Tài liệu 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

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 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 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 - 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 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 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 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 ABD 1 giảm phân cho 2 loại giao tử: ABD = abd = abd 2 Ví dụ: Cơ thể có kiểu gen 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 loại giao tử trong đó có 2 loại giao tử liên kết có tỉ lệ bằng nhau ( 1 f ), 2 loại giao 2 f 2 tử có gen hoán vị có tỉ lệ bằng nhau ( ). ABD xảy ra trao đổi chéo đơn ở cặp gen Aa với tần số abd Ví dụ: Cơ thể có kiểu gen 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 chiếm tỉ lệ cao ( 1  ( f1  f2 ) f ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ vừa ( 1 ), 2 loại giao tử 2 2 chiếm tỉ lệ thấp ( f2 ). 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 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 loại giao tử chiếm tỉ lệ cao ( ( 1 ( f1 f 2 f 3 ) ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ vừa 2 f1 f 3 f 2 f3 ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ thấp ( ), 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ rất 2 2 thấp ( f3 ). 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 b. Trường hợp chỉ xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm, không xảy ra trao đổi chéo kép 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 6 loại kiểu hình Dựa vào 2 kiểu hình có tỉ lệ cao để xác định nhóm gen nằm trên cùng 1 NST. Xét 2 kiểu hình có tỉ lệ vừa nếu thấy có 2 cặp tính trạng luôn đi cùng với nhau giống như kiểu hình có tỉ lệ cao thì 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng liên kết hoàn toàn với nhau với nhau. Sự xuất hiện 2 kiểu hình này là do trao sự đổi chéo giữa cặp gen quy định cặp tính trạng còn lại. Cặp gen này nằm ở đầu mút của NST. Tương tự xét 2 kiểu hình có tỉ lệ bé nếu thấy có 2 cặp tính trạng luôn đi cùng với nhau giống như kiểu hình có tỉ lệ cao thì 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng liên kết hoàn toàn với nhau. Sự xuất hiện 2 kiểu hình có tỉ lệ bé là do trao sự đổi chéo giữa cặp gen quy định cặp tính trạng còn lại. Cặp gen này cũng nằm ở đầu mút còn lại của NST => Kiểu gen cơ thể đem lai. c. Trường hợp chỉ xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm, có xảy ra trao đổi chéo kép 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 8 loại kiểu hình Dựa vào 2 kiểu hình có tỉ lệ cao để xác định nhóm gen nằm cùng phía trên 1 NST. Xét 2 kiểu hình có tỉ lệ vừa nếu thấy có 2 cặp tính trạng luôn đi cùng với nhau giống như kiểu hình có tỉ lệ cao thì 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng liên kết hoàn toàn với nhau với nhau. Sự xuất hiện 2 kiểu hình này là do trao sự đổi chéo giữa cặp gen quy định cặp tính trạng còn lại. Cặp gen này nằm ở đầu mút của NST. Tương tự xét 2 kiểu hình có tỉ lệ bé nếu thấy có 2 cặp tính trạng luôn đi cùng với nhau giống như kiểu hình có tỉ lệ cao thì 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng liên kết hoàn toàn với nhau. Sự xuất hiện 2 kiểu hình này có tỉ lệ bé là do trao sự 9 đổi chéo giữa cặp gen quy định cặp tính trạng còn lại. Cặp gen này nằm ở đầu mút còn lại của NST => Kiểu gen cơ thể đem lai. Ta có thể dựa vào 2 kiểu hình có tỉ lệ rất bé để xác định kiểu gen cơ thể đem lai như sau: Hai kiểu hình có tỉ lệ rất bé tạo thành là do sự trao đổi chéo đồng thời của 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng ở 2 đầu mút, căn cứ vào nhóm gen liên kết quy định 2 kiểu hình có tỉ lệ cao ta xác định kiểu gen cơ thể đem lai. 5. 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 (Trong trưường hợp một gen quy định 1 tính trạng,các gen nằm trên NST thường) a. Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo đơn xảy ra tại 1 điểm * Phương pháp: Trước hết ta xét tỉ lệ kiểu hình ở thế hệ sau, nếu phép lai kết quả thu được gồm 4 loại kiểu hình trong đó có 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ cao và có 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ thấp. Khẳng định đây là phép lai phân tích tuân theo quy luật hoán vị gen và xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm trong nhóm gen liên kết. Trường hợp 1: Nếu bài toán cho biết tỉ lệ giao tử Tính tần số trao đổi chéo: f = Tổng tỉ lệ % 2 loại giao tử có tỉ lệ thấp Trường hợp 2: Nếu bài toán cho biết dưới dạng số lượng (hoặc tỉ lệ % kiểu hình) Tính tần số trao đổi chéo: f = Tổng tỉ lệ % 2 loại kiểu hình có tỉ lệ thấp Hoặc f = (Tổng số cá thể của 2 loại kiểu hình chiếm số lượng thấp) / (Tổng số cá thể thu được Fa) Ví dụ: Cho hai dòng thuần chủng lai với nhau được F1 đồng loạt chân cao, lông dài , quăn. Cho F1 lai với cơ thể khác được F2 có tỉ lệ kiểu hình : 41,75% Chân cao, lông dài, quăn 41,75% Chân thấp, lông ngắn, thẳng 8,25% Chân cao, lông ngắn, thẳng 8,25% Chân thấp, lông dài, quăn Hãy biện luận và viết sơ đồ lai từ P đến F2. Biết rằng mỗi gen quy định một tính trạng, các gen đều nằm trên NST thường. 10 (Bài 12, trang 348, tuyển tập 234 bài tập sinh học, Nguyễn Văn Sang, NXB Đại học quốc gia TP. HCM) Giải - Ta thấy ở F2 gồm 4 loại kiểu hình đôi một bằng nhau => 3 cặp gen đang xét cùng nằm trên cùng 1 cặp NST thường. Đây là phép lai phân tích tuân theo quy luật hoán vị gen và xảy ra trao đổi chéo đơn tại một điểm trong nhóm gen liên kết. - Hai loại kiểu hình có tỉ lệ cao là do giao tử có gen liên kết hoàn toàn tạo thành nên các gen quy định các tính trạng Chân cao, lông dài, quăn nằm trên cùng 1 NST và các gen quy định các tính trạng Chân thấp, lông ngắn, thẳng nằm trên cùng 1 NST. Các tính trạng lông dài, quăn cũng như lông ngắn, thẳng luôn được di truyền cùng nhau, điều đó chứng tỏ các gen quy định các tính trạng này ở trạng thái liên kết hoàn toàn, còn trao đổi chéo xảy ra giữa cặp gen quy định chiều cao chân (Aa). - Kiểu gen của F1 là : ABD abd - Kiểu gen cá thể khác là: hoặc abd abd ADB adb hoặc adb adb - Tần số hoán vị gen là: f = 8,25% + 8,25% = 16,5% b. Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo đơn xảy ra tại 2 điểm và không có trao đổi chéo kép *Phương pháp: Ta xét tỉ lệ kiểu hình ở thế hệ sau, nếu kết quả phép lai thu được gồm 6 loại kiểu hình trong đó có 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ cao và có 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ vừa, có 2 kiểu hình còn lại bằng nhau chiếm tỉ lệ bé. Khẳng định đây là phép lai phân tích tuân theo quy luật hoán vị gen và xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm và không có trao đổi chéo kép. Trường hợp 1: Nếu bài toán cho biết tỉ lệ giao tử Tính tần số trao đổi chéo đơn giữa 2 gen liền kề: f1 = Tổng tỉ lệ % 2 loại giao tử có tỉ lệ vừa f2 = Tổng tỉ lệ % 2 loại giao tử có tỉ lệ bé Trường hợp 2: Nếu bài toán cho biết dưới dạng số lượng (hoặc tỉ lệ % kiểu hình) 11 Tính tần số trao đổi chéo đơn giữa 2 gen liền kề: f1 = Tổng tỉ lệ % 2 loại kiểu hình có tỉ lệ vừa Hoặc f1 = (Tổng số cá thể của 2 loại kiểu hình chiếm số lượng vừa) / (Tổng số cá thể thu được Fa) f2 = Tổng tỉ lệ % 2 loại kiểu hình có tỉ lệ bé Hoặc f2 = (Tổng số cá thể của 2 loại kiểu hình chiếm số lượng bé) / (Tổng số cá thể thu được Fa) + 100% - tổng tỉ lệ % 2 kiểu hình có tỉ lệ cao. Đây là khoảng cách giữa 2 gen đầu mút, đồng thời cũng là tổng 2 tần số trao đổi chéo tại 2 điểm. Ví dụ 1: Cho hai dòng thuần chủng lai với nhau được F1 đồng loạt cây quả đỏ, tròn, ngọt. Cho F1 lai phân tích thu được kiểu hình như sau: 110 cây quả đỏ, tròn, ngọt 66 cây quả vàng, dẹt, ngọt 108 cây quả vàng, dẹt, chua 18 cây quả đỏ, dẹt, ngọt 68 cây quả đỏ, tròn, chua 20 cây quả vàng, tròn, chua - Xác định trình tự và khoảng cách sắp xếp của các gen. Biết rằng mỗi gen quy định một tính trạng, các gen đều nằm trên NST thường. (Bài 2, trang 131, Bài tập di truyền học, Nguyễn Minh Công, Lê Đình Trung, NXB Giáo dục) Giải - Kết quả lai phân tích cho ra 6 loại KH => cá thể dị hợp tạo ra 6 loại giao tử, 3 cặp gen liên kết không hoàn toàn, trao đổi chéo xảy ra tại 2 điểm không cùng lúc. - Kiểu hình cây quả đỏ, tròn, ngọt và kiểu hình cây quả vàng, dẹt, chua chiếm tỉ lệ cao nên 3 gen A, B, D nằm trên cùng 1 NST và 3 gen a, b, d nằm trên cùng 1 NST khác của cặp NST tương đồng. - Dựa vào kiểu hình cây quả đỏ, tròn, ngọt và kiểu hình cây quả vàng, dẹt, chua, ta thấy 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ cao vừa có cặp tính trạng quả đỏ, tròn cũng như cặp tính trạng quả vàng, dẹt luôn di truyền cùng nhau điều đó chứng tỏ các gen quy định tính trạng này liên kết hoàn toàn. Sự xuất hiện 2 kiểu hình có tỉ lệ vừa là do trao đổi chéo xảy ra giữa 2 alen quy định hương vị quả (Dd). 12 - Tương tự dựa vào kiểu hình cây quả đỏ, tròn, ngọt và kiểu hình cây quả vàng, dẹt, chua chiếm tỉ lệ cao, ta thấy 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ bé có cặp tính trạng quả đỏ, ngọt cũng như cặp tính trạng quả vàng, chua luôn di truyền cùng nhau điều đó chứng tỏ các gen quy định tính trạng này liên kết hoàn toàn. Sự xuất hiện 2 kiểu hình có tỉ lệ bé là do trao đổi chéo xảy ra giữa 2 alen quy định hình dạng quả (Bb). Như vậy gen quy định hương vị quả và gen quy định hình dạng quả nằm ở 2 đầu mút. Do vậy kiểu gen của F1 là: BAD bad - Xác định tần số hoán vị f1 và f2 + Tổng số cá thể thu được ở phép lai là: 110 + 108 + 68 + 66 + 18 + 20 = 390 + Tỉ lệ 2 loại kiểu hình có số lượng lớn là: 110  108 x 100%  55,9% 390 => Khoảng cách của 2 gen đầu mút (B và D): 100% - 55,9% = 44,1% = 44,1cM => Khoảng cách giữa gen A và B là: f1 = 18  20 x 100%  9,7% = 9,7cM 390 => Khoảng cách giữa gen A và D là: f2 = 68  66 x 100%  34,4% = 34,4cM 390 Ví dụ 2. Cho F1 dị hợp tử 3 cặp gen lai phân tích, FB thu được như sau : 165 cây có kiểu gen: A-B-D- 88 cây có kiểu gen: A-B-dd 163 cây có kiểu gen: aabbdd 20 cây có kiểu gen: A-bbD- 86 cây có kiểu gen: aabbD- 18 cây có kiểu gen: aaB-dd Biện luận và xác định kiểu gen của cây dị hợp nói trên và lập bản đồ về 3 cặp gen đó? Giải - Kết quả lai phân tích cho ra 6 loại KH => cá thể dị hợp tạo ra 6 loại giao tử, 3 cặp gen liên kết không hoàn toàn, trao đổi chéo xảy ra tại 2 điểm không cùng lúc. - Tương tự cách biện luận ở ví dụ 1 => trật tự gen trên NST là BAD => KG của cây dị hợp là: BAD bad - Khoảng cách giữa các gen: + Tổng số cá thể thu được ở phép lai là: 165 + 163 + 86 + 88 + 20 + 18 = 540 + Hai loại KG có tỉ lệ lớn: [(165+ 163)/540] x 100% = 61% 13 => khoảng cách giữa B và D là : 100% - 61% = 39% = 39cM => khoảng cách AD là: [(88 + 86) / 540] x 100% = 32% = 32cM => khoảng cách BA là : [(20 +18) / 540] x 100% = 7% = 7cM c. Phương pháp xác định tần số trao đổi chéo xảy ra tại 2 điểm và có trao đổi chéo kép Trước tiên ta đi xét tỉ lệ kiểu hình ở thế hệ sau, nếu kết quả thu được gồm 8 loại kiểu hình trong đó có 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ cao và có 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ vừa, có 2 kiểu hình còn lại bằng nhau chiếm tỉ lệ bé, 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ rất bé. Khẳng định đây là phép lai phân tích tuân theo quy luật hoán vị gen, xảy ra trao đổi chéo tại đơn tại 2 điểm và có trao đổi chéo kép. * Nhận xét: Vì tần số trao đổi chéo giữa 2 gen liền kề phải bằng tần số trao đổi chéo đơn giữa 2 gen liền kề cộng với tần số trao đổi chéo kép. Ví dụ nếu kiểu gen ABD và có trao đổi chéo kép xảy ra thì tần số trao đổi chéo abd giữa 2 gen A và B sẽ bằng tần số trao đổi chéo đơn giữa A và B cộng với tần số trao đổi chéo kép giữa B với A và B với D đồng thời xảy ra. *Do đó khoảng cách giữa 2 gen liền kề trên bản đồ gen sẽ bằng tần số trao đổi chéo đơn cộng với tần số trao đổi chéo kép thực tế. f = Tần số trao đổi chéo đơn + Tần số trao đổi chéo kép thực tế. Trường hợp 1: Đề bài cho dưới dạng số lượng kiểu hình f1 = (Số cá thể 2 KH chiếm số lượng vừa + Số cá thể 2 KH số lượng bé nhất)/Tổng số cá thể Fa f2 = (Số cá thể 2 KH chiếm số thấp + Số cá thể 2 KH số lượng bé nhất) / Tổng số cá thể Fa Trường hợp 2: Đề bài cho dưới dạng tỉ lệ kiểu hình (hoặc tỉ lệ giao tử) f1 = Tổng tỉ lệ 2 giao tử (hoặc KH) chiếm tỉ lệ vừa + tổng tỉ lệ 2 giao tử có tỉ lệ bé nhất 14 f2 = Tổng tỉ lệ 2 giao tử (hoặc KH) chiếm tỉ lệ thấp + tổng tỉ lệ 2 giao tử có tỉ lệ thấp - Tần số trao đổi chéo kép thực tế (ftt) ftt = (Số cá thể do chéo kép thực tế quan sát được) / Tổng số cá thể Fa ftt = Tổng tỉ lệ % của 2 kiểu hình bé nhất hoặc ftt = Tổng tỉ lệ % của 2 loại giao tử chiếm tỉ lệ bé nhất - Tần số trao đổi chéo kép lý thuyết (flt) phải bằng tích số khoảng cách giửa 2 gen liền kề AB và BD trên bản đồ gen, nghĩa là bằng tích số tần số trao đổi chéo giữa 2 gen liền kề AB và BD chứ không phải bằng tích số 2 tần số trao đổi chéo đơn. flt = Tích số khoảng cách của 2 gen liền kề (AB và BD) trên bản đồ gen flt = Tích số tần số trao đổi chéo đơn giữa 2 gen liền kề (AB và BD) - Khoảng cách giữa 2 gen đầu mút trên bản đồ gen (D) D = (Số cá thể do TĐC đơn 1 + Số cá thể do TĐC đơn 2 + 2 lần số cá thể do TĐC kép) / Tổng số cá thể Fa Hoặc D = tổng tần số trao đổi chéo đơn tại 2 điểm liền kề. - Hệ số trùng hợp (C) C = Tần số hoán vị kép thực tế / Tần số hoán vị kép lý thuyết Ví dụ 1: Qua phép lai phân tích người ta xác định được cơ thể dị hợp tử về 3 cặp gen đã tạo ra 8 loại giao tử với tỉ lệ như sau: Giao tử chứa (A, B, D) = (a, b, d) = 35%; giao tử (A, B, d) = (a, b, D) = 9,5%; giao tử (A, b, D) = (a, B, d) = 1; giao tử (a, B, D) = (A, b, d) = 4,5%. Hãy xác định trình tự và khoảng cách giữa các gen. (Bài 11, trang 108, Bồi dưỡng học sinh giỏi Sinh học 12, Phan Khắc Nghệ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội) Giải - Ta nhận thấy có 8 loại giao tử tạo thành 4 nhóm không bằng nhau chứng tỏ 3 cặp gen cùng nằm trên một cặp NST có xảy ra trao đổi chéo đơn tại hai điểm và trao đổi chéo kép. 15 - Hai loại giao tử (A, B, D) = (a, b, d) = 35% => chiếm tỉ lệ lớn nhất, đây là giao tử liên kết. Điều này chứng tỏ các gen A, B, D cùng nằm trên một NST. Tương ứng với các gen A, B, D thì các gen a, b, d cũng nằm trên một NST. - Hai loại giao tử (A, b, D) = (a, B, d) = 1% => chiếm tỉ lệ thấp nhất nên đây là giao tử được hình thành do trao đổi chéo kép. - So sánh giao tử trao đổi chéo kép (aBd) với giao tử liên kết (abd) ta thấy ở giao tử trao đổi chéo kép chỉ có gen B được thay đổi vị trí so với ban đầu => gen B năm giữa A và D. => Trình tự các gen trên NST là: A B D Vậy khoảng cách các gen là: - Khoảng cách giữa A và B là: (4,5% + 4,5%) +(1% + 1%) = 11% = 11cM - Khoảng cách giữa B và D là: (9,5% + 9,5%) + (1% + 1%) = 21% = 21cM - Khoảng cách giữa A và D là: 11% + 21% = 32% = 32cM Ví dụ 2: Cho hai dòng thuần chủng lai với nhau được F1 đồng loạt cây quả đỏ, tròn, ngọt. Cho F1 lai với cây khác thu được kiểu hình như sau: 146 cây quả đỏ, tròn, ngọt 39 cây quả đỏ, dẹt, chua 147 cây quả vàng, dẹt, chua 40 cây quả vàng, tròn, ngọt 69 cây quả đỏ, tròn, chua 8 cây quả đỏ, dẹt, ngọt 66 cây quả vàng, dẹt, ngọt 6 cây quả vàng, tròn chua - Xác định trình tự và khoảng cách sắp xếp của các gen. - Xác định hệ số trùng hợp Biết rằng mỗi gen quy định một tính trạng, các gen đều nằm trên NST thường. (Bài 2, trang 131, Bài tập di truyền học, Nguyễn Minh Công, Lê Đình Trung, NXB Giáo dục) Giải - Phép lai quả thu được gồm 8 loại kiểu hình => đây là phép lai phân tích tuân theo quy luật hoán vị gen và xảy ra trao đổi chéo đơn tại 2 điểm và có trao đổi chéo kép. - Kiểu hình cây quả đỏ, tròn, ngọt và kiểu hình cây quả vàng, dẹt, chua chiếm tỉ lệ cao nên 3 gen A, B, D nằm trên cùng 1 NST và 3 gen a, b, d nằm trên cùng 1 NST khác của cặp NST tương đồng. 16 - So với kiểu hình quả đỏ, tròn, ngọt và kiểu hình quả vàng, dẹt, chua chiếm tỉ lệ cao, ta thấy 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ vừa có cặp tính trạng quả đỏ, tròn cũng như cặp tính trạng quả vàng, dẹt luôn di truyền cùng nhau điều đó chứng tỏ các gen quy định tính trạng liên kết hoàn toàn. Sự xuất hiện 2 kiểu hình chiếm tỉ lệ vừa là do trao đổi chéo xảy ra giữa 2 alen quy định hương vị quả (Dd). - Tương tự so với kiểu hình quả đỏ, tròn, ngọt và kiểu hình quả vàng, dẹt, chua chiếm tỉ lệ cao, ta thấy 2 loại kiểu hình bằng nhau chiếm tỉ lệ thấp có cặp tính trạng quả tròn, ngọt cũng như cặp tính trạng quả dẹt, chua luôn di truyền cùng nhau điều đó chứng tỏ các gen quy định tính trạng liên kết hoàn toàn. Sự xuất hiện 2 kiểu hình chiếm tỉ lệ thấp là do trao đổi chéo xảy ra giữa 2 gen quy định màu sắc quả (Aa). Như vậy gen quy định màu sắc quả và gen quy định hương vị quả nằm ở 2 đầu mút. => Kiểu gen của F1 là: ABD abd , kiểu gen của cây khác là: abd abd - Xác định tần số hoán vị f1, f2 và tần số trao đổi chéo kép (f3). Tính hệ số trùng hợp (C) + Tổng số cá thể thu được ở phép lai là: 146 + 147 + 69 + 66 + 39 + 40 + 8 + 6 = 521 + Khoảng cách giữa B và D là: f1 = 69  66  8  6 x 100%  28,60% = 28,60cM 521 + Khoảng cách giữa A và B là: f2 = 39  40  8  6 x 100%  17,85% = 17,85cM 521 + Tần số trao đổi chéo kép thực tế là: f3 = + Hệ số trùng hợp C  86 x 100%  2,68% 521 0,0268  0,525 0,1785 x 0,2860 6. Nhận xét Việc đưa ra công thức trên để áp dụng giải quyết các bài toán là quan trọng nhưng khi áp dụng bắt buộc phải xác định đúng giao tử hay kiểu hình trao đổi chéo đơn tại các điểm, điều này gây mất thời gian và dễ nhầm lẫn. Nên ngoài công thức tôi đã trình bày ở trên, tôi cũng đã nghiên cứu ra phương pháp khác giúp các 17 em làm nhanh hơn mà không cần xác định giao tử hay kiểu hình xảy ra trao đổi chéo đơn ở điểm nào. Các em có thể làm như sau: Giả sử trật tự phân bố các gen là ABD * Nếu bài toán cho tỉ lệ các loại giao tử thì: - Khoảng cách giữa A và B = Ab + aB - Khoảng cách giữa B và D = Bd + bD (Nghĩa là khoảng cách giữa A và B bằng tổng tỉ lệ các giao tử chứa A-bb và các giao tử chứa aaB-; tương tự khoảng cách giữa B và D bằng tổng tỉ lệ các giao tử chứa B-dd và các giao tử chứa bbD-). * Nếu bài toán cho số lượng cá thể (hay tỉ lệ kiểu hình) - Khoảng cách giữa A và B = (số cá thể có kiểu hình A-bb + số cá thể có kiểu hình aaB-) / Tổng số cá thể thu được - Khoảng cách giữa B và D = (số cá thể có kiểu hình B-dd + số cá thể có kiểu hình bbD-) / Tổng số cá thể thu được Chú ý: Công thức trên không áp dụng cho 2 gen đầu mút, khoảng cách của 2 gen đầu mút bằng tổng trao đổi chéo đơn tại 2 điểm liền kề Chúng ta có thể xác định khoảng cách của các ví dụ trên như sau: Ví dụ 1: Qua phép lai phân tích người ta xác định được cơ thể dị hợp tử về 3 cặp gen đã tạo ra 8 loại giao tử với tỉ lệ như sau: Giao tử chứa (A, B, D) = (a, b, d) = 35%; giao tử (A, B, d) = (a, b, D) = 9,5%; giao tử (A, b, D) = (a, B, d) = 1%; giao tử (a, B, D) = (A, b, d) = 4,5%. Hãy xác định trình tự và khoảng cách giữa các gen. (Bài 11, trang 108, Bồi dưỡng học sinh giỏi Sinh học 12, Phan Khắc Nghệ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội) Giải: - Trình tự các gen trên NST là: A B D (như đã trình bày ở ví dụ 1 phần 5c) - Khoảng cách giữa A và B = (A, b, d) + (A, b, D) + (a, B, D) + (a, B, d) = 4,5% + 1% + 4,5% + 1% = 11% = 11cM - Khoảng cách giữa B và D = (A, B, d) + (a, B, d) + (a, b, D) + (A, b, D) = 9,5% + 1% + 9,5% + 1% = 21% = 21cM - Khoảng cách giữa A và D ( hai gen đầu mút) là: 11% + 21% = 32% = 32cM 18 Ví dụ 2: Cho hai dòng thuần chủng lai với nhau được F1 đồng loạt cây quả đỏ, tròn, ngọt. Cho F1 lai với cây khác thu được kiểu hình như sau: 146 cây quả đỏ, tròn, ngọt 39 cây quả đỏ, dẹt, chua 147 cây quả vàng, dẹt, chua 40 cây quả vàng, tròn, ngọt 69 cây quả đỏ, tròn, chua 8 cây quả đỏ, dẹt, ngọt 66 cây quả vàng, dẹt, ngọt 6 cây quả vàng, tròn chua - Xác định trình tự và khoảng cách sắp xếp của các gen. Biết rằng mỗi gen quy định một tính trạng, các gen đều nằm trên NST thường. (Bài 2, trang 131, Bài tập di truyền học, Nguyễn Minh Công, Lê Đình Trung, NXB Giáo dục) Giải - Trình tự các gen trên NST là: A B D (như đã trình bày ở ví dụ 2 phần 5c) - Khoảng cách giữa A và B = (A-bb + aaB-) = (39 + 40 + 8+ 6)/ 521 = 17,85% - Khoảng cách giữa B và D = (B-dd + bbD-) = (69 + 66 + 8+ 6)/ 521= 28,60% - Khoảng cách giữa A và D (hai gen đầu mút) = 17,85% + 28,60% = 46,45% Chú ý: Để tránh nhầm lẫn khi xác định khoảng cách và tần số trao đổi chéo cần lưu ý: - Tần số trao đổi chéo kép KHÔNG đồng nhất với trường hợp xảy ra 2 trao đổi chéo đơn. Việc xảy ra trao đổi chéo đơn tại hai điểm xảy ra đồng thời (cùng lúc) thì đó là trao đổi chéo kép. - Tần số trao đổi chéo kép lý thuyết (flt) phải bằng tích số khoảng cách giửa 2 gen liền kề AB và BD trên bản đồ gen, nghĩa là bằng tích số tần số trao đổi chéo giữa 2 gen liền kề AB và BD chứ không phải bằng tích số 2 tần số trao đổi chéo đơn. - 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. Để đánh giá kết quả người ta dùng hệ số trùng hợp 19 III. KẾT QUẢ Những năm vừa qua tôi đều tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi, luyện thi Đại học - Cao đẳng thường thì tôi chỉ chú trọng đến dạng bài trao đổi chéo đơn, nhưng tôi nhận thấy trong đề thi Olympic quốc tế có ra liên quan đến trao đổi chéo tại nhiều điểm và trao đổi chéo kép. Kể cả đề thi đại học cũng có dạng bài trao đổi chéo tại 2 điểm. Trong năm học 2013 – 2014 trước khi hướng dẫn cách giải này cho học sinh thì gần như không học sinh nào giải được thậm chí cả mấy em học sinh trong đội tuyển học sinh giỏi của trường. Nhưng khi áp dụng đề tài này tôi nhận thấy các em tham gia trong đội tuyển em nào cũng dễ dàng làm được. Tôi thử nghiệm mỗi dạng 3 bài trong dạy khối đối với lớp 12 A và học sinh 12 B, kết quả là: Lớp 12A(39) Lớp 12B(36) Số học sinh làm được 21 (53,85%) 16 (44,44%) Số học sinh không làm 18 (46,15%) 20 (55,56%) được, hoặc chỉ làm được một phần. Đây là một dạng bài tập khó bước đầu áp dụng mặc dù chỉ có 3 bài áp dụng và số lượng học sinh làm được cũng chưa nhiều, nhưng cũng đã tạo cho các em niềm tin và lòng đam mê môn học, tôi hy vọng đề tài sẽ đóng góp phần nhỏ giúp các đồng nghiệp và học sinh làm tài liệu luyện thi hiệu quả. Rất mong nhận được sự góp ý chân thành của quý thầy cô để tôi có thể hoàn thiện và mở rộng đề tài hơn nữa. Xin chân thành cảm ơn! 20