Đang tải... (xem toàn văn)
Co so di truyen giong dong vat_NMHoan
PGS.TS NGUYỄN MINH HOÀN CƠ SỞ DI TRUYỀN CHỌN GIỐNG ĐỘNG VẬT HUẾ, 2005 BÀI MỞ ĐẦU Di truyền học mơn khoa học nghiên cứu tính di truyền biến dị sinh vật Hay nói cách khác di truyền học nghiên cứu qui luật truyền đạt thông tin từ hệ tổ tiên cho cháu qui luật biến đổi trình truyền đạt Tính di truyền đảm bảo cho giống với cha mẹ, anh chị em, cá thể có quan hệ họ hàng thân thuộc Các sinh vật có tính di truyền, biểu chổ thừa hưởng tính trạng bố mẹ Có thể coi tính di truyền đặc tính bố mẹ truyền lại cho tính chất đặc điểm phát triển minh, mà nhờ lồi sinh vật bảo tồn đặc điểm riêng qua hàng loạt hệ Chính mà sinh vật chuyển từ hệ sang hệ khác sống đảm bảo liên tục, ổn định Tính di truyền đảm bảo qua trình sinh sản Trong q trình sinh sản hữu tính, nhờ kết hợp tế bào sinh dục đực tế bào sinh dục mà thực chất kết hợp vật chất di truyền bố mẹ, mà đảm bảo kế tục vật chất di truyền hệ Với hình thức sinh sản vơ tính, thể sinh từ tế bào soma hay từ tế bào đặc biệt (bào tử thực vật, mãnh nhỏ thủy tức ) Trong hình thức sinh sản vơ tính, tính di truyền đảm bảo nhờ phân chia tế bào soma Tính di truyền vừa đảm bảo cho kế tục đặc tính sinh vật qua hệ, vừa đảm bảo cho thể sinh vật hình thức phát triển đặc thù, hình thành nên tính trạng đặc tính định Thực ra, hình thức sinh sản thể sinh vật, tế bào soma riêng rẽ hay tế bào sinh dục, chưa phải có sẵn tất tính trạng đặc tính thể trưởng thành, mà tính trạng đặc tính thể hình thành dần trình phát triển cá thể điều kiện môi trường định Ở người, động vật có vú, tế bào trứng mẹ kết hợp với tinh trùng cha tạo hợp tử, cầu nối hai hệ Hợp tử không trực tiếp mang đặc tính cha mẹ mà chứa chương trình phát triển cá thể dạng gen, gọi thông tin di truyền Thơng tin di truyền mã hóa dạng trình tự thẳng loại nucleotide axit nucleic (DNA RNA) Đơn vị thông tin di truyền gen Mọi tính trạng sinh vật chịu chi phối gen tương ứng Trong khối đa dạng nhiều tính trạng, nhà sinh học tách riêng đơn vị riêng lẻ để nghiên cứu, gen-tính trạng Thơng tin di truyền thực hóa hệ sau trình phát triển cá thể Mỗi sinh vật q trình lớn lên lặp lại xác giai đoạn phát triển cha mẹ Con người giai đoạn hợp tử, phôi thai, sinh ra, trưởng thành, già chết Bộ máy di truyền chi phối biểu sống tái tạo cấu trúc tinh vi, điều hòa việc thực hàng loạt chuỗi phản ứng hóa học phức tạp, giúp thể phản ứng thích nghi với mơi trường Do vậy, truyền đạt tính trạng đặc trưng loài qua nhiều hệ mặt tính di truyền, mặt quan trọng hơn, sở cho biểu sống đặc trưng sinh vật Cơ sở vật chất tính di truyền tất yếu tố cấu trúc tế bào có khả tái sinh, phân ly, tổ hợp tế bào trình phân chia tế bào thể Vật chất di truyền xét cấp độ tế bào nhiễm sắc thể, cấp độ phân tử gen, phân tử axit nucleic Người ta xác nhận nhân đôi nhiễm sắc thể trình phân ly chúng nguyên phân giảm phân có vai trị đặc biệt quan trọng đảm bảo kế tục vật chất di truyền ổn định qua hệ Tóm lại, di truyền đặc tính thể sinh vật đảm bảo cho kế tục vật chất di truyền chức qua hệ Như đối tượng nghiên cứu di truyền học, ngồi việc nghiên cứu tính di truyền cịn nghiên cứu q trình biến dị tính di truyền sinh vật Biến dị biểu sai khác cá thể với cha mẹ hay với cá thể khác đàn Một mặt biến đổi máy thông tin di truyền dẫn đến biến dị, mặt khác chế di truyền tạo đa dạng giới sinh vật nội đàn, bầy gia đình Tuy nhiên biến dị có số lượng lớn đa dạng xẩy khuôn khổ định nên xếp sinh vật vào đơn vị phân loại loài, giống, họ, Theo Darwin, di truyền, biến dị chọn lọc nhân tố tiến hóa Biến dị tạo đa dạng, cung cấp ngun liệu cho tiến hóa, di truyền trì đặc tính, cịn chọn lọc tự nhiên nhân tố định hướng phát triển dạng sinh vật dẫn đến đa dạng sống ngày Thơng tin thích nghi lúc đầu xuất đời sống cá thể tạo ưu đấu tranh sinh tồn nên chọn lọc tự nhiên giữ lại ghi thêm vào thông tin di truyền sinh vật Do vậy, thơng tin thích nghi chịu chi phối gen lưu truyền Trong tiến hóa có thừa kế, gen sinh vật tiến hóa cao cịn mang nhiều thơng tin di truyền tổ tiên Điều thể rõ lặp lại giai đoạn tổ tiên phát triển phôi sinh vật bậc cao: phơi người lúc đầu giống cá, bị sát, động vật có vú Tiến hóa thích nghi, từ tổ tiên ban đầu, tạo nên đa dạng sinh vật ngày Trong chăn nuôi gia súc, người vận dụng kiến thức di truyền vào việc đánh giá, chọn lọc giống, nhân giống lai tạo giống, cải tiến nâng cao chất lượng giống Người Trung Quốc tiến hành hóa thú rừng chăn ni lồi vật từ lâu Tư tưởng di truyền chọn giống hình thành từ Bộ “ Tưởng Ngưu Kinh” Ninh Thích viết vào kỷ thứ trước Cơng ngun xem tài liệu giới víết di truyền chọn giống động vật (Trần Hưng Nhân, 1998) Thời Chiến Quốc có nhiều người tiếng tài xem tướng động vật Vương Lương, Bá Nhạc, Hoàng Trực tiếng tài xem tướng ngựa Lưu Trường Nho tiếng xem tướng heo nái Vinh Vương Chử tiếng xem tướng trâu bò (Trần Hưng Nhân, 1998) Các đại biểu trường phái Pythagore (500 năm trước CN) cho đặc tính hình thể di truyền từ mẹ cịn tính chất thần kinh di truyền từ cha (B Novicki, 1985) Hypokrates (460-377 trước CN) khẳng định đực tạo thành tinh dịch từ tạo thành thể (B Novicki, 1985) Arystoteles (364-322 trước CN) cho bào thai phát triển từ tinh dịch đực, giữ vai trò sinh Thế kỷ thứ II trước Công nguyên, người La mã biết chọn lọc ngựa giống từ ngựa cha mẹ Thế kỷ thứ X sau Công nguyên, người Ả Rập biết tượng đồng huyết có hại khơng cho giao phối ngựa có quan hệ huyết thống với Năm 1859, học thuyết tiến hóa Darwin công bố tác phẩm “Nguồn gốc loài” Thế kỷ thứ XVII, nhà chọn giống người Anh R Bakewell (17251795) biết tạo giống cao sản, ông tạo bò sừng dài, cừu Leicester, chọn bố, mẹ tốt để nhân giống C Darwin (1809-1882) phát triển học thuyết pangen tác phẩm “Sự biến đổi động vật thực vật nuôi trồng” Theo ông, phần thể sinh sản phần tử nhỏ gemnule (mầm) theo máu từ phần thể tập trung quan sinh dục Mỗi cá thể sinh hịa hợp tính di truyền cha lẫn mẹ tính tập nhiễm Hình C Darwin (1809-1882) Năm 1866, Gregor Mendel (1822-1884) công bố kết lai đậu Hà Lan (Pisum sativum) Hội nghị nhà tự nhiên học thành phố Brno sau khơng chấp nhận chưa có sở để giải thích qui luật Mendel Weismann (1834-1914) nghiên cứu tượng phối hợp giao tử xác định vai trò đực việc hình thành cá thể Năm 1900, Hugo De Vries, Carl Correns Erich Tschermak độc lập cơng bố cơng trình liên quan đến việc phát lại cơng trình Mendel Từ Mendel trở thành người sáng lập di truyền học qui luạt Mendel trở thành qui luật di truyền Mc Clung (1902) chứng minh chế xác định giới tính nhiễm sắc thể Năm 1908, Hardy-Wanberg đồng thời độc lập công bố qui luật liên quan đến di truyền quần thể gọi định luật cân di truyền, hay định luật Hardy-Wanberg Nhà di truyền học người Anh W Bateson đưa tên gọi Di truyền học (genetics), liên quan đến nguồn gốc, sinh sản) vào năm 1906 Năm 1909, nhà khoa học Đan Mạch W Johannsen nêu thuật ngữ Gen (dòng giống, sinh sản, bắt nguồn), kiểu gen (genotype) kiểu hình (phenotype) Hình H de Vries Hình E.K Correns Hình W Bateson Hình E Tschermak Hình W Johannsen Năm 1927, Muller gây đột biến tia X Năm 1918, Fisher công bố kết liên quan đến tính trạng số lượng Năm 1937, J.L Lush xuất “Animal Breeding Plans”, tác phẩm kinh điển công tác giống Châu Âu phương pháp tác giả nhanh chóng phổ biến tác dụng lớn chăn nuôi gia súc Năm 1944, Mc Leod, Avery, Mc Carty chứng minh vai trò DNA tượng biến nạp, sở để chuyển ghép gen kỹ thuật di truyền Năm 1953, J Watson F Crick đưa mơ hình cấu trúc phân tử DNA, nghiên cứu di truyền học chuyển sang giai đoạn mới, giai đoạn di truyền phân tử Trong năm 70, kỹ thuật di truyền đời, người ta áp dụng thành tựu di truyền vào công tác giống động vật cấy truyền phôi, chuyển gen, ghép gen Di truyền học sở khoa học chọn nhân giống vật nuôi Các thành tựu di truyền học ứng dụng sớm, nhanh nhiều chọn giống Kiến thức di truyền học sở để xây dựng phương pháp lai tạo cải thiện giống, phương pháp chọn lọc, tạo vật liệu ban đầu Từ năm 1950 trở sau người áp dụng nguyên tắc di truyền số lượng để chọn lọc loài; Watson-Crick phát cấu trúc DNA; Hendersen ứng dụng phương pháp xác định giá trị giống (giá trị di truyền) vào thực tiễn công tác giống gia súc; ứng dụng cấy truyền phôi từ đực, cao sản, thông tin di truyền sâu vào sản xuất việc chọn giống vật nuôi theo phẩm chất sản phẩm Từ năm 2000 trở lại nay, di truyền học tiếp tục sử dụng tín hiệu di truyền phân tử, áp dụng phương pháp DNA tái tổ hợp, thực cấy truyền gen nhằm tạo giống mới, sản phẩm có chất lượng cao Sự phát triển di truyền học thành tựu góp phần tạo sở khoa học vững ngày ứng dụng rộng rãi thực tiễn chọn nhân giống vật nuôi, đem lại lợi ích ngày nhiều cho sản xuất đời sống người Chương CƠ SỞ DI TRUYỀN CÁC TÍNH TRẠNG Ở ĐỘNG VẬT Tại giống bố mẹ, cháu giống tổ tiên, câu hỏi từ xa xưa lồi người đề cập đến, đến năm 1865, cơng trình nghiên cứu G Mendel đời giải thích Từ thí nghiệm sáng tạo xác, Mendel chứng minh nhân tố di truyền có bố mẹ truyền lại cho thơng qua giao tử Cơng trình nghiên cứu Mendel với qui luật di truyền: tính trội hệ 1, phân ly tính trạng hệ di truyền độc lập, tổ hợp tự hình thức tương tác gen chứng minh đầy đủ chế di truyền biến dị sinh vật Ở sinh vật, tính trạng chất lượng (tính trạng Mendel) cịn có tính trạng thể số liệu cân đong, đo đếm (tính trạng số lượng) Ngành di truyền học có liên quan đến tính trạng số lượng gọi di truyền học số lượng (Quantitative genetics) hay di truyền sinh trắc (biometrical genetics) Khác với tính trạng chất lượng, tính trạng số lượng nhiều gen điều khiển (polygen), chịu ảnh hưởng lớn điều kiện ngoại cảnh Di truyền học số lượng lấy qui luật Mendel làm sở tính đặc thù tính trạng số lượng nghiên cứu đám đơng cá thể sử dụng phương pháp đo lường, nên có khác so với phương pháp cổ điển Cơ sở lý thuyết di truyền học số lượng thiết lập cơng trình nghiên cứu Fisher (1918), Wright (1926), Haldane (1932) Lush (1937) Sau mơn di truyền học số lượng bổ sung, nâng cao nghiên cứu khác nhà di truyền học tham gia đặc biệt nhà thống kê (statistics) sinh trắc học (biometrics), đến ngành có sở lý luận vững trở thành công cụ hữu hiệu, ứng dụng việc đánh giá, chọn lọc nhân giống Di truyền tính trạng Mendel 1.1 Sơ lược tiẻu sử cơng trình nghiên cứu Mendel Gregor Mendel, sinh ngày 22 tháng năm 1822, năm 1884 Ông sinh thời với L.Pasteur (1822 - 1895), Darwin (1809 - 1882) Johan Mendel sinh gia đình nơng dân nghèo Silesie, thuộc Brno (Czech) Ông vào tu viện Brno tiếp tục học trở thành nhà giáo Tu viện đặt tên Gregor thay cho Johann cử ông học Đại học Khi trở ông dạy môn toán, vật Viên (Áo) từ năm 1851-1853 lý số mơn học khác Mendel tiến hành thí nghiệm đậu Hà lan (Pisum sativum) từ năm 1856 đến năm 1863 mãnh vườn nhỏ tu viện Ông trồng 37.000 quan sát 300.000 hạt Các kết nghiên cứu trình bày trước “Hội nhà tự nhiên học” Brno vào năm 1865 cơng bố năm 1866 Mendel nhờ có phương pháp thí nghiệm độc đáo, chứng minh di truyền Hình G Mendel (1822-1884) nhân tố (element) di truyền dùng ký hiệu đơn giản để biểu thị qui luật di truyền Phát minh đặt móng cho di truyền học Trong thí nghiệm, Mendel chọn đối tượng nghiên cứu đậu Hà lan (Pisum sativum), mẫu thuận lợi cho nghiên cứu di truyền vì: - Dễ trồng có nhiều thứ (dòng) phân biệt rõ ràng - Cây hàng năm (thời gian sinh trưởng ngắn), quay vòng hệ tương đối nhanh - Có tính trạng biểu rõ (tương phản) - Tự thụ phấn nghiêm ngặt nên dễ tạo dịng Khi quan sát lồi sinh vật khác nhau, thấy chúng có nét dễ dàng nhận biết, tính trạng (character) hay dấu hiệu (trait) Mendel chọn cặp tính trạng chất lượng, tương phản: hạt trơn-nhăn; hạt vàng - lục; vỏ xám-trắng; đầy-ngấn; lục-vàng; hoa thân- đỉnh; thân cao-thấp Phương pháp thí nghiệm Mendel có khác so với nhà khoa học trước đó: - Thứ nhất, vật liệu nghiên cứu phải chủng, biết rõ nguồn gốc - Thứ hai, theo dõi riêng tứng cặp tính trạng qua nhiều hệ nối tiếp Hình Các cặp tính trạng Mendel Pisum sativum ... chất di truyền ổn định qua hệ Tóm lại, di truyền đặc tính thể sinh vật đảm bảo cho kế tục vật chất di truyền chức qua hệ Như đối tượng nghiên cứu di truyền học, ngồi việc nghiên cứu tính di truyền... lập công bố qui luật liên quan đến di truyền quần thể gọi định luật cân di truyền, hay định luật Hardy-Wanberg Nhà di truyền học người Anh W Bateson đưa tên gọi Di truyền học (genetics), liên quan... kỹ thuật di truyền Năm 1953, J Watson F Crick đưa mơ hình cấu trúc phân tử DNA, nghiên cứu di truyền học chuyển sang giai đoạn mới, giai đoạn di truyền phân tử Trong năm 70, kỹ thuật di truyền
