Bài giảng môn học Di truyền học

àn B : thân xám b : thân đen Vg : Cánh dài vg : cánh cụt Thí nghiệm : P : ruồi giấm mình xám cánh dài  ruồi giấm thân đen cánh cụt BVg  bvg BVg bvg G : BVg bvg F1 : BVg bvg (100% xám dài) Lai phân tích ruồi đực F1 : BVg  bvg bvg bvg đực xám dài cái đen cụt G : BVg bvg bvg FB : BVg bvg bvg bvg 50% xám dài : 50 % đen cụt 3. Hiện tượng di truyền liên kết không hoàn toàn Dùng ruồi giấm cái F1 của thí nghiệm trên lai phân tích: F1 : Thân xám, cánh dài  thân đen, cánh cụt BVg  bvg bvg bvg G : BVg bvg bVg Bvg bvg 41,5% 41,5% 8,5% 8,5% 100% FB : BVg bvg Bvg bVg bvg bvg bvg bvg 41,5% xám dài : 4,5% đen cụt : 8,5% xám cụt : 8,5% đen cụt. 4. Các nhóm liên kết (Genelinkage) - Các gen cùng nằm trên một NST, cùng di truyền với nhau đƣợc xếp vào một nhóm gọi là nhóm liên kết gen. - Số nhóm liên kết gen tối đa bằng số cặp NST. - Ví dụ: Ruồi giấm 2n = 8 , số nhóm liên kết gen tối đa = 4 Bắp : 2n =20 , có 10 nhóm liên kết gen III. Hiện tượng tái tổ hợp 1. Tái tổ hợp và trao đổi chéo -Tái tổ hợp: khi các gen liên kết không hoàn toàn, xuất hiện các dạng giao tử mới không giống cha mẹ do có sự sắp xếp lai các gen - Dạng tái tổ hợp: các dạng mới xuất hiện. - Tần số tái tổ hợp. % tái tổ hợp = Số cá thể tái tổ hợp / tổng số cá thể  100% - Hai alen trội cùng một phía trên NST gọi là vị trí cis(AB/ab), 2 alen trội nằm trên 2 NST gọi là vị trí trans (Ab/aB). Trao đổi chéo giữa các chromatid Sự tạo thành các dạng tái tổ hợp 3. Cở sở tế bào học của trao đổi chéo - Hai NST tƣơng đồng đƣợc phân biệt với nhau về hình thái này, mang các alen tƣơng ứng khác nhau về mặt di truyền của một số cặp gen. -Tái tổ hợp di truyền sẽ tạo ra các kiểu hình độc đáo kèm theo các thay đổi tế bào học dễ quan sát và dự đoán đƣợc. Thí nghiệm: + Stern đã dùng NST X ở một đầu mút có dính một đoạn NST Y. Các NST khác có độ dài tƣơng tự, với tâm động. + Hai cặp gen: carnation (car: lặn, mắt đỏ nhạt) - hoang dại (+, trội, mắt đỏ) Bar (B: trội, mắt hình thỏi) và hoang dại (+, mắt bình thƣờng). Trao đổi chéo ở nhiễm sắc thể số 9 của bắp được quan sát dựa trên "dấu chuẩn" Sự trao đổi các đoạn NST tạo các dạng tái tổ hợp 4. Trao đổi chéo ở trong giai đoạn 4 sợi - Nguyên tắc: trao đổi chéo có thể xảy ra cả khi NST chƣa tự nhân đôi - Thí nghiệm: Năm 1925, C. Bridge và I. Anderson đã chứng minh trao đổi chéo các cromatid ở ruồi giấm. + Sử dụng dòng ruồi có NST X mang thêm đoạn NST Y (X,XY) dị hợp về các gen của NST X: f (forked) - lông phân nhánh, g (garnet) - mắt đỏ rực. + Lai con cái này với con đực bình thƣờng thì chúng truyền trực tiếp 2 NST X cho thế hệ sau và chỉ một nửa thế hệ con của chúng sống sót, một phần cá thể con ở đời sau từ phép lai này là đồng hợp theo các gen của NST X. + Các thể đồng hợp này chỉ có thể xuất hiện do trao đổi chéo ở giai đoạn 4 sợi trong đoạn gen - tâm động. 5. Trao đổi chéo nhiều lần -Trao đổi chéo giữa 2 chromatid có thể xảy ra nhiều lần: 2, 3, 4 lần ... - Kiểu trao đổi chéo này có thể phát hiện đƣợc khi sử dụng thêm một gen đánh dấu thứ ba nằm giữa 2 gen này. -Nếu xác suất trao đổi chéo giữa A và C và giữa B và C tƣơng ứng với x và y, thì xác suất xảy ra trao đổi chéo đôi là: 0,2  0,1 = 0,02 (2%) 6. Nhiễu (Interference) và trùng hợp (Coincidence) - Hiện tƣợng nhiễu: sự trao đổi chéo ở một chỗ làm giảm xác suất trao đổi chéo thứ hai gần kề nó. - Hệ số trùng hợp. % trao đổi chéo đôi quan sát đƣợc Hệ số trùng hợp = % trao đổi chéo đôi theo lý thuyết Sự trùng hợp + nhiều = 100% = 1 IV. Xác định vị trí gen và bản đồ di truyền 1. Xác định vi trí gen -Số phần trăm tái tổ hợp đƣợc dùng làm số đo khoảng cách giữa 2 gen trên bản đồ di truyền. - Một đơn vị bản đồ đƣợc coi là đơn vị đo khoảng cách giữa 2 cặp gen khi trong 100 sản phẩm của giảm phân có một dạng tái tổ hợp. 1% tái tổ hợp = 1 đơn vị bản đồ (centiMorgan (cM)). 1 cM ~ 1000 kb hay 106 bp. - Muốn xác định vị trí của một gen bất kỳ phải tiến hành lai và qua 2 bƣớc: + Căn cứ tỷ lệ phân ly để xác định nhóm liên kết gen + Dựa vào tần số tái tổ hợp so với 2 gen khác để xếp vị trí trên NST. A B +Nếu: C nằm giữa AB: AC + CB = AB C nằm ngoài phía A: CB - CA = AB C nằm ngoài phía B: CA - CB = AB So sánh cụ thể tần sô tái tổ hợp giữa C-A, C-B, A-B xác định đƣợc vị trí của C. 3. Bản đồ di truyền của NST và bản đồ di truyền tế bào - Nhiều dạng đột biến thƣờng là đột biến NST gây nên những biến đổi hình thái quan sát rõ rệt trên NST khổng lồ. Điều này đƣợc sử dụng để lập bản đồ di truyền tế bào (cytogenetic map) mà không theo tần số tái tổ hợp do lai. - Sự đối chiếu giữa bản đồ di truyền NST và bản đồ di truyền tế bào cho thấy có sự giống nhau về trình tự sắp xếp gen theo đƣờng thẳng, tuy khoảng cách có khác nhau (do hiện tƣợng nhiễu). Điều này khẳng định thêm gen nằm trên NST. Bản đồ di truyền nhiễm sắc số 12 của cà chua Bản đồ di truyền nhiễm sắc số 10 của bắp Thể dị hợp mất đoạn nhiếm sắc thể của ruồi dấm được sử dụng để lập bản đồ di truyền Bản đồ di truyền của E.coli * Đặc điểm chính của học thuyết di truyền NST: - Các gen nằm trên NST sản xuất theo đƣờng thẳng tạo thành các nhóm liên kết có số lƣợng bằng số cặp NST - Các gen cùng nằm trên một NST có sự di truyền liên kết và mức liên kết phụ thuộc vào khoảng cách giữa các gen -Giữa các NST tƣơng đồng có thể xảy ra trao đổi chéo dẫn đến tái tổ hợp các gen. - Sự liên kết các gen và sự tái tổ hợp giữa chúng do trao đổi chéo là những hiện tƣợng sinh học trong đó biểu hiện sự thống nhất giữa tính biến dị và tính di truyền. V. NST người và bản đồ NST người 1. NST người - Sử dụng máu làm tiêu bản quan sát NST: -Cơ sở của phƣơng pháp: ngƣời ta trộn lẫn huyết thanh có lẫn bạch cầu vào môi trƣờng dinh dƣỡng với một tỷ lệ nhất định rồi cho thêm vào hỗn hợp đó chất phytohemaglutinin, sau đó cho vào lọ trung tính rồi nuôi cấy. - Trong quá trình nuôi cấy bạch cầu cũng có thể tiến hành quan sát sự chuyển hóa các loại tế bào bạch cầu. - Sự phân chia tế bào bạch cầu làm cơ sở cho nghiên cứu đặc điểm tế bào bạch cầu trong máu. - Trên cơ sở nghiên cứu tế bào máu bình thƣờng và bệnh lý, có thể phát hiện ra trạng thái bệnh lý của tế bào bạch cầu ở ngƣời và động vật. 2. Kỹ thuật lai tế bào soma -Vào năm 1967, Mc Weiss và H. Green sử dụng kỹ thuật lai tế bào soma (somatic cell hybridisation) đã lần đầu tiên xác định đƣợc gen TK mã hóa cho enzyme thymidin kinase nằm trên NST 17. - Các dòng tế bào soma của ngƣời và các động vật có vú, khi nuôi chung với sự hiện diện của virus Sendai có thể dung hợp hay lai với nhau. - Ví dụ, tế bào ngƣời dung hợp với tế bào chuột. - Sự xác định vị trí của một gen trên một NST nhất định đƣợc căn cứ vào sự tồn tại hay mất đi của gen đó khi đối chiếu với sự hiện diện hay văng mặt NST đó trong dòng tế bào. - Kỹ thuật này đã giúp vƣợt qua khó khăn khi thống kê theo phả hệ và nhờ nó mà gần trăm gen đƣợc xác định vị trí trên 23 nhóm liên kết gen. - Tạo dòng tế bào lai chuột - ngƣời: + Dòng tế bào chuột TK- đƣợc lai với tế bào ngƣời TK+. bào lai chuột-ngƣời. Mặc dù phần lớn NST ngƣời bị loại mất nhanh trong các dòng tế bào lai, nhƣng một số dòng còn một ít NST ngƣời. + Khi các dòng tế bào này đƣợc nuôi trên các môi trƣờng có chất aminopterin, các tế bào TK- sai hỏng hoạt tính thymidin kinase, không mọc đƣợc do mất khả năng chuyển hóa thymidine thành thymidylic acid cần cho tổng hợp ADN. + Chỉ có tế bào lai có NST 17 này của ngƣời mới tạo đƣợc dòng ổn định. Chứng tỏ gen TK+ phải nằm trên NST này. - Dựa vào phƣơng pháp này, ngƣời ta lập bản đồ NST ngƣời trên cơ sở sự có mặt của một sản phẩm do một gen nào đó thì tƣơng ứng với sự có mặt NST trong tế bào. * Điều kiện thực hiện việc lập bản đồ NST ngƣời nhờ phƣơng pháp này - Tính trạng nghiên cứu đƣợc mã hóa bởi một gen trên NST của ngƣời, mà nó đƣợc phân biệt rõ ràng với tính trạng tƣơng ứng của chuột. - Khả năng có thể xác định đƣợc NST của ngƣời còn lại ở dòng tế bào -Phần lớn các gen đƣợc xác định theo phƣơng pháp trên liên quan đến các enzyme, mà việc phát hiện chúng căn cứ theo phản ứng do chúng xúc tác. Về sau một số thủ thuật khác đƣợc sử dụng nhƣ dùng các "mất đoạn" để xác định vị trí gen. * Xác định nhóm liên kết của các gen bệnh - Dựa vào các nhóm liên kết gen đã đƣợc xác định bằng lai tế bào soma, nhiều gen bệnh đƣợc gắn vào các NST. Việc xác định này căn cứ theo nhiều phả hệ của các gia đình có các bệnh di truyền. -Gần đây (1993) vài bệnh di truyền đƣợc xác định bằng cách sử dụng gen dự tuyển (canđiate gene approach). Ví dụ là các đột biến của gen fibrillin gây hội chứng Marfan. Chương 7 Di truyền học Vi khuẩn I. Ưu thế và các đặc điểm của đối tượng vi sinh vật 1. Thời gian thế hệ ngắn, tốc độ sinh sản nhanh - Tế bào E.coli có thể phân chia 1 lần trong 20 phút. - Bacteriophage trong thời gian 30-40 phút có thể tạo ra hàng trăm cá thể. - Nấm men có thể chia tế bào trong 2 giờ. 2. Có sự tăng vọt số lượng cá thể - Tế bào E.coli có đƣờng kính 1 m nếu đủ dinh dƣỡng thì trong 44 giờ có thể tạo sinh khối bằng quả đất. - Số lƣợng cá thể lớn sẽ giúp nâng cao năng suất phân giải di truyền tức khả năng phát hiện các đột biến và tái tổ hợp có tần số xuất hiện rất nhỏ. Ngoài ra việc nuôi cấy vi sinh vật không cồng kềnh, ít tốn diện tích, môi trƣờng nuôi cấy dễ kiểm soát theo các công thức chặt chẽ. 3. Có cấu tạo bộ máy di truyền đơn giản - Ở VSV có cấu tạo bộ máy di truyền là ADN trần, dễ chiết tách, tinh sạch, số locus cũng ít hơn so với các sinh vật khác. - Các vi nấm và vi tảo có thể tồn tại ở dạng đơn bội (n) với thời gian dài trong chu trình sống nên các gen lặn có thể đƣợc biểu hiện ra ở kiểu hình. - VSV có trạng thái lƣỡng bội (2n) nên cũng dễ dàng thực hiện phân tích tái tổ hợp. - Các tính trạng VSV đơn giản. 4. Dễ nghiên cứu bằng các kỹ thuật vật lý và hóa học - Quần thể của chúng có độ đồng nhất cao. - Cấu tạo tế bào vi sinh vật đơn giản, dễ chết tách tinh sạch ADN . II. Đặc điểm của di truyền vi sinh vật - Khuẩn lạc là 1 cụm tế bào có nguồn gốc từ 1 tế bào ban đầu - Chủng: dòng tế bào mang 1 đặc điểm di truyền nào đó. - Các đột biến ở vi sinh vật thƣờng đƣợc phát hiện theo sự biến đổi các tính trạng sau: • Hình thái • Sinh hóa • Nuôi cấy • Tính đề kháng • Miễn nhiễm - Đặc điểm của tái tổ hợp ở vi khuẩn: - Quá trình sinh sản cận hữu tính ở các sinh vật Prokaryote nhƣ vi khuẩn và virus: + Sự truyền thông tin một chiều từ tế bào thể cho sang tế bào thể nhận. + Sự tạo thành hợp tử một phần. + Bộ gen thƣờng chỉ là ADN trần, nên chỉ có một nhóm liên kết gen và tái tổ hợp thực chất là lai phân tử. II. Sinh học của vi khuẩn 1. Cấu tạo tế bào và sinh sản: -Tế bào E.coli: + Chiều dài khoảng 2 m. + Bên ngoài có vách tế bào, kề trong là màng sinh chất. + Mezosome là cấu trúc xếp lại của màng sinh chất có thể liên quan đến phân bào chất di truyền tạo nên nucleotid. + Các tiêm mao giúp cho sự vận động của tế bào. - Thông tin của tế bào vi khuẩn nằm trên một phân tử ADN mạch kép vòng tròn đơn đƣợc gọi là enophore, hay "NST". -Ngoài ra ở một số vi khuẩn còn có thêm plasmid là phân tử ADN vòng tròn nhỏ có khả năng sao chép độc lập. - Sinh sản: Tế bào vi khuẩn phân chia theo trực phân. Tế bào vi khuẩn E. coli Tế bào vi khuẩn phân chia theo trực phân 2. Đặc điểm nuôi cấy Tế bào vi khuẩn có thể nuôi trên môi trƣờng lỏng có bổ sung các muối vô cơ thiết yếu. Mật độ có thể đạt 109 tế bào/ml. Có thể nuôi vi khuẩn trong môi trƣờng rắn có agar trong các hộp petri để từng tế bào mọc thành khuẩn lạc dễ quan sát. III. Biến nạp ( Transformation) 1. Hiện tượng và điều kiện - Định nghĩa: biến nạp là hiện tƣợng truyền thông tin di truyền bằng ADN. - Điều kiện thực hiện biến nạp: + Tính dung nạp của tế bào thể nhận. + ADN thực hiện biến nạp của thể cho phải ở dạng mạch kép. Thƣờng ADN biến nạp là một đoạn nhỏ. Đoạn từ tế bào cho xâm nhập vào tế bào nhận đƣợc gọi là đoạn ngoại lai, ADN nguyên vẹn của tế bào nhậ đƣợc gọi là đoạn nội tại (endogenote). Quá trình trao đổi thông tin di truyền bằng chuyển chỉ một phần vật liệu di truyền từ tế bào này sang tế bào khác đƣợc gọi là sự giao nạp từng phần (meromixis). Biến nạp của vi khuẩn 2. Cơ chế biến nạp 2.1. Xâm nhập của ADN 2.2. Bắt cặp 2.3. Sao chép Cơ chế sao chép Cơ chế biến nạp tự nhiên VI. Tải nạp (Transduction) 1. Phage là nhân tố chuyển gen - Giữa hai ống của hình chữ U đƣợc ngăn cách bằng màng lọc vi khuẩn, màng có lỗ nhỏ vi khuẩn không qua đƣợc nhƣng phage qua đƣợc. - Nhánh A của ống chứa vi khuẩn có khả năng tổng hợp tryptophan (trp+). - Nhánh B nuôi các vi khuẩn khác mất khả năng tổng hợp tryptophan (trp-). - Sau khi nuôi một thời gian, ở nhánh B xuất hiện vi khuẩn có khả năng tổng hợp tryptophan. Nếu dùng màng ngăn không cho virus lọt qua thì không thấy hiện tƣợng này. Qua nhiều lần thí nghiệm, việc tải gen trp+ từ nhánh A sang nhánh B đƣợc chứng minh. Thí nghiệm chứng minh hiện tượng tải nạp 2. Cơ chế tải nạp Tải nạp chuyển gen từ vi khuẩn A sang B nhờ phage Chuyển gen từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận nhờ phage 4. Phân biệt các dạng tải nạp - Tải nạp chung: • Bất kỳ gen nào của vi khuẩn cũng đều đƣợc tải nạp • Tải nạp do gói nhầm ADN của tế bào chủ khi phage trƣởng thành • Các thể tái hợp đơn bội đƣợc tạo ra - Tải nạp chuyên biệt: • Những gen đƣợc chuyển nằm sát chỗ phage gắn vào • Chỉ prophage kiểu  thực hiện • Do kết quả sự cắt sai của prophage khi tách khỏi NST của tế bào chủ Tải nạp chuyên biệt V. Giao nạp (Conjugation) - Định nghĩa: giao nạp là hiện tƣợng truyền vật chất di truyền từ tế bào thể cho sang thể nhận qua cầu tế bào chất 1. Chứng minh có lai ở vi khuẩn Các dòng đột biến khuyết dƣỡng khác nhau: - Dòng A: có kiểu gen met-bio-thr+leu+thi+ - Dòng B: có kiểu gen met+bio+thr-leu-thi- - Từng dòng riêng rẻ khi cấy lên môi trƣờng tối thiểu thì không có khả năng mọc lên khuẩn lạc. -Trộn chung hai dòng này trong ống nghiệm, cấy lên môi trƣờng tối thiểu. Các khuẩn lạc mọc trên môi trƣờng tối thiểu Chứng tỏ có các dạng lai, chúng mọc đƣợc nhờ sự bù đắp cho nhau nhu cầu dinh dƣỡng. Các dạng lai có kiểu gen met+bio+thr+leu+thi+. Sơ đồ lai vi khuẩn 2. Sự phân hóa giới tính ở vi khuẩn - F+ tƣơng tự giống đực ở sinh vật bặc cao, nó truyền sạng F- . - Tần số lai F+ với F- khoảng 10-6. -Khi F+ tiếp xúc với F- một thời gian, F- biến thành F+ do nó nhận đƣợc một phần tử di truyền là episome. - Episome F+ (nhân tố di truyền): phần tử di truyền ngoài NST, có thể tồn tại hoặc ở dạng ADN vòng tròn tự sao chép hoặc gắn vào phân tử ADN của tế bào chủ. - Về sau dạng Hfr đƣợc phát hiện, dạng này có tần số lai với F- cao hơn F+ có thể đến 104 lần. •Plasmid: là phân tử ADN vòng tròn nhỏ có khả năng sao chép độc lập với tế bào chủ và không có khả năng gắn vào NST tế bào chủ. Plasmid có thể mang một số gen khác nhau. - F- không chứa plasmid - F+ chứa plasmid ở dạng độc lập - Hfr có plasmid gắn vào bộ gen - Tái tổ hợp giữa một trình tự IS trên plasmid và trình tự IS cùng loại trên nhiễm sắc thể của vi khuẩn tạo ra nhiễm sắc thể Hfr - Tái tổ hợp xảy ra giữa IS bất kỳ trên plasmid với IS bất kỳ tƣơng ứng trên nhiễm sắc thể của vi khuẩn tạo ra nhiều chủng Hfr khác nhau Sự gắn của plasmid vào nhiễm sắc thể vi khuẩn tạo vi khuẩn Hfr Sơ đồ cấu tạo của plasmid 3. Các nhân tố F' và tính nạp - Nhân tố F' đƣợc hình thành khi sự cắt rời nhân tố F từ NST của dòng Hfr nhiều khi không chính xác và lúc này một đoạn bộ gen của vi khuẩn thay thế cho một phần của F. - Tính nạp: sự chuyển gen kèm theo nhân tố giới tính. 4. Cơ chế tái tổ hợp - Việc chuyển gen chỉ thực hiện khi plasmid gắn vào bộ gen của vi khuẩn. - Trong quá trình chuyển vật chất di truyền sang F- thì ADN của tế bào chủ sao chép và mạch mới có Ori đi đầu và F đi cuối. - Quá trình chuyển ADN từ F+ sang F- có thể bị ngắt quãng. Các gen a, b, c đƣợc chuyển một chiều từ Hfr sang F-. - Trong điều kiện thí nghiệm ở 370C, nguyên bộ gen của tế bào E.coli đƣợc chuyển sang tế bào nhận trong vòng 90 phút. - Thƣờng sự giao nạp bị ngắt quãng giữa chừng do cầu pilus bị gãy, lúc đó tế bào F- vẫn là tế bào F-. Bằng cách ngắt quãng quá trình giao nạp mà bản đồ di truyền của E.coli đƣợc xây dựng nên có dạng vòng tròn. Thí nghiệm giao nạp để lập bản đồ do ngắt quảng ở các khoảng thời gian khác nhau. VI. Cơ sở di truyền tính kháng thuốc của các vi khuẩn gây bệnh ở người. Ý nghĩa cuả các transposon vi khuẩn - Các transposon ở vi khuẩn là những yếu tố làm thay đổi vị trí gen, kiểm soát tính kháng thuốc đối với thuốc kháng sinh và các thuốc chống vi khuẩn khác. - Ngay sau đó, ngƣời ta đã xác định là các gen kháng thuốc thƣờng có trong plasmid. Các plasmid có thể đƣợc truyền từ tế bào mẹ sang tế bào con khi tế bào vừa phân chia. - Các gen kháng thuốc có thể đƣợc truyền từ plasmid cho NST vi khuẩn, cho virus và cả cho vi khuẩn các loài khác. Mọi plasmid R đều có tối thiểu 2 thành phần: + Đoạn thứ nhất gọi là yếu tố làm vật truyền tính kháng (RTF - Resistance transfer vector). + Đoạn thứ hai mang gen kháng đƣợc gọi là yếu tố kháng R (R - determinant). Các kết quả nêu trên cho thấy, cần hạn chế và lƣu ý chỉ sử dụng kháng sinh khi có nhiễm trùng và không nên lạm dụng đối với các trƣờng hợp nhẹ. Nếu không hạn chế thì trong tƣơpng lai thuốc sẽ giảm hiệu quả hoặc không còn hiệu quả. Tính kháng thuốc ngày nay đã đƣợc phát hiện trong nhiều loại gen gây bệnh nhƣ gen thƣơng hàn, viêm dạ dày, ruột, dịch hạch, sốt cao, viêm màng não, lậu ... Chương 8 Di truyền học Virus I. Di truyền học thể thực khuẩn 1. Sự hình thành vết tan và các thể đột biến phage Một số lớn tế bào vi khuẩn đƣợc trãi lên trên môi trƣờng đặc, sau một thời gian sinh trƣởng tạo một lớp tế bào vi khuẩn màu trắng đục. Nếu phage có mặt ở thời điểm vi khuẩn đƣợc trãi lên môi trƣờng, nó sẽ nhiễm vào tế bào vi khuẩn. Sau đó tế bào nhiễm phage bị làm tan và giải phóng nhiều phage mới. Thế hệ sau này của phage lại nhiễm vào vi khuẩn gần đó, và tham gia vào chu trình tan khác, các vi khuẩn này bị vỡ giải phóng ra nhiều phage, chúng có thể nhiễm vào các vi khuẩn khác ở vùng lân cận. Chu trình xâm nhiễm của phage đƣợc tiếp tục và sau nhiều giờ, phage phá huỷ tất cả các tế bào vi khuẩn của một vùng, tạo đốm (plage) trong suốt khác với lớp tế bào vi khuẩn màu trắng đục. Chu trình sinh tan của bacteriophage Tế bào không bị xâm nhiễm Phân hủy tế bào chủ Phage lắp ghép bên trong tế bào chủ Nucleic acid của phage Phage tự do Phage hấp phụ lên tế bào chủ Nucleic acid của phage xâm nhập vào tế bào Phage protein Protein của phage đƣợc tổng hợp, acid nucleic đƣợc nhân lên, vật chất di truyền tế bào chủ bị phá hủy Vật chất di truền tế bào chủ bị phá hủy Chu trình sinh tan Sự xâm nhập của phage vào tế bào vật chủ theo cả 2 dạng bố mẹ đồng thời. r+: đốm nhỏ, r-: đốm lớn, h+: đốm mờ, h-: đốm trong 2. Tái tổ hợp di truyền trong một chu kỳ sinh tan - Cho hai dòng phage T4 có kiểu gene khác nhau nhiễm vào một tế bào vi khuẩn E.coli, một vài phage thế hệ sau sẽ thực hiện tái tổ hợp di truyền. Allele r- tan nhanh, tạo ra đốm lớn, Allele h- nhiễm vào các tế bào chủ, tạo đốm trong. - Phép lai: r-h+  r+h- - Kết quả: 4 kiểu đốm: + 2 kiểu đốm đục, lớn và đốm trong, nhỏ. + kiểu đốm trong lớn, đốm mờ nhỏ. - Tần số tái tổ hợp, đƣợc biểu diễn dƣới dạng phần trăm: 100 phagesäú Täøng täø håüp taïi phageSäú Tần số tái tổ hợp = Sự kết hợp đầu và đuôi để tạo phage hoàn chỉnh 3. Sự sắp xếp của các gene trong nhiễm sắc thể phage - Bản đồ di truyền phage T4 cho thấy gene của phage T4 tạo cụm mở rộng theo chức năng của chúng. - Phân tử DNA của phage T4 là phân tử sợi đơn dạng thẳng, mỗi đầu tận cùng của DNA phage T4 đƣợc nhân lên hoặc lặp đoạn ở đầu cuối. - Khi DNA đƣợc sao chép trong tế bào, sự tái tổ hợp giữa các phần ở đầu tận cùng của bộ gen T4 với những trình tự tƣơng đồng của bộ gen T4 khác, kết quả tạo ra sản phẩm DNA có kích thƣớc lớn hơn khả năng chứa của phần đầu. - Những phân tử chứa lặp đoạn đƣợc tạo thành. - Khi phân tử DNA đƣợc gói vào phần đầu, nó đƣợc cắt bằng enzyme chỉ còn chứa khoảng 102% của chiều dài bộ gen phage T4, vì có chứa đoạn lặp lại của phần đầu. Bản đồ di truyền của T4 với các marker Màng Sợi đuôi Tổng hợp DNA, tái bản và thay đổi Trao đổi nucleotide ĐầuĐĩa gốc của đuôi Đĩa gốc của đuôi Đầu, cổ, nếp gấp cổ Nhóm gen liên kết xác định nguồn gốc 4. Lập bản đồ cấu trúc tinh vi vùng rII của phage T4 - Sử dụng đột biến mất đoạn là phƣơng pháp đơn giản để lập bản đồ của hàng ngàn đột biến. - Bản đồ mất đoạn dựa trên sự có hoặc không có dạng tái tổ hợp. + Trong bất kỳ phép lai nào giữa một đột biến điểm chƣa biết và một đột biến mất đoạn, sự xuất hiện của dạng hoang dại cho thấy đột biến điểm nằm ngoài vùng mất đoạn. + Nếu đột biến điểm xuất hiện trong vùng mất đoạn, không xuất hiện dạng tái tổ hợp kiểu hoang dại ở thế hệ sau. - Nhiều phép lai đã đƣợc thực hiện để lập bản đồ đột biến chi tiết gene rII. Khoảng cách từ A1 đến A6 và B đƣợc trình bày ở hình 6.4. - Bản đồ di truyền trong vùng A4 có thể đƣợc tạo ra bởi một bộ các đột biến mất đoạn đƣợc trình bày ở phần dƣới của hình 6.5. Xác định 7 tiểu vùng ở trong A4 (từ a qua g). - Bản đồ di truyền cho số lớn các đột biến rII có nguồn gốc độc lập đƣợc mô tả ở hình 6.6. - Nghiên cứu đột biến ở vùng rII và lập bản đồ di truyền có vai trò quan trọng. + Sự trao đổi di truyền có thể xảy ra trong gene và có thể giữa các nucleotide ở gần nhau. + Các đột biến không đƣợc tạo ra ở cùng tần số với tất cả các điểm trong gene, chúng phân bố không đều nhau. Đột biến mất đoạn được sử dụng để chia locus rII của bacteriophage T4 thành 7 vùng và 47 tiểu vùng nhỏ rII A cistron rII B cistron Khoảng cách từ 1 đến 47 đƣợc xác định bằng mất đoạn khoảng 1364 qua 1519 Khoảng cách từ A1 đến B đƣợc xác định bằng mất đoạn các khoảng 1272 qua 638 Xác định vùng rII liên quan với các marker di truyền dạng thẳng của bản đồ di truyền phage T4 rII A cistron rII B cistron Vùng xác định đột biến mất đoạn từ A1 đến A6 và B trong gen rII Đột biến ở trong vùng b sẽ tạo ra dạng tái tổ hợp hoang dại với tất cả các mất đoạn mà trong đó vùng b của dạng hoang dại có mặt Mất đoạn vùng xác định a đến g của vùng A4 Bản đồ di truyền locus rII của phage T4 Mỗi hộp thể hiện sự xuất hiện ngẫu nhiên của các đột biến tại vị trí đó "Điểm nóng" đột biến Nhiều đột biến xuất hiện ở một điểm tạo thành một "điểm nóng" * Kết quả phân tích vùng rII giúp cho chúng ta phân biết đƣợc 3 khái niệm về gen: + Gen liên quan với một đơn vị chức năng. + Gen là một đơn vị tái tổ hợp (recon). + Gen là một đơn vị đột biến (muton). 5. Tính tiềm tan (Lysogeny) và phage  - Chu trình tiềm tan: + Bắt đầu khi phân tử DNA của phage  gắn vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn và tiến hành sao chép nhƣ một phần nhiễm sắc thể vi khuẩn. + Các hạt phage không đƣợc tạo thành. + Phân tử DNA của phage đƣợc gắn vào bộ gen của vi khuẩn đƣợc gọi là prophage, tế bào vi khuẩn sống sót đƣợc gọi là tế bào tiềm tan (lysogen). Chu trình tan và tiềm tan ở phage  Phage Phage DNA Phage tấn công tế bào chủ và bơm DNA vào NST vi khuẩn Chu trình sinh tan Chu trình tiềm tan Nhiều tế bào phân chia tạo ra khuẩn lạc vi khuẩn có chứa prophage Một số prophage tồn tại trên NST vi khuẩn, khởi đầu cho chu trình sinh tan Tế bào vi khuẩn phân chia bình thƣờng, sao chép prophage và truyền cho thế hệ sau Prophage Tái tạo vòng DNA phage Tế bào bị phân giải, giải phóng phage DNA và protein của phage đƣợc tổng hợp và lắp ghép tạo thành phage mới DNA của phage tích hợp vào NST vi khuẩn tạo thành dạng prophage - Phân tử DNA của phage  có đầu các đầu cuối chứa 12 nucleotide không kết cặp, mà ở dạng sợi đơn tạo đầu dính (cohesive end) bổ sung. Khi vào tế bào, đầu cuối bổ sung gắn lại tạo phân tử vòng tròn, sự tạo vòng tròn xảy ra sớm ở cả chu trình tan và chu trình tiềm tan (hình 6.7). - Điểm gắn vào của vi khuẩn và phage: vị trí của tái tổ hợp điểm chuyên biệt ở DNA của vi khuẩn và phage. + Mỗi điểm gắn có chứa 3 đoạn: ở đoạn trung tâm có cùng trình tự nucleotide ở cả 2 vị trí gắn và là vùng mà sự tái tổ hợp thực sự xảy ra. + Điểm gắn vào của phage đƣợc ký hiệu bởi POP’ (P: phage) và điểm gắn vào ở vi khuẩn đƣợc biểu diễn bằng BOB’ (B: bacteria). + So sánh bản đồ di truyền của phage và prophage POP’ nằm gần vùng trung tâm của phân tử DNA dạng thẳng. + Bản đồ di truyền prophage là sự chuyển đổi vòng tròn bản đồ di truyền phage tự do. + Prophage đƣợc chèn vào nhiễm sắc thể của E. coli giữa gene gal và gene bio. Sự chèn vào của phage  làm tăng khoảng cách giữa gene gal và gene bio. Khoảng cách giữa gene gal và gene bio ở tế bào tiềm tan với phage  là khoảng hai phút so với một phút ở tế bào không tiềm tan. Mô hình gắn của phage  vào NST của E.coli II. Đặc tính của các virus 1. Tính đa dạng về cấu trúc và thành phần di truyền