Giải sgk Sinh học 12 Cánh diều Bài 8. Di truyền liên kết giới tính, liên kết gene và hoán vị gene có đáp án

Nghiên cứu của Morgan phát hiện di truyền liên kết được ra đời trong bối cảnh:

- Cho đến thập niên 1910, di truyền học Mendel (1865) và sự phát hiện, quan sát nhiễm sắc thể của W. Flemming (1878) là cơ sở cho việc giải thích hiện tượng di truyền các tính trạng ở sinh vật.

- Năm 1909, nhà nghiên cứu tế bào học Frans Janssens quan sát được cấu trúc bắt chéo của nhiễm sắc thể dưới kính hiển vi.

- Năm 1908, khi nghiên cứu ruồi giấm, Morgan đã phát hiện các dòng đột biến về màu mắt và nhiều tính trạng khác.

→ Từ các thí nghiệm lai giữa các dòng ruồi giấm, Morgan và cộng sự đã phát hiện sự di truyền của nhiễm sắc thể giới tính, di truyền liên kết giới tính và hiện tượng liên kết gene.

Tỉ lệ giới tính đực : cái trong tự nhiên là 1 : 1 vì: Ở động vật, khi xét riêng nhiễm sắc thể giới tính, một giới có hai chiếc nhiễm sắc thể giới tính giống nhau (giới đồng giao tử), quá trình giảm phân chỉ cho một loại giao tử; một giới còn lại có hai chiếc nhiễm sắc thể giới tính khác nhau hoặc chỉ một chiếc nhiễm sắc thể (giới dị giao tử), quá trình giảm phân cho hai loại giao tử mang nhiễm sắc thể giới tính khác nhau với tỉ lệ ngang nhau. Các giao tử thụ tinh với xác suất như nhau nên tỉ lệ giới tính theo lí thuyết là 1 : 1.

- Ở động vật có vú, ruồi giấm,…

P: ♂ XY × ♀ XX

G: X, Y X

F$_{1}$: 1XX : 1XY

1♂ : 1♀

- Ở châu chấu,…

P: ♂ XO × ♀ XX

G: X, O X

F$_{1}$: 1XX : 1XO

1♂ : 1♀

- Ở cá, chim, gà, bướm,…

P: ♂ ZZ × ♀ ZW

G: Z Z, W

F$_{1}$: 1ZZ : 1ZW

1♂ : 1♀

Sự di truyền tính trạng bị chi phối bởi các gene nằm trên X hoặc trên Y là sự di truyền liên kết giới tính vì:

- Gene nằm trên X không có allele tương ứng trên Y có xu hướng di truyền liên kết X, được gọi là các gene liên kết X.

- Gene nằm trên Y không có allele tương ứng trên X quy định tính trạng chỉ có ở cá thể mang Y và di truyền liên kết Y, được gọi là gene liên kết Y.

Một số ứng dụng của sự di truyền giới tính và di truyền liên kết giới tính ở sinh vật trong sản xuất:

- Hiểu biết về di truyền giới tính được ứng dụng trong điều chỉnh tỉ lệ giới tính ở đàn vật nuôi nhằm tăng năng suất và đáp ứng yêu cầu sản xuất.

- Một số tính trạng phức tạp ở vật nuôi như sản lượng sữa, thành phần dinh dưỡng trong sữa, khả năng kháng bệnh viêm vú, tầm vóc cơ thể ở bò sữa được xác định là liên kết X. Dựa trên cơ sở di truyền liên kết giới tính của các tính trạng này, các nhà chọn giống có thể lựa chọn các tổ hợp lai phù hợp nhằm cải thiện chất lượng giống bò sữa.

a) Giải thích kết quả phép lai từ P$_{t/c}$đến F$_{1}$: P thuần chủng, F$_{1}$ thu được 100% ruồi thân xám, cánh dài, nên thân xám và cánh dài là tính trạng trội, thân đen và cánh cụt là tính trạng lặn. Cơ thể F$_{1}$ dị hợp về hai cặp gene, nhưng do allele trội là allele trội hoàn toàn nên cơ thể F$_{1}$ chỉ biểu hiện kiểu hình trội (100% thân xám, cánh dài).

b) P thuần chủng khác nhau về 2 tính trạng tương phản → F$_{1}$ dị hợp 2 cặp gen → Nếu gene quy định các tính trạng màu thân và chiều dài cánh phân li độc lập thì cơ thể F$_{1}$ cho ra 4 loại giao tử với tỉ lệ ngang nhau, dẫn đến kết quả phép lai phân tích hai tính trạng có tỉ lệ kiểu hình là 1 : 1 : 1 : 1.

Việc sử dụng phép lai phân tích trong thí nghiệm của Morgan giúp dễ dàng phát hiện các giao tử tái tổ hợp vì kết quả của phép lai có giao tử tái tổ hợp khác so với phép lai không có giao tử tái tổ hợp:

- Nếu chỉ liên kết gene thì F$_{1}$ chỉ cho 2 loại giao tử liên kết, dẫn đến kết quả phép lai chỉ có 2 loại kiểu hình liên kết (giống P).

- Nếu có hiện tượng tái tổ hợp (hoán vị gene) thì F$_{1}$ cho 2 loại giao tử liên kết và 2 loại giao tử tái tổ hợp, dẫn đến kết quả phép lai có 4 loại kiểu hình gồm 2 loại kiểu hình liên kết (giống P) và 2 loại kiểu hình tái tổ hợp (khác P).

- Ý nghĩa của liên kết gene đối với sự thích nghi của sinh vật và chọn, tạo giống vật nuôi, cây trồng:

+ Giúp duy trì các tổ hợp kiểu gene giúp sinh vật thích nghi với môi trường và tạo nên tính ổn định, đặc trưng ở các loài sinh vật.

+ Thiết lập nhóm liên kết của các gene quy định tính trạng có lợi để tạo các tổ hợp gene quy định các tính trạng mong muốn phù hợp với mục tiêu sản xuất của con người.

+ Sử dụng các chỉ thị phân tử thường là các đoạn trình tự nucleotide liên kết chặt với gene quy định tính trạng mong muốn để hỗ trợ việc sàng lọc, lựa chọn kiểu hình mong muốn của vật nuôi hay giống cây trồng.

- Ý nghĩa của hoán vị gene đối với sự thích nghi của sinh vật và chọn, tạo giống vật nuôi, cây trồng:

+ Tạo ra nguồn biến dị tổ hợp phong phú, tạo nguồn nguyên liệu cho quá trình tiến hóa và chọn giống.

+ Ứng dụng phá vỡ nhóm liên kết của gene quy định tính trạng không mong muốn nhằm tạo được giống mang tổ hợp nhiều tính trạng ưu việt.

- Nếu cặp vợ chồng này sinh con thì con của họ có nguy cơ bị bệnh máu khó đông.

- Giải thích:

+ Bệnh máu khó đông do gene lặn nằm trên nhiễm sắc thể giới tính X quy định.

+ Quy ước: Allele H – bình thường trội hoàn toàn so với allele h – bị bệnh máu khó đông.

+ Người bố bị bệnh (X$^{h}$Y) chắc chắn truyền allele gây bệnh cho người con gái nên người vợ sẽ mang allele gây bệnh, mà người vợ bình thường → Người vợ có kiểu gene dị hợp X$^{H}$X$^{h}$.

+ Người chồng bình thường có kiểu gene là X$^{H}$Y.

+ Ta có phép lai: X$^{H}$X$^{h}$ × X$^{H}$Y → Đời con: ¼ X$^{H}$X$^{H}$ : ¼ X$^{H}$X$^{h}$ : ¼ X$^{H}$Y : ¼ X$^{h}$Y.

Vậy nếu cặp vợ chồng này sinh con thì con của họ có nguy cơ bị bệnh máu khó đông với xác suất là 25%.

- Để tăng số lượng cá thể trong đàn lợn nuôi cần tăng số lượng cá thể cái trong đàn vì lợn cái là cá thể mang thai, sinh con, chăm sóc con sau sinh và một con lợn đực có khả năng giao phối với nhiều con lợn cái.

- Khi muốn tăng số lượng cá thể cái trong đàn lợn nuôi, cần lựa chọn tinh trùng mang nhiễm sắc thể X để tạo con giống vì tinh trùng mang X khi kết hợp với trứng mang X sẽ tạo thành hợp tử mang cặp nhiễm sắc thể giới tính XX, phát triển thành con cái.