Hoán vị gen là một phát hiện quan trọng trong ngành tế bào học. Và khi học Hóa, chúng ta cũng thường xuyên bắt gặp cụm từ hoán vị gen. Vậy chính xác hoán vị gen là gì? Có các đặc điểm ra sao? Để giải đáp thắc mắc này cho các bạn, hãy cùng DINHNGHIA.com.vn tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!
Nội dung bài viết
Hoán vị gen là gì?
Thí nghiệm của Moocgan
Moocgan đã thí nghiệm trên ruồi giấm:
- Alen B (trội) quy định thân màu xám, còn alen b (lặn) quy định thân đen.
- Alen V (trội) quy định cánh dài, còn alen v (lặn) quy định cánh cụt.
Trong phép lai thuận, khi lai tạo ra ruồi đực dị hợp thân xám, cánh dài (BV//bv), lai phân tích với ruồi cái thân đen, cánh cụt (bv//bv) thì được đời con chỉ có 2 kiểu hình:
- P: ♂ BV//bv × ♀ bv//bv → F1: xám, dài + đen, cụt.
Còn trong phép lai nghịch, thì kết quả xuất hiện hai kiểu hình “lạ” là ruồi con mình xám, cánh cụt và ruồi con mình đen, cánh dài:
- P: ♀ BV//bv × ♂ bv//bv → F1: xám, dài + đen, cụt + xám, cụt + đen, dài.
Moocgan gọi kiểu hình mới xuất hiện này là kiểu hình tái tổ hợp (recombination). Từ kết quả lai phân tích, Moocgan đã có kết luận:
- Ruồi (đực) thân đen, cánh cụt (bv/bv) giảm phân tạo 1 loại phân tử pv.
- Ruồi (cái) F1(bv/bv) giảm phân tạo 4 loại giao tử với tỉ lệ không bằng nhau: BV = bv – 41%; Bv = bV = 9%.
Đây là sự tổ hợp lại các tính trạng của bố mẹ.
Định nghĩa và cơ sở tế bào học của hoán vị gen
Định nghĩa
Hoán vị gen là hiện tượng đổi chỗ cho nhau của các gen tương ứng cùng nằm trên một cặp nhiễm sắc thể đồng dạng nhưng liên kết không hoàn toàn trong quá trình phân bào, xảy ra ở thời kì đầu của giai đoạn giảm phân lần thứ nhất.
Đặc điểm hoán vị gen
Tỉ lệ phần trăm số cá thể có tái tổ hợp gen sẽ giúp xác định được tần số hoán vị gen (f). Cụ thể, f bằng tổng tỉ lệ các giao tử mang gen hoán vị. Ngoài ra, f giữa 2 locus gen nào đó luôn lớn hơn hoặc bằng 50%.
Sau khi hoán vị gen kết thúc, số giao tử và sự biến dị tổ hợp sẽ tăng lên, điều này dễ gây nhầm lẫn với hiện tượng chuyển đoạn nhiễm sắc thể, cần phải phân biệt rõ.
Cơ sở tế bào học
Kỳ đầu giảm phân 1 là nơi xảy ra hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo giữa 2 cromatit. Tuy nhiên, 2 cromatit này phải không có quan hệ với nhau trong cặp NST (nhiễm sắc thể) tương đồng của một số tế bào. Từ đó, các gen đổi chỗ cho nhau và một tổ hợp gen mới sẽ xuất hiện với 2 nhóm giao tử:
- Giao tử liên kết
- Giao tử hoán vị
Cơ sở tế bào học của hoán vị gen thường bị nhầm lẫn với cơ sở tế bào học của tái tổ hợp gen. Tái tổ hợp gen là sự trao đổi chéo giữa những đoạn tương ứng của cặp nhiễm sắc thể tương đồng. Từ đó dẫn đến sự hoán vị các gen alen và tạo ra sự tổ hợp lại các gen không alen.
Tần số hoán vị gen
Định nghĩa
Tần số hoán vị được định nghĩa là tỉ lệ phần trăm (%) số cá thể có thể tái tổ hợp lại với nhau. Hay có thể hiểu là phần trăm (%) các giao tử mang gen có thể hoán vị.
Nó là thước đo xác định khoảng cách tương đối giữa các gen nằm trên cùng 1 NST, dao động từ 0% – 50%. Vì hiện tượng trao đổi chéo để gây ra hiện tượng hoán vị gen sẽ chỉ xảy ra giữa 2 cromatit trên tổng số tất cả 4 cromatit.
Tần số hoán vỉ tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa các gen, khoảng cách càng lớn thì lực liên kết sẽ càng nhỏ, vậy nên tần số hoán vị cũng sẽ cao hơn. Với 2 gen càng gần nhau thì tần số sẽ càng nhỏ.
Cách xác định tần số hoán vị gen
Để xác định tần số hoán vị gen, người ta thường dùng phép lai phân tích. Công thức: SCTTTH × 100TSCTDC. Trong đó:
- SCTTTH là số cá thể tái tổ hợp.
- TSCTDC là tổng số cá thể đời con.
Ý nghĩa của hoán vị gen
Kết quả của hoán vị gen giúp tăng tính đa dạng ở các loài giao phối. Bởi nó làm tăng số giao tử và sự biến dị tổ hợp, trao đổi chéo tạo nên nguồn biến dị di truyền cho quá trình tiến hóa.
Bên cạnh đó, hoán vị gen còn giúp hỗ trợ rất lớn trong quá trình tiến hóa và chọn giống. Nhờ việc tổ hợp các gen quý trên các nhiễm sắc thể tương đồng, tạo thành các nhóm gen liên kết mới.
Các nhà khoa học cũng dựa vào hoán vị gen mà thiết lập được khoảng cách tương đối giữa các gen trong nhiễm sắc thể, thiết lập bản đồ gen và dự đoán được khoảng cách tương đối giữa các gen trên nhiễm sắc thể. Từ đó rút ngắn thời gian chọn đôi giao phối.
Bản đồ di truyền
Bản đồ di truyền (còn được gọi là bản đồ gen) được xây dựng trên tần số hoán vị gen. Nó nói lên trình tự sắp xếp và vị trí tương đối của các gen, khoảng cách của các gen được đo bằng tần số hoán vị gen, đơn vị đo là centiMoocgan.
Mối quan hệ giữa hoán vị gen và liên kết gen
Cơ sở bản đầu của hoán vị gen là liên kết không hoàn toàn các gen trên cùng 1 NST. Do khoảng cách xa > tăng khả năng xảy ra hoán vị > hoán vị và liên kết gen có sự phụ thuộc lẫn nhau. Tuy nhiên, hoán vị gen không đơn thuần chỉ phụ thuộc vào khoảng cách các gen trên 1 NST.
Kể cả xảy ra hoán vị nhưng các gen vẫn có xu hướng chủ yếu là hiện tượng liên kết và di truyền cùng nhau. Tại thời kỳ đầu giảm phân 1, các gen tái xuất hiện trở lại hiện tượng liên kết gen do xu hướng của các gen trên cùng 1 NST là hiện tượng liên kết.
Một số dạng bài tập về hoán vị gen
Xác định quy luật hoán vị gen
Bài tập: Cây X có quả to, màu vàng giao phấn với cây có quả nhỏ màu xanh, thu được F1 có 100% cây cho quả to, màu xanh. Ta cho F1 giao phấn với một cây khác, thu được F2 có tỉ lệ: 25% cây có quả to, màu vàng; 50% cây có quả to, màu xanh; 25% cây có quả nhỏ, màu xanh. Cho biết mỗi cặp tính trạng do một cặp gen quy định. Hãy xác định quy luật và dẫn ra kiểu gen của F1 và cây lai với F1.
Cách giải:
Xác định quy luật di truyền của từng tính trạng và quy luật di truyền về mối quan hệ giữa các tính trạng => Xác định quy luật di truyền chi phối phép lai.
So sánh tích tỉ lệ của hai cặp tính trạng đó với tỉ lệ phân li kiểu hình của phép lai => Xác định được hai cặp tính trạng di truyền phân li độc lập hay liên kết với nhau.
Ta có: Mỗi cặp tính trạng do một cặp gen quy định và F1 đồng loạt quả to, màu xanh chứng tỏ quả to trội so với quả nhỏ, quả màu xanh trội so với quả màu vàng:
- Quy ước gen: A quy định quả to; a quy định quả nhỏ. B quy định quả màu xanh; b quy định quả màu vàng.
- Tỉ lệ giữa quả to và quả nhỏ của F2: (25%+50%):25% = 3/1
- Tương tự, tỉ lệ giữa quả màu xanh : quả màu vàng = 3/1
- Tích tỉ lệ của hai cặp tính trạng này là (3/1).(3/1) = 9: 3: 3: 1
Từ tỉ lệ kiểu hình của phép lai => Có hiện tượng liên kết gen.
- Ở F1, không xuất hiện kiểu hình quả nhỏ, màu vàng => Kiếu gen ab/ab = 0
- F1 có kiểu gen Ab/aB
=> Cây lai với F1 có kiểu gen: Ab/aB hoặc AB/ab
Xác định tần số hoán vị và tỉ lệ giao tử
Bài tập 1: Cho 1 tế bào mang kiểu gen BV//bv giảm phân tạo giao tử . Hỏi quá trình giảm phân sẽ sinh ra bao nhiêu loại giao tử khi không có đột biến trong trường hợp các gen liên kết hoàn toàn.
Cách giải:
Ta có: Các gen liên kết hoàn toàn, một tế bào giảm phân cho chỉ cho 2 loại giao tử.
Vậy tế bào có kiểu gen BV//bv giảm phân cho 4 tinh trùng với 2 loại là 2BV và 2 bv.
Bài tập 2: Cho loài thực vật có bộ NST 2n = 14. Hỏi loài sinh vật này sẽ tạo ra tối đa bao nhiêu loại giao tử tại kì đầu của giảm phân 1 có sự tiếp hợp và trao đổi chéo tại một điểm ở 2 cặp NST, các cặp NST khác không có hoán vị gen biết điều kiện không phát sinh đột biến NST.
Cách giải:
Ta có: 2n = 14 => có 7 cặp NST.
Cặp NST có trao đổi chéo tại 1 điểm thì sẽ tạo ra 4 loại giao tử.
=> Có 2 cặp NST xảy ra trao đổi chéo tại một điểm thì sẽ tạo ra 42 loại giao tử.
Cặp NST không có trao đổi chéo thì chỉ tạo ra 2 loại giao tử.
=> Có 5 cặp NST không xảy ra trao đổi chéo thì sẽ tạo ra 25 loại giao tử.
Vậy: Tối đa có số loại giao tử là 25.42 = 29 loại giao tử.
Xác định kết quả lai khi biết gen trội lặn, kiểu gen P và tần số hoán vị
Bài tập: Xét phép lai: AB/ab x Ab/aB, thu được F1 khi không xảy ra đôt biến nhưng xảy ra hoán vi giữa hai gen A và B với tần số 20%, mỗi gen quy định một tính trạng và trội hoàn toàn.
a. Đời F1 có bao nhiêu loại kiểu gen, bao nhiêu loại kiểu hình?
b. Tỉ lệ của các kiểu hình ở đời F1.
Cách giải:
a. Ta có: Hoán vị gen thì đời con có 10 loại kiểu gen, 4 loại kiểu hình.
- Xét hai cặp gen này giống như đang phân li độc lập: AB/ab x Ab/aB xấp xỉ bằng (AaxAa)(BbxBb).
- Ở hai cặp gen (AaxAa)(BbxBb) có số loại kiểu gen là 3.3 = 9; số loại kiểu hình là 2.2 = 4
(Trường hợp liên kết gen thì số loại kiểu gen bằng trường hợp phân li độc lập cộng thêm 1).
b. Tần số hoán vị 20% cho nên giao tử hoán vị có tỉ lệ = 0,1. Giao tử liên kết có tỉ lệ = 0,5 – 0,1 = 0,4. Ta có:
- Kiểu hình lặn: ab/ab có tỉ lệ = 0,4ab x 0,1ab = 0,04
- Kiểu hình có 1 tính trạng trội A – bb = aaB- = 0,25 – 0,04 = 0,21
- Kiểu hình có 2 tính trạng trội A – B- = 0,5 + 0,04 = 0,54
Xem thêm:
- Biến dị tổ hợp là gì? Đặc điểm, Vai trò và Ứng dụng của biến dị tổ hợp
- Di truyền liên kết không hoàn toàn là gì? Giải thích về thí nghiệm của Moocgan
- Đột biến gen là gì? Các dạng đột biến gen và Nguyên nhân gây đột biến gen
Qua bài viết vừa rồi, DINHNGHIA.com.vn đã cung cấp cho các bạn những thông tin liên quan đến khái niệm hoán vị gen là gì. Bên cạnh đó, bài viết cũng đã gửi đến những bài tập có liên quan đến khái niệm hoán vị gen này. Hãy theo dõi DINHNGHIA.com.vn để biết thêm nhiều thông tin bổ ích khác nhé!