di truyen hoc 1

LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU "di truyen hoc 1": http://123doc.vn/document/554181-di-truyen-hoc-1.htm

7


3. Các đặc tính của mã di truyền 191
4. Những ngoại lệ so với mã di truyền "phổ biến" 192
5. Sự linh hoạt trong việc kết cặp anticodon-codon 193
IV. Cơ chế phiên mã (transcription) và sửa đổi sau phiên mã 194
1. Các RNA và đặc điểm chung của phiên mã 194
2. Các RNA polymerase của prokaryote và eukaryote 196
3. Các promoter ở các prokaryote và eukaryote 196
4. Các giai đoạn của quá trình phiên mã 197
5. Sự sửa đổi sau phiên mã đối với các mRNA eukaryote 198
V. Cấu trúc và chức năng của các loại RNA và ribosome
200
1. RNA thông tin (messenger RNA = mRNA) 200
2. RNA vận chuyển (transfer RNA = tRNA) 200
3. RNA ribosome (ribosomal RNA = rRNA) 201
4. Ribosome 201
VI. Cơ chế dịch mã (translation) 202
1. Hoạt hoá amino acid 202
2. Cơ chế của quá trình dịch mã (tổng hợp polypeptide) 202
Chương 7: Sự Điều hoà Biểu hiện của Gene
Trương Thị Bích Phượng
208
I. Các nguyên lý điều hoà và mức độ kiểm soát phiên mã 202
II. Điều hoà biểu hiện gene ở prokaryote 209
1. Cấu trúc của operon 210
2. Điều hoà dương tính operon lactose 212
3. Điều hoà âm tính operon tryptophan 213
4. Phiên mã dở (attenuation) 215
III. Điều hoà biểu hiện gene ở eukaryote 217
1. Sự biến đổi DNA 218
2. Các promoter 218
3. Những trình tự tăng cường phiên mã (enhancer) 219
4. Trình tự bất hoạt gene (gene silencing) 220
5. Promoter chọn lọc (alternative promoter) 220
6. Splicing chọn lọc 220

8


Chương 8: Đột biến Gene, Tái tổ hợp và các Yếu tố
Di truyền Vận động
Trương Thị Bích Phượng
223
I. Đột biến gene 223
1. Các kiểu đột biến gene 223
2. Các tác nhân gây đột biến gene 228
3. Cơ chế phân tử của các đột biến gene 228
II. Sửa chữa và bảo vệ DNA 232
III. Các yếu tố di truyền vận động (transposable genetic elements) 237
1. Các yếu tố di truyền vận động ở prokaryote 237
2. Các yếu tố di truyền vận động ở eukaryote 239
Chương 9: Sự Di truyền Tế bào chất
Trương Thị Bích Phượng
245
I. Sự di truyền tế bào chất

245
1. Sự di truyền của các gene lạp thể 245
2. Sự di truyền của các gene ty thể 246
3. Hiệu quả dòng mẹ lên chiều xoắn vỏ ốc 249
II. Lập bản đồ ở ty thể và lạp thể 251
1. Lập bản đồ gene của DNA lạp thể 251
2. Lập bản đồ gene của DNA ty thể 253
III. Di truyền học phân tử các bào quan 254
1. Các bộ gene lạp thể (cpDNA) 254
2. Các bộ gene ty thể (mtDNA) 255
Chương 10: Đại cương về Công nghệ
DNA Tái tổ hợp

Hoàng Trọng Phán
258
I. Các công cụ chính của kỹ thuật tạo dòng DNA tái tổ hợp 258
1. Các enzyme giới hạn 258
2. Các vector thông dụng trong kỹ thuật di truyền 260
3. Thiết lập phân tử DNA tái tổ hợp in vitro 261
II. Tạo dòng gene hay DNA tái tổ hợp 263
1. Nguyên tắc chung 263
2. Quy trình tạo dòng gene tái tổ hợp 264
3. Tổng hợp và tạo dòng cDNA 267

9


III. Các phương pháp biểu hiện các gene được tạo dòng 267
IV. Ứng dụng của công nghệ DNA tái tổ hợp 269
1. Công nghệ DNA tái tổ hợp với việc nghiên cứu bộ gene 269
2. Công nghệ DNA tái tổ hợp với y-dược học 271
3. Kỹ thuật di truyền với các sinh vật biến đổi gene 274
Chương 11: Di truyền học Người
Trần Quốc Dung
278
I. Các phương pháp nghiên cứu di truyền học người 278
1. Phương pháp phân tích phả hệ (genealogy analysis) 278
2. Phương pháp nghiên cứu trẻ sinh đôi 279
3. Phương pháp di truyền tế bào học người 279
4. Phương pháp nghiên cứu quần thể 279
5. Các kỹ thuật sinh học phân tử 280
II. Các phương pháp lập bản đồ di truyền người 280
1. Phân tích liên kết (linkage analysis) 280
2. Các phương pháp lập bản đồ vật lý (physical mapping) 280
III. Nhiễm sắc thể Y và chất nhiễm sắc giới tính của người 283
1. Nhiễm sắc thể Y của người 283
2. Chất nhiễm sắc thể giới tính của người 284
IV. Sự di truyền các gene trội-lặn trên nhiễm sắc thể thường và
nhiễm sắc thể giới tính 285
1. Sự di truyền các gene trội-lặn trên nhiễm sắc thể thường 285
2. Sự di truyền các gene trội-lặn trên nhiễm sắc thể giới tính 286
V. Di truyền y học 288
1. Các bệnh di truyền do rối loạn chuyển hoá và các bệnh nhiễm
sắc thể 288
2. Cơ sở di truyền ung thư 291
VI. Tư vấn di truyền y học 292
Chương 12: Di truyền học Quần thể
Hoàng Trọng Phán
296
I. Các khái niệm cơ bản của di truyền học quần thể 296
1. Quần thể (population) 296
2. Các hệ thống giao phối 296

10


3. Vốn gene (gene pool) 297
4. Tần số kiểu gene và tần số allele 297
II. Nguyên lý Hardy-Weinberg và trạng thái cân bằng của quần thể 299
1. Nguyên lý Hardy-Weinberg 299
2. Những ứng dụng của nguyên lý Hardy-Weinberg 302
III. Mở rộng nguyên lý Hardy-Weinberg 305
1. Đa allele (multiple alleles) 305
2. Tần số allele sai biệt giữa hai giới tính 308
3. Các gene liên kết trên X 309
IV. Nội phối (inbreeding) 310
1. Tự thụ tinh (self-fertilization) 311
2. Hệ số nội phối (inbreeding coefficient) 312
3. Tính toán hệ số nội phối 313
V. Các nhân tố tác động lên thành phần di truyền quần thể
315
1. Đột biến 315
2. Biến động di truyền ngẫu nhiên 316
3. Dòng gene hay sự di nhập cư 316
4. Chọn lọc tự nhiên 318


11



Lời nói đầu


Đến nay, di truyền học ra đời chỉ mới hơn một trăm năm song nó đã
phát triển với một tốc độ hết sức nhanh chóng. Đặc biệt là, trong vòng 50
năm lại đây kể từ ngày James Watson và Francis Crick khám phá ra cấu
trúc phân tử DNA, 25/4/1953. Sự hoàn thành việc giải mã di truyền bởi
hai nhóm nghiên cứu của Marshall Nirenberg và Har Gobind Khorana
vào tháng 6 năm 1966 và sự ra đời của Kỹ thuật Di truyền và Công nghệ
DNA tái tổ hợp vào giữa thập niên 1970 là hai sự kiện nổi bật nhất kể từ
sau khi sinh học phân tử ra đời. Kế đó, sự hoàn tất của Dự án Bộ gene
Người vào tháng 4 năm 2003 được xem là một trong những kỳ công thám
hiểm vĩ đại nhất của loài người. Lần đầu tiên con người có thể đọc được
một cách đầy đủ toàn bộ trình tự 3.164.700.000 cặp base trong bộ gene
của mình. Tất cả những sự kiện nổi bật này minh chứng một điều rằng: Sự
phát triển cùng với những thành tựu đạt được của di truyền học trong thời
gian qua quả là vô cùng to lớn!
Để góp phần đổi mới nội dung giáo trình Di truyền học theo hướng
cập nhật kiến thức cũng như phương pháp dạy và học bộ môn ở bậc Đại
học, chúng tôi đã tham cứu nhiều tài liệu khác nhau và nỗ lực biên soạn
giáo trình trên tinh thần ấy. Chúng tôi hy vọng rằng giáo trình này sẽ đáp
ứng được phần nào nhu cầu giảng dạy và học tập của giảng viên và sinh
viên, và cũng có thể sử dụng như một tài liệu tham khảo bổ ích cho giáo
viên Sinh học các trường THPT trong bối cảnh đổi mới giáo dục hiện nay.
Nội dung giáo trình gồm phần Mở đầu cộng với 12 chương bao quát
các kiến thức đại cương của một giáo trình Di truyền học. Các chương 1-
4 đề cập chủ yếu nội dung thuộc Di truyền học cổ điển, các chương 5-10
tập trung vào phần Di truyền học phân tử và chương 12 được xem là phần
nhập môn của Di truyền học quần thể, còn chương 11 là sự kết hợp giữa
các kiến thức di truyền cổ điển và hiện đại trên đối tượng là con người.
Cuối mỗi chương đều có các phần Câu hỏi và Bài tập và Tài liệu Tham
khảo để bạn đọc tiện ôn tập và tra cứu.
Giáo trình Di truyền học được ra đời trong khuôn khổ của Dự án Giáo
dục thuộc Đại học Huế, vì vậy một số kiến thức nâng cao sẽ được đề cập
trong một giáo trình riêng, như: Di truyền Vi sinh vật và Ứng dụng,và
Công nghệ DNA Tái tổ hợp. Bên cạnh đó, một số thuật ngữ khoa học
được thống nhất sử dụng bằng tiếng Anh để giúp người học dễ dàng hơn
trong việc tiếp cận với thông tin qua sách báo nước ngoài hoặc internet.

12


Giáo trình này do ThS. Hoàng Trọng Phán (chủ biên), TS. Trương Thị
Bích Phượng và TS. Trần Quốc Dung là những giảng viên đang công tác
tại Khoa Sinh học các trường Đại học Sư phạm và Đại học Khoa học
thuộc Đại học Huế biên soạn, với sự phân công như sau:
ThS. Hoàng Trọng Phán biên soạn phần Mở đầu và các chương 1, 2,
3, 4, 5, 6, 10 và 12;
TS. Trương Thị Bích Phượng biên soạn các chương 7, 8 và 9; và
TS. Trần Quốc Dung biên soạn chương 11.
Để giáo trình này kịp thời ra mắt bạn đọc, chúng tôi xin trân trọng
cảm ơn Dự án Giáo dục Đại học Huế đã tài trợ cho việc biên soạn và xuất
bản giáo trình trong khuôn khổ của Dự án Giáo dục Đại học mức B.
Chúng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đặc biệt đến GS. TS. Phan Cự Nhân,
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đã dày công đọc bản thảo và cho nhiều
ý kiến quý báu cũng như đã khích lệ chúng tôi rất nhiều kể từ khi đề cương
giáo trình bắt đầu được hình thành.
Do khả năng còn hạn chế, chắc chắn giáo trình còn nhiều thiếu sót.
Chúng tôi rất mong nhận được sự phê bình và chỉ bảo của các đồng
nghiệp và bạn đọc để giáo trình được hoàn chỉnh hơn trong lần in sau.

Huế, ngày 25 tháng 6 năm 2005
Các tác giả


13
Mở đầu
I. Khái niệm di truyền học
Theo quan niệm của Bateson (1906), di truyền học (genetics) là khoa
học nghiên cứu các đặc tính di truyền và biến dị vốn có của mọi sinh vật
cùng với các nguyên tắc và phương pháp điều khiển các đặc tính đó. Ở
đây, tính di truyền (heredity) được biểu hiện ở sự giống nhau giữa con cái
với cha mẹ; và tính biến dị (variability) biểu hiện ở sự sai khác giữa cha
mẹ và con cái cũng như giữa các con cái với nhau.
Cần lưu ý rằng, gene là khái niệm căn bản của di truyền học cho nên
nội dung của khái niệm gene không ngừng được phát triển cùng với sự
phát triển của di truyền học.
II. Lược sử phát triển của di truyền học
Sự ra đời và phát triển của di truyền học gắn liền với công trình
nghiên cứu của Gregor Mendel năm 1865. Tuy nhiên, trước thời Mendel
đặc biệt là từ thế kỷ XVII có một số sự kiện quan trọng sau đây: (1) Sự ra
đời của kính hiển vi sơ khai bởi A.van Leuvenhook (1632-1723); và (2)
Sinh học bắt đầu phát triển mạnh vào thế kỷ XIX với sự ra đời thuyết tế
bào của M.Schleiden và T.Schwann (1838,1839) và các thuyết tiến hóa
của J.B.Lamarck (1809) và đặc biệt là của R.C.Darwin (1859). Nhìn
chung, quan niệm phổ biến thời bấy giờ vẫn là sự di truyền các tính trạng
tập nhiễm (inheritance of acquired characters) do Lamarck đề xuất và sự
di truyền hòa hợp (blending inheritance), nghĩa là sự pha lẫn "tinh cha
huyết mẹ" ở con cái.
1. Sự ra đời và phát triển của di truyền Mendel
Từ đậu Hà Lan (Pisum sativum), với ý tưởng và
phương pháp nghiên cứu độc đáo, năm 1865 Gregor
Mendel (Hình 1) đã phát hiện ra các quy luật di truyền
cơ sở đầu tiên và qua đó suy ra sự tồn tại tất yếu của các
đơn vị đi truyền đặc thù - nhân tố di truyền (genetic
factor) - quy định các tính trạng được truyền từ thế hệ
này sang thế hệ khác mà sau này gọi là gene. Tuy nhiên,
giới khoa học đương thời không hiểu và do đó không
thể đánh giá tầm vóc vĩ đại của phát minh này.
Hình 1 G. Mendel
Mãi đến năm 1900, ba nhà thực vật học là Carl
Correns (Germany), Hugo de Vries (Netherlands) và Erich von Tschermak
(Austria) độc lập nhau khám phá lại các quy luật di truyền của Mendel. Và
di truyền học chính thức ra đời từ đây mà người sáng lập là Mendel.


14
Trong những năm đầu thế kỷ XX, nhờ ứng dụng di truyền Mendel,
các nhà chọn giống đã phát hiện thêm các hiện tượng như: trội không hoàn
toàn, đồng trội, gene gây chết, đa allele, các kiểu tương tác gene Ở giai
đoạn này, ngoài thuyết đột biến của H.de Vries năm 1901, còn có hai sự
kiện liên quan đến sự ra đời của thuyết di truyền nhiễm sắc thể và di
truyền học quần thể sau này, đó là sự khởi xướng "thuyết nhiễm sắc thể"
bởi Walter Sutton và Theodor Bovary năm 1902 và việc thiết lập quy luật
Hardy-Weinberg năm 1908.
Một số thuật ngữ thông dụng cũng được đề xuất trong giai đọan này,
như: di truyền học (genetics) bởi W.Bateson năm 1906, gene, kiểu gene
(genotype) và kiểu hình (phenotype) bởi W.Johannsen năm 1909.
2. Sự ra đời và phát triển của thuyết di truyền nhiễm sắc thể
Từ 1910, Thomas Hunt Morgan (Hình 2) cùng với
ba cộng sự là Alfred H.Sturtevant, Calvin Bridges và
Herman J. Muller đã xây dựng thành công thuyết di
truyền nhiễm sắc thể (chromosome theory of inheritance)
dựa trên đối tượng nghiên cứu là ruồi giấm Drosophila
melanogaster. Học thuyết này xác nhận rằng gene là đơn
vị cơ sở của tính di truyền nằm trên nhiễm sắc thể (ở
trong nhân); trên đó các gene sắp xếp theo đường thẳng
Hình 2 T.H.Morgan
kết. Những đóng góp đáng kể của các môn đệ xuất
iet
i
ển của di truyền học phân tử
genetics) gắn liền với
tạo thành nhóm liên
sắc của Morgan đó là: xây dựng bản đồ di truyền (Sturtevant 1913), chỉ ra
cơ chế xác định các kiểu hình giới tính ở ruồi giấm (Bridges 1916) và phát
triển phương pháp gây đột biến bằng tia X (Muller 1927). Với đóng góp to
lớn đó Morgan đã được trao giải Nobel năm 1933 và Muller năm 1946.
Năm 1931, Barbara McClintock (Hình 3) và Harr
Creighton thu được bằng chứng vật lý trực tiếp về tái tổ
hợp ở ngô. Sau đó, hiện tượng này cũng được C. Stern
quan sát ở Drosophila. Như vậy tái tổ hợp có thể được
phát hiện cả về mặt vật lý lẫn di truyền ở động vật cũng
như ở thực vật. Đến 1944, McClintock phát hiện các yếu
tố di truyền vận động (transposable genetic elements), và
bà đã được trao giải Nobel năm 1983 về khám phá này.
ntock Hình 3 B.McCl
3. Sự ra đời và phát tri
Sự ra đời của di truyền học phân tử (molecular
các khám phá về DNA (deoxyribonucleic acid) từ giữa thế kỷ XX trên đối

15
tượng nghiên cứu chủ yếu là các vi sinh vật. Tuy nhiên, trước đó Friedrich
Miescher (1869) đã khám phá ra một hỗn hợp trong nhân tế bào gọi là
nuclein mà thành phần chính của nó sau này được biết là DNA.






Về mối q rod qua uan hệ giữa gene và protein, từ 1902 Archibald Gar

Hình 4 adle, Tatum à M (từ trái sang) Be , Jacob v onod
nghiên cứu bệnh alcaptonuria ở người đã gợi ý rằng đây là một tính trạng
lặn Mendel, có thể liên quan tới sự sai hỏng một enzyme. Bằng các thí
nghiệm gây đột biến các gene liên quan đến các con đường sinh hóa trên
nấm mốc Neurospora, năm 1941 George Beadle và E.L.Tatum (Hình 4)
xác nhận mỗi gene kiểm soát sự tổng hợp một enzyme đặc thù. Chính giả
thuyết một gene-một enzyme (one gene-one enzyme hypothesis) nổi tiếng
này đã mở đường cho sự ra đời của di truyền hóa-sinh, và hai ông đã được
trao giải Nobel cùng với Joshua Lederberg năm 1958. Về sau, giả thuyết
này được chính xác hóa là một gene xác định chỉ một chuỗi polypeptid -
cấu trúc sơ cấp của các protein, trong đó có các enzyme.

Vậy bản chất của gene là gì? Năm 1944, Oswald
Avery (Hình 5) và các cộng sự là MacLeod và
McCarty bằng thí nghiệm biến nạp in vitro đã chứng
minh rằng DNA là vật chất mang thông tin di truyền.
Năm 1949, Erwin Chargaff công bố các kết quả đầu
tiên về thành phần hóa học của DNA một số loài.
Hình 5 O.T. Avery

Hình 6 R.Franklin (trái) và M.Wi

lkins
Việc nghiên cứu cấu trúc phân tử
DNA được bắt đầu từ 1951 với các
dẫn liệu nhiễu xạ tia X của Rosalind
Franklin và Maurice Wilkins (Hình
6). Các số liệu hóa học và vật lý này
là cơ sở mà từ đó James Watson và
Francis Crick (Hình 7) đã xây dựng
thành công mô hình cấu trúc phân tử
DNA năm 1953, còn gọi là chuỗi

16







Hình 7 J.D.Watson (trái) và F.H.C.Crick
ỏn vẹn có 128 dòng nhưng đàng
t công trình

Hình 8 H.G.Khorana (trái) và M.N
ăm 1966 bởi hai nhóm nghiên
hát triển của công nghệ DNA tái tổ hợp
ợp (recombinant





xoắn kép (double helix). Phát minh vĩ
cho
đại này mở ra kỷ nguyên mới cho sự
phát triển của di truyền học và sinh
học nói chung. Với phát minh đó,
Watson và Crick cùng với Wilkins
được trao giải Nobel năm 1962 .
Bài báo nhan đề "Một cấu trúc
Deoxyribose Nucleic Acid" của
Watson và Crick đăng trên tạp chí
Nature ngày 25/4/1953 được đánh giá
là một bài báo không bình thường. Chỉ v
sau bài báo là cả một bước tiến lịch sử vĩ đại của di truyền học mà mỗi
dòng là một câu chuyện. Thật vậy, sau cấu trúc chuỗi xoắn kép là hàng
loạt các khám phá mới. Năm 1958 Matthew Meselson và Franklin Stahl
chứng minh sự tái bản bán bảo toàn của DNA; và năm 1961
Seymour Benzer hoàn tấ
nghiên cứu cấu trúc tinh vi của gene;
Francois Jacob và Jacques Monod
(Hình 4) tìm ra cơ chế điều hòa sinh
tổng hợp protein (giải Nobel 1965 với
Andre Lwoff); S.Brenner, Jacob và
Meselson khám phá ra RNA thông tin;
S.Brenner và F.Crick chứng minh mã
ditruyền là mã bộ ba; công trình giải mã
irenberg
di truyền này được hoàn thành vào tháng 6 n
cứu của Marshall Nirenberg và Har Gobind Khorana (giải Nobel năm
1968; Hình 8).
4. Sự ra đời và p
Có thể nói, nền tảng của công nghệ DNA tái tổ h
DNA technology) được thành lập từ 1972 khi Paul Berg (Hình 10) tạo ra
phân tử DNA tái tổ hợp đầu tiên trong ống nghiệm (recombinant DNA in
vitro). Một năm sau Herbert Boyer và Stanley Cohen (Hình 10) lần đầu
tiên sử dụng plasmid để tạo dòng DNA. Lĩnh vực ứng dụng mới này của
sinh học phân tử đã tạo ra một cuộc cách mạng mới trong sinh học. Đóng
góp đáng kể trong lĩnh vực này là khám phá về các enzyme giới hạn
(restriction enzyme) từ 1961-1969 của Werner Arber, Daniel Nathans và