HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Di truyền và Biến dị
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Nội dung
• 1. Cơ sở sinh học phân tử của di truyền học vi sinh vật • 2. Biến dị
- Biến nạp - Tải nạp
• 3. Đặc điểm di truyền học vsv và ý nghĩa thực tiễn
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
• Di truyền: truyền lại tính trạng của thế hệ trước với độ chính xác cao và
độ ổn định lớn cho thế hệ kế tiếp
• Biến dị: đặc tính ở thế hệ sau sai khác so với thế hệ trước đó ( có thể biến
mất hoặc thay đổi đặc tính vốn có hoặc xuất hiện các đặc tính mới)
• Biến dị và Di truyền là hai mặt đối lập và là đặc trưng cơ bản của sự sống
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vật chất di truyền – ADN & ARN
ADN: axit deoxiribonucleic
ARN: axit ribonucleic
ADN, ARN: là các polymer gồm nhiều các monomer liên kết với nhay Mỗi momer gồm 3 thành phần: bazơ, đường ribose (hoặc deoxiribose) và gốc phosphats
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
• Đơn vị vật chất di truyền chứa đựng các thông tin cần thiết cho việc hình thành,
Gen
Gen của eucaryote
khung đọc mở của sinh vật nhân thực chứa các đoạn intron không dịch mã mà sẽ được loại bỏ trước khi các đoạn exon được dịch mã.
phát triển và trao đổi chất
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Gen của procaryot Nhiều gene ở sinh vật nhân sơ được tổ chức thành các đơn vị operon, với nhiều trình tự mã hóa protein được phiên mã nằm trong nó
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Plasmid
• Là phân tử ADN ngắn nằm ngoài NST, có khả năng tự nhân, di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, có thể chuyền từ VK này sang VK khác
• Chứa các gen mã hoá cho nhiều đặc tính có thể giúp VK tồn tại dước các áp lực chọn lọc
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Một số plasmid
• Plasmid F (yếu tố giới tính): quyết định hiện tượng tiếp hợp ở vi
khuẩn như hình thành pili, thay đổi tính chất màng tế bào
• Transposome: chứa gen nhảy: là đoạn AND có hai đầu tận cùng là
chuỗi nu lặp lại ngược chiều nhau, có thể chuyển từ AND này sang ADN khác
• Plasmid R: chứa một hoặc nhiều gen kháng kháng sinh
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Sao mã - Replication
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Đột biến • Là biến đổi đột ngột tính trạng,
và di truyền được
• Cơ chế • - Đột biến điểm: cặp bazo này
bị thay thế bởi cặp khác
• - Hệ quả: câm, sai nghĩa, mất
nghĩa
• Đột biến lệch khung: một bazo bị chèm vào hoặc bị loại bỏ khỏi AND trong quá trình sao chép
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Đột biến
• Là biến đổi đột ngột tính trạng, và di truyền được • Cơ chế • Đột biến ADN Ø Đột biến điểm: cặp bazo này bị thay thế bởi cặp khác; Hệ quả: câm, sai nghĩa, mất
nghĩa
Ø Đột biến lệch khung: một bazo bị chèm vào hoặc bị loại bỏ khỏi AND trong quá
trình sao chép • Đột biến NST Ø Bao gồm mật đoạn, lặp đoạn, đảo đoạn, chuyển đoạn, đột biến số lượng
NST
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
DNA (antisense strand)
mRNA
Polypeptide
Normal gene
The antisense strand is the DNA strand which acts as the template for mRNA transcription
© 2016 Paul Billiet ODWS
GGTCTCCTCACGCCA ↓ CCAGAGGAGUGCGGU Codons ↓ Pro-Glu-Glu-Cys-Gly Amino acids
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Mutations: Substitutions
Normal gene Substitution mutation
GGTCACCTCACGCCA ↓
CCAGUGGAGUGCGGU
↓
Pro-Val-Glu-Cys-Gly
Substitutions will only affect a single codon Their effects may not be serious unless they affect an amino acid that is essential for the structure and function of the finished protein molecule (e.g. sickle cell anaemia)
© 2016 Paul Billiet ODWS
GGTCTCCTCACGCCA ↓ CCAGAGGAGUGCGGU Codons ↓ Pro-Glu-Glu-Cys-Gly Amino acids
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY No change
Normal gene Substitution mutation
GGTCTTCTCACGCCA ↓ CCAGAAGAGUGCGGU
↓ Pro-Glu-Glu-Cys-Gly
© 2016 Paul Billiet ODWS
GGTCTCCTCACGCCA ↓ CCAGAGGAGUGCGGU Codons ↓ Pro-Glu-Glu-Cys-Gly Amino acids
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Disaster
Normal gene Substitution mutation
GGTCTCCTCACTCCA ↓ CCAGAAGAGUGAGGU
↓ Pro-Glu-Glu-STOP
© 2016 Paul Billiet ODWS
GGTCTCCTCACGCCA ↓ CCAGAGGAGUGCGGU Codons ↓ Pro-Glu-Glu-Cys-Gly Amino acids
Mutations: Inversion
Inversion mutations, also, only affect a small part of the gene
Inversion mutation Normal gene
GGTCCTCTCACGCCA ↓ CCAGGAGAGUGCGGU
↓ Pro-Gly-Glu-Cys-Gly
© 2016 Paul Billiet ODWS
GGTCTCCTCACGCCA ↓ CCAGAGGAGUGCGGU Codons ↓ Pro-Glu-Glu-Cys-Gly Amino acids
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Mutations: Additions
A frame shift mutation
Normal gene Addition mutation
GGTGCTCCTCACGCCA ↓ CCACGAGGAGUGCGGU
↓ Pro-Arg-Gly-Val-Arg
© 2016 Paul Billiet ODWS
GGTCTCCTCACGCCA ↓ CCAGAGGAGUGCGGU Codons ↓ Pro-Glu-Glu-Cys-Gly Amino acids
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Mutations: Deletions
A frame shift mutation
Deletion mutation Normal gene
GGTC/CCTCACGCCA ↓ CCAGGGAGUGCGGU
↓ Pro-Gly-Ser-Ala-Val
© 2016 Paul Billiet ODWS
GGTCTCCTCACGCCA ↓ CCAGAGGAGUGCGGU Codons ↓ Pro-Glu-Glu-Cys-Gly Amino acids
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Tác nhân đột biến
ü Do tác nhân của môi trường ngoài cơ thể (thường là do tác động của
con người) như:
v Tác nhân vật lý: tia phóng xạ, tia cực tím, sốc nhiệt,... v Tác nhân hóa học: ảnh hưởng của nhiều chất hóa học
như nicotine, cosinsin, dioxine (chất độc da cam),...Tác nhân sinh học: vi-rút, vi khuẩn,....
ü Do nguyên nhân bên trong cơ thể: Những biến đổi bất thường trong sinh
lý, sinh hóa trong tế bào (xuất hiện một cách tự nhiên).
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
DNA tái tổ hợp – DNA Recombinant • DNA tái tổ hợp là phân tử DNA được tạo thành từ hai hay nhiều trình
tự DNA của các loài sinh vật khác nhau.
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Biến nạp - Transformation • Một đoạn AND tự do của VK cho vào được tế bào của VK nhận, gắn
vào bộ gen và quyết định tính chất mới của vi khuẩn này
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Tải nạp - Transduction
• Là hiện tượng chuyển
gen từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác nhờ phag
- Nhánh A của ống chứa vi khuẩn có khả năng tổng hợp tryptophan (trp+) - Nhánh B nuôi các vi khuẩn mất khả năng tổng hợp tryptophan (trp–) - Sau một thời gian nuôi bên nhánh B xuất hiện vi khuẩn có khả năng tổng hợp
tryptophan (trp+)
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Tải nạp - Transduction • Là hiện tượng chuyển gen từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác nhờ phage • Tải nạp phổ biến (chung) – generalized transduction
• Bất cứ gen nào của vi
khuẩn cũng có thể được tải nạp
• Tải nạp do gói nhần ADN của vk khi phage trưởng thành
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Tải nạp - Transduction • Là hiện tượng chuyển
gen từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác nhờ phage
• Tải nạp chuyên biệt –
specialized transduction • Gen được chuyển nằm sát chỗ prophage gắn vào
• Do kết quả sự cắt sai của prophage khi tách khỏi NST của tế bào chủ
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Tiếp hợp - Conjunction Là tình trạng 2 tế bào VK tiếp xúc trực tiếp với nhau bằng pili sinh dục và vật liệu di truyền được chuyển từ VK cho sang VK nhận qua cầu nối pili đó.
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
Ý nghĩa thực tiễn
• Cấu trúc sinh học đơn giản, dễ dàng nghiên cứu và triên khai ứng
dụng
• Mật độ canh trường lớn, dễ dàng thu nhận được các đột biến có lợi • Tốc độ sinh trưởng cao, từ một các thể đột biến sẽ thu được tập hợp
các cá thể đột biến
Carotenoid Cơ chất
β-carotene
Lipid
Trình tự DNA Đặc điểm hình thái
Khai thác cơ sở dữ liệu
Mật rỉ Bã sắn
Tăng hàm lượng β-carotene
Cải biến chủng
Tăng hàm lượng β-carotene
Thành phần bã sắn
Thành phần rỉ đường
Tro
Khác 30%
Khác 12%
Acid amine 3%
Sucrose 44%
Lignin 6%
Tinh bột 54%
Fructose 13%
Cellulose 26%
Gluose 10%
Tăng hoạt tính của các enzyme
Cải biến chủng nấm men sinh tổng hợp β-carotene
Vật lý
Phương pháp
Hóa học
Sử dụng công cụ gene
Cải biến chủng nấm men sinh tổng hợp β-carotene
Ảnh hưởng của tia UV đến sự sống của tế bào
100%
100%
80%
60%
Tế bào ở giữa pha log
40%
003%
20%
000%
0%
0,1 0,3 0,5 0,7 0,8 0,9 1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2
Pha loãng đến 5*104 tế bào/ml
Cấy trải lên môi trường PDA
Thời gian chiếu UV
UV 254 nm
Nuôi 25oC trong tối
Vật lý
Hình 1. Tác động của tia UV đối với DNA
Cải biến chủng nấm men sinh tổng hợp β-carotene
UV 40 chủng
