòng và thể hiện cao nhất ở F1.

Ví dụ: Lai giữa lợn Ỉ và lợn Đại Bạch cho thế hệ F1: 10 tháng tuổi nặng 100 kg, tỷ lệ nạc trên 40%.

2.2. Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai.

Giả thuyết siêu trội cho rằng ở trạng thái dị hợp tử về nhiều cặp gen khác nhau, con lai có kiều hình vượt trội về nhiều mặt so với bố mẹ thuần chủng do có sự tác động giữa hai alen khác nhau về chức phận trong cùng một locut tạo thành hiệu quả bổ trợ, mở rộng phạm vi biểu hiện kiều hình. (AaBbCc có kiểu hình vượt trội so với AABBCC, aabbcc, AAbbCC, AABBcc)

Ví dụ: Ở thuốc lá, aa: quy định khả năng chịu lạnh 10 °C

AA: quy định khả năng chịu nóng 35 °C.

Aa: quy định khả năng chịu nhiệt độ từ 10 °C → 35 °C.

- Ưu thế lai biểu hiện rõ nhất trong lai khác dòng vì : trong mỗi dòng thuần các gen đều ở trạng thái đồng hợp tử, nên ở F1 đại bộ phận các gen đều ở trạng thái dị hợp, khi đó các gen trội (phần lớn quy định các tính trạng tốt) được biểu hiện, vì vậy F1 có ưu thế lai cao, có độ đồng đều cao về phẩm chất và năng suất.

- Ưu thế lai thể hiện rõ nhất ở F1 và giảm dần qua các thế hệ vì tỉ lệ kiểu gen dị hợp trong quần thể cao nhất ở F1, các thế hệ sau tỉ lệ kiểu gen dị hợp giảm dần nên ưu thế lai cũng giảm dần.

2.3. Phương pháp tạo ưu thế lai

a. Lai khác dòng đơn:

Tự thụ phấn liên tục qua 5 - 7 thế hệ để tạo ra các dòng thuần. Lai 2 dòng thuần khác nhau sẽ được dạng ưu thế lai khác dòng A x B → C

b. Lai khác dòng kép.

Để tạo ra giống lai mới có đặc tính tốt của nhiều dòng thường dùng ghép lai khác dòng kép gồm nhiều dạng khởi đầu tham gia :

c. Lai thuận và lai nghịch

Ưu thế lai phụ thuộc vào cả đặc tính của tế bào chất. Vì vậy, phép lai thuận và lai nghịch cho hiệu quả ưu thế lai không giống nhau → lai thuận và lai nghịch để xác định xem hướng lai nào tạo ra cá thể lai có giá trị nhất.

II. TẠO GIỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN

1. Quy trình: gồm 3 bước

+ Xử lí mẫu vật bằng tác nhân đột biến

+ Chọn lọc các cá thể đột biến có kiểu hình mong muốn

+ Tạo dòng thuần chủng

Lưu ý: phương pháp này đặc biệt có hiệu quả đối với vi sinh vật

2. Một số thành tựu tạo giống ở Việt Nam

* Trong chọn giống vi sinh vật: Phương pháp gây đột biến và chọn lọc đóng vai trò chủ yếu. Xử lí các tác nhân lí, hoá đã thu được nhiều chủng vi sinh vật có các đặc tính quý.

Ví dụ: Xử lí bào tử của nấm Penicillium bằng tia phóng xạ rồi chọn lọc, người ta đã tạo được chủng Penicillium có hoạt tính penicilin tăng gấp 200 lần dạng ban đầu. Trên nấm men, vi khuẩn, người ta đã chọn tạo được các thể đột biến sinh trưởng mạnh để sản xuất sinh khối → chọn được những chủng vi sinh vật không gây bệnh, đóng vai trò một kháng nguyên, gây miễn dịch ổn định cho kí chủ chống loài vi sinh vật đó, trên nguyên tắc này đã tạo được những vacxin phòng bệnh cho người và gia súc.

* Trong chọn giống cây trồng

- Xử lí các tác nhân lí hoá thu được các giống lúa, đậu tương ...có nhiều đặc tính quý

- Sử dụng cônxisin tạo được cây dâu tằm tứ bội

- Táo gia lộc xử lí NMU → táo má hồng cho năng suất cao...

* Đối với vật nuôi: Phương pháp gây đột biến chỉ được sử dụng hạn chế ở một số nhóm động vật thấp, khó áp dụng cho các nhóm động vật bậc cao do chúng phản ứng rất nhạy và dễ bị chết khi xử lí bằng các tác nhân lí hóa.

III. TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO

1. Công nghệ tế bào thực vật: có bốn kĩ thuật nuôi cấy tế bào thực vật

2. Công nghệ tế bào động vật

Áp dụng công nghệ tế bào trong sản xuất vật nuôi chủ yếu là hình thức cấy truyền phối và nhân bản vô tính.

* Cấy truyền phôi: còn gọi là công nghệ tăng sinh sản ở động vật.

Sau khi phôi được lấy ra từ động vật và trước khi cấy phôi vào động vật cần trải qua các bước sau:

- Bằng kĩ thuật chia tách phôi động vật thành hai hay nhiều phôi rồi cấy các phôi này vào tử cung của các con vật khác nhau, có thể tạo ra được nhiều con vật có kiểu gen giống nhau.

- Phối hợp hai hay nhiều phôi thành một thể khảm.

- Làm biến đổi các thành phần trong tế bào của phôi khi mới phát triển theo hướng có lợi cho con người.

* Nhân bản vô tính: Điển hình cho kĩ thuật này là nhân bản thành công con cừu Đôli (Dolly).

- Các bước tiến hành:

+ Tách tế bào tuyến vú của cừu cho nhân, nuôi trong phòng thí nghiệm

+ Tách tế bào trứng của cừu khác, loại bỏ nhân của tế bào này

+ Chuyển nhân của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng đã bỏ nhân

+ Nuôi cấy trên môi trường nhân tạo để trứng phát triển thành phôi

+ Chuyển phôi vào tử cung của một cừu mẹ để nó mang thai

Cừu con sinh ra có kiểu hình giống hệt kiểu hình của cừu cho nhân tế bào.

Ý nghĩa:

+ Nhân nhanh giống vật nuôi quý hiếm hoặc tăng năng suất trong chăn nuôi.

+ Tạo ra các động vật mang gen người nhằm cung cấp cơ quan nội tạng để thay thế, ghép nội quan cho người bệnh.

IV. TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ GEN

1. Khái niệm công nghệ gen

Công nghệ gen hay kĩ thuật di truyền bao gồm các kĩ thuật thao tác trên vật liệu di truyền để điều chỉnh, sửa chữa, tạo ra gen mới, từ đó tạo ra cơ thể mới với những đặc điểm mới.

Hiện nay công nghệ gen được thực hiện phổ biến là tạo ra các phân tử ADN tái tổ hợp để chuyển gen.

2. Các khâu cơ bản trong kĩ thuật chuyển gen

a. Tạo ADN tái tổ hợp

- Tách chiết thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào (phân lập gen).

- Xử lí bằng một loại enzim giới hạn để tạo ra cùng 1 loại đầu dính.

- Dùng enzim nối để gắn chúng tạo ADN tái tổ hợp

b. Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận

Dùng muối $CaCl_{2}$ hoặc xung điện cao áp làm giãn màng sinh chất của tế bào để ADN tái tổ hợp dễ dàng đi qua

c. Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp

- Chọn thể truyền có các dấu chuẩn dễ nhận biết hoặc dùng gen "đánh dấu” hay gen “thông báo”.

- Bằng các kỹ thuật nhất định nhận biết được các tế bào có ADN tái tổ hợp dựa vào sản phẩm đánh dấu

- Khái niệm: là sinh vật mà hệ gen của nó làm biến đổi phù hợp với lợi ích của con người.

- Cách làm biến đổi hệ gen của sinh vật:

+ Đưa thêm một gen lạ vào hệ gen của sinh vật.

+ Loại bỏ hoặc làm bất hoạt một gen nào đó trong hệ gen.

Ví dụ: cà chua biến đổi gen - có gen làm chín quả bị bất hoạt, vì thế quả cà chua có thể vận chuyển đi xa hoặc bảo quản lâu, không bị thối.

3. Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen:

Tạo các chủng vi sinh vật biến đổi gen: nhằm phục vụ các mục đích khác nhau của con người.

Công nghệ gen đã tạo các chủng vi sinh vật mới có khả năng sản suất nhiều loại sản phẩm sinh học có giá trị như axit amin, prôtêin, vitamin, enzim, hoócmôn, kháng sinh trên quy mô công nghiệp với số lượng lớn và giá thành rẻ...; Công nghệ gen còn tạo các chủng vi sinh vật làm sạch môi trường như phân hủy rác thải, dầu loang...

Ví dụ:Tạo chủng vi khuẩn E.Coli sản suất hoócmôn insulin để chữa tiểu đường ở người.

Tạo chủng vi khuẩn E.Coli sản suất hooc môn somatostatin.

Chuyển gen tổng hợp kháng sinh của xạ khuẩn (sinh sản chậm) vào các chủng vi khuẩn (sinh sản nhanh) nhằm mục đích hạ giá thành thuốc kháng sinh.

Tạo chủng vi khuẩn chuyển gen có khả năng phân hủy nhanh rác thải

Tạo động vật chuyển gen: Công nghệ gen đã tạo ra những 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 thuốc chữa bệnh cho con người.

Ví dụ: Tạo giống cừu sản xuất prôtêin của người, tạo giống bò chuyển gen mà sữa có thể sản xuất prôtêin C chữa bệnh máu vón cục gây tắc mạch máu ở người.

Tạo giống cây trồng biến đổi gen: bằng kĩ thuật gen người ta đã đưa nhiều gen quy định các đặc tính quý như năng suất và hàm lượng dinh dưỡng cao, kháng sâu bệnh, kháng thuốc diệt cỏ dại và chịu được các điều kiện bất lợi, tăng thời hạn bảo quản, khó bị dập nát khi vận chuyển... vào cây trồng.

Ví dụ: Chuyển gen trừ sâu vào cây bông tạo giống cây bông kháng sâu hại.

Tạo giống lúa “gạo vàng", có khả năng tổng hợp $\beta$ - caroten (tiền chất tạo vitamin A) trong hạt