SKKN Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo đơn, tần số trao đổi chéo kép trong phép lai phân tích 3 cặp tính trạng

Nội dung text: SKKN Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo đơn, tần số trao đổi chéo kép trong phép lai phân tích 3 cặp tính trạng

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH * SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẦN SỐ TRAO ĐỔI CHÉO ĐƠN, TẦN SỐ TRAO ĐỔI CHÉO KÉP TRONG PHÉP LAI PHÂN TÍCH 3 CẶP TÍNH TRẠNG Họ và tên: Nguyễn Văn Hòa Tổ: Sinh – Kỷ Nông nghiệp Trường THPT Nguyễn Đổng Chi Hà Tĩnh, năm 2014 1
2. I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Tính cấp thiết của đề tài Sinh học là môn khoa học thực nghiệm có ứng dụng rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực của đời sống xã hội cũng như trong sản xuất. Trong quá trình giảng dạy, song song với nhiệm vụ giảng dạy kiến thức thì việc rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải bài tập là nhiệm vụ rất quan trọng. Trong chương trình sinh học có rất ít tiết bài tập và thời lượng mỗi tiết dạy trên lớp nội dung lý thuyết nhiều nên hầu hết giáo viên không thể hướng dẫn kỹ cho học sinh phương pháp giải bài tập, đặc biệt là những dạng bài tập khó. Bài tập xác định tần số trao đổi chéo trong các bài toán lai 3 cặp tính trạng là tương đối khó đối với học sinh và thường gặp trong các đề thi Olympic, học sinh giỏi tỉnh, học sinh giỏi quốc gia và cả đề thi Đại học - Cao đẳng. Ví dụ đề thi Olympic quốc tế năm 2008, phần B câu số 14 hay câu 35 xác định trật tự phân bố các gen trong đề thi đại học năm 2009, mã đề 462. Trong năm học vừa qua khi được Tổ chuyên môn phân công nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi 12, khi dạy cho học sinh phần này bản thân tôi đã thu thập nhiều nguồn tài liệu khác nhau. Tuy nhiên các tài liệu sinh học hầu hết nói rõ phương pháp xác định tần số trao đổi chéo trong trường hợp 2 cặp gen, rất ít thấy đề cập đến việc xác định tần số trao đổi chéo đơn và tần số trao đổi chéo kép trong phép lai 3 cặp gen hoặc chỉ đưa ra phương pháp chung chung không rõ ràng. Mặt khác nhiều nguồn tài liệu giải theo các cách khác nhau điều này đã gây sự lúng túng cho học sinh khi gặp phải dạng bài này. Xuất phát từ những lý do đó tôi chọn đề tài “Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo đơn, tần số trao đổi chéo kép trong phép lai phân tích 3 cặp tính trạng”. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu xây dựng công thức tìm các chỉ số để giải bài toán của hoán vị 3 cặp gen mà nhiều giáo viên và học sinh thắc mắc. 1. Tần số trao đổi chéo đơn giữa 2 gen liền kề 2
3. 2. Tần số trao đổi chéo kép quan sát được - thực tế 3. Tần số trao đổi chéo kép lý thuyết 4. Khoảng cách giữa 2 gen liền kề trên bản đồ gen 5. Khoảng cách giữa 2 gen đầu mút trên bản đồ gen Trong đề tài tập trung tìm hiểu ở ba dạng toán trong phép lai phân tích: + Trao đổi chéo đơn tại một điểm + Trao đổi chéo đơn tại hai điểm và không có trao đổi chéo kép + Trao đổi chéo đơn tại hai điểm và có xảy ra trao đổi chéo kép 3. Đối tượng và thời gian nghiên cứu - Đối tượng: Đề tài tập trung nghiên cứu về cách xác định tần số trao đổi chéo đơn và tần số trao đổi chéo kép. - Thời gian nghiên cứu: Đề tài này được áp dụng nghiên cứu trong năm học 2013 – 2014. 4. Phương pháp nghiên cứu - Qua nghiên cứu đề thi quốc gia, đề thi Olympic, đề thi học sinh giỏi tỉnh, đề thi Đại học - Cao đẳng nhiều năm qua dành cho môn Sinh học về các bài tập liên quan đến tần số trao đổi chéo. - Dựa vào kết quả khảo sát dạng bài này ở các em học sinh đội tuyển học sinh giỏi, tham gia thi Đại học năm học 2012 – 2013 và ôn thi Đại học - Cao đẳng năm 2013 - 2014. - Qua nghiên cứu, tham khảo các tài liệu có liên quan. - Phương pháp chuyên gia. - Từ thực tế giảng dạy môn Sinh học, ôn thi học sinh giỏi tỉnh và ôn thi Đại học – Cao đẳng hàng năm. 3
4. - Dựa trên cơ sở của quá trình giảm phân và những biến đổi bất thường xảy trong quá trình giảm phân tôi đã phân loại các dạng có hệ thống, đúc kết phương pháp giải chính xác, dễ hiểu, dễ vận dụng. Đối với mỗi dạng bài tập đều có phương pháp làm, ví dụ áp dụng. 5. Giới hạn nghiên cứu Đề tài chỉ nghiên cứu cách xác định tần số trao đổi chéo đơn và tần số trao đổi chéo kép trong phép lai phân tích 3 cặp tính trạng, 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường. II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.Cơ sở lí luận Di truyền liên kết là sự di truyền mà trong đó, các tính trạng có phụ thuộc vào nhau; quá trình di truyền của tính trạng này kéo theo sự di truyền các tính trạng khác. Nguyên nhân của di truyền liên kết là do các gen quy định các tính trạng khác nhau phân bố trên cùng một nhiễm sắc thể (NST). Qúa trình này có thể các gen sẽ liên kết hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Khi các gen liên kết không hoàn toàn xảy ra hiện tượng trao đổi chéo trong quá trình giảm phân hình thành giao tử ở kỳ đầu I của giảm phân I. Trong đó có trường hợp xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm hoặc xảy ra 2 trao đổi chéo đơn nhưng không có trao đổi chéo kép; cũng có lúc vừa có 2 trao đổi chéo đơn lại có thêm 1 trao đổi chéo kép. Ở đây, trong phạm vi nghiên cứu chỉ xét trao đổi chéo kép giữa 2 crômatit không chị em trong cùng một cặp NST đồng dạng ở kỳ đầu giảm phân I. Thường thì sự trao đổi chéo ở một chỗ làm giảm xác suất trao đổi chéo thứ hai gần kề nó, đó là hiện tượng nhiễu (I). Để đánh giá kết quả người ta dùng hệ số trùng hợp (C). Trong hầu hết tài liệu chỉ đề cập đến quá trình trao đổi chéo ở 2 cặp gen hoặc 3 cặp gen nằm trên 2 cặp NST thường khác nhau; rất ít tài liệu viết về trường hợp 3 cặp gen cùng liên kết trên một NST có xảy ra trao đổi chéo, đặc biệt là trao đổi chéo kép. 4
5. 2. Cơ sở thực tiễn Nghiên cứu vấn đề này tôi nhận thấy ngoài việc các tài liệu ít đề cập mà thậm chí các tác giả nêu những quan điểm khác nhau, nhất là khi có 2 chéo đơn và 1 chéo kép. Theo giáo trình Di truyền học tập 2 của Phan Cự Nhân (chủ biên), Nguyễn Minh Công, Đặng Hữu Lanh (1999), NXB Giáo dục, khoảng cách trên bản đồ gen của 2 gen AB = tần số trao đổi chéo đơn A/B + ½ tần số trao đổi chéo kép (cách 1). 5
6. Nhưng theo Ngô Văn Hưng (chủ biên), Vũ Đức Lưu, Chu Văn Mẫn, Phạm Văn Lập trong tài liệu Hướng dẫn thực hiện chương trình, sách giáo khoa lớp 12 môn Sinh học (2008), NXB Giáo dục; Vũ Đức Lưu trong tài liệu Sinh vật 12 chuyên sâu tập 1 (2009), NXB Đại học Quốc gia Hà Nội; Hoàng Trọng Phán trong giáo trình Di Truyền học (2006), NXB Đà Nẵng thì khác, khoảng cách trên bản đồ gen của 2 gen AB = tần số trao đổi chéo đơn A/B + tần số trao đổi chéo kép (cách 2). Từ đó có những công thức tính khác nhau về tần số hoán vị kép lý thuyết và hệ số trùng hợp. Đặc biệt ở Hà Tĩnh trong 2 cuốn tài liệu của Phan Khắc Nghệ đã xuất bản, một cuốn là Phương pháp giải nhanh bài tập di truyền, NXB Giáo dục Việt Nam viết theo cách 1 (câu 8, trang 99); một cuốn là Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Sinh học 12 (2013), NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, thì giải theo quan điểm của cách 2 (bài 11, trang 108). Điều này gây không ít khó khăn cho giáo viên và học sinh trong quá trình ôn luyện. Với trách nhiệm của một người trực tiếp giảng dạy khi học sinh thắc mắc tôi quyết đi tìm đáp số cho các em. Từ việc thu thập và nghiên cứu nhiều nguồn tài liệu khác nhau tôi nhận thấy những cuốn sách nếu lấy nguồn tài liệu tham khảo theo cuốn Phan Cự Nhân là giải theo cách 1; những tài liệu có nguồn tham khảo theo Ngô Đức Hưng giải theo cách 2. Vì vậy tôi đã trao đổi với Thầy Hoàng Trọng Phán (Giảng viên chính - Khoa Sinh học - Trường ĐHSP Huế) về vấn đề này, theo Thầy hầu hết các cuốn di truyền học ở Việt Nam được xuất bản đều dựa trên những bản dịch từ sách nước ngoài như bản dịch do Phan Cự Nhân trong tài liệu Di truyền học động vật của F.B.Hutt (1978), NXB Khoa học và Kỹ thuật, tất cả đều giải theo cách thứ 2 và trong nhiều cuốn tài liệu của mình về di truyền học Hoàng Trọng Phán cũng viết với quan điểm cách 2. Nhìn nhận từ nhiều khía cạnh tôi đã tổng hợp và xây dựng công thức theo quan điểm của cách 2. 6
7. 3. Phương pháp xác định giao tử 1. Trường hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường, xảy ra liên kết hoàn toàn giảm phân bình thường cho 2 loại giao tử có tỉ lệ bằng nhau Ví dụ: Cơ thể có kiểu gen ABD giảm phân cho 2 loại giao tử: ABD = abd = 1 abd 2 2. Trường hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường, xảy ra trao đổi chéo đơn tại 1 điểm với tần số f giảm phân bình thường sẽ cho 4 1 f loại giao tử trong đó có 2 loại giao tử liên kết có tỉ lệ bằng nhau ( ), 2 loại giao 2 f tử có gen hoán vị có tỉ lệ bằng nhau ( ). 2 Ví dụ: Cơ thể có kiểu gen ABD xảy ra trao đổi chéo đơn ở cặp gen Aa với tần số abd hoán vị gen f = 10% giảm phân bình thường sẽ cho 4 loại giao tử : 45% ABD ; 45% abd 5% Abd ; 5% aBD 3. Trường hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường, xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm với tần số f1 và f2 (f1 > f2), không xảy ra trao đổi chéo kép giảm phân bình thường sẽ cho 6 loại giao tử trong đó có 2 loại giao tử 1 ( f f ) f chiếm tỉ lệ cao ( 1 2 ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ vừa ( 1 ), 2 loại giao tử 2 2 f chiếm tỉ lệ thấp ( 2 ). 2 Ví dụ: Cơ thể có kiểu gen ABD , cho rằng trao đổi chéo giữa A và B với tần số abd 30%, còn trao đổi chéo giữa B và D với tần số 20%, không xảy ra trao đổi chéo kép. Xác định tỷ lệ các loại giao tử? Giải Tỷ lệ 2 loại giao tử liên kết ABD = abd = (100% - 20% -30%) / 2 = 25% Tỷ lệ 2 loại giao tử Abd = aBD = 30% / 2 = 15% Tỷ lệ 2 loại giao tử ABd abD = 20% / 2 = 10% 7
8. 4. Trường hợp cơ thể dị hợp về 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST thường, xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm với tần số f1 và f2 (f1 > f2), có xảy ra trao đổi chéo kép với tần số f3 giảm phân bình thường sẽ cho 8 loại giao tử trong đó có 2 1 ( f 1 f 2 f 3 ) loại giao tử chiếm tỉ lệ cao ( ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ vừa 2 ( f 1 f 3 ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ thấp ( f 2 f 3 ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ rất 2 2 f thấp ( 3 ). 2 Ví dụ: Cho cơ thể có kiểu gen ABD , khoảng cách A và B là 30 cM, giữa B và D là abd 20 cM. Cho biết hệ số trùng hợp là 0,7. Tính tỉ lệ các loại giao tử tạo thành? Giải Tần số trao đổi chéo kép lý thuyết là 0,3 x 0,2 = 0,06 Hệ số trùng hợp = Tần số trao đổi chéo kép thực tế / tần số trao đổi chéo kép lý thuyết = 0,7 => tần số trao đổi chéo kép thực tế = 0,7 x 0,06 = 0,042. tỉ lệ giao tử trao đổi chéo kép thực tế AbD = aBd = 0,042 / 2 = 0,021 Tần số trao đổi chéo đơn giữa A và B là: 0,3 – 0,042 = 0,258 tỉ lệ giao tử aBD = Abd = 0,258 / 2 = 0,129 Tần số trao đổi chéo đơn giữa B và D là: 0,2 – 0,042 = 0,158 tỉ lệ giao tử ABd = abD = 0,158 / 2 = 0,079 tỉ lệ giao tử liên kết hoàn toàn ABD = abd = [1- (0,042 + 0,258 + 0,158)] / 2= 0,271 4. Phương pháp xác định trật tự gen trên NST a. Trường hợp chỉ xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm Ví dụ: Xét phép lai phân tích một cá thể mang 3 cặp gen dị hợp Aa, Bb, Dd P: A-B-D- x aabbdd => Fa: Thu được 4 loại kiểu hình Dựa vào nhóm kiểu hình có tỉ lệ cao để xác định nhóm gen nằm trên cùng 1 NST. Dựa vào nhóm kiểu hình có tỷ lệ thấp ở đời con lai để xác định hoán vị xảy ra ở vị trí nào (gen nào). 8