Di truyền học: Phần 2 - Trần Trung

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:136

Thêm vào BST

Báo xấu

163
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Di truyền học: Phần 2 gồm nội dung từ chương 7 đến hết chương 13, trình bày về di truyền học vi khuẩn, di truyền học virus, di truyền học vi nấm và vi tảo, di truyền tế bào chất, sự điều hòa biểu hiện của gene, đột biến gene, tái tổ hợp và các yếu tố di truyền di động, đột biên nhiễm sắc thể.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Di truyền học: Phần 2 - Trần Trung

Chương 7 Di truy n h c Vi khuân M c tiêu c a chương Gi i thi u cac hi n tương di truy n ơ vi khu n, sư chuyên vi va cơ sơ di truy n tinh khang thuôc cua cac vi khu n gây b nh. N i dung I. Ưu th và các ñ c ñi m c a ñ i tư ng vi sinh v t 1. Th i gian th h ng n, t c ñ sinh s n nhanh Trong ñi u ki n thu n l i, t bào E.coli có th phân chia 1 l n trong 20 phút, còn bacteriophage trong th i gian 30-40 phút có th t o ra hàng trăm cá th , n m men có th chia t bào trong 2 gi . ð c ñi m nghiên c u di truy n h c là theo dõi qua nhi u th h nên các ñ i tư ng vi sinh v t giúp rút ng n ñáng k th i gian thí nghi m. N u so sánh th i gian th h c a ru i gi m (2 tu n), c a chu t (2 tháng), c a ngư i (20 năm) thì các vi sinh v t ưu th hơn h n. 2. Có s tăng v t s lư ng cá th Trong ñi u ki n ñ dinh dư ng các vi sinh v t sinh s n nhanh t o qu n th có s lư ng cá th ñ l n, có th có s lư ng 1010 -10 12 t bào.. T bào E.coli có ñư ng kính 1 µ n u ñ dinh dư ng thì trong 44 gi có th m t o sinh kh i b ng qu ñ t. Ru i d m là ñ i tư ng thu n l i cho nghiên c u di truy n h c qu n th , nhưng cũng ch ñ t 10 5 - 106 cá th . Nh s lư ng cá th l n có th phát hi n ñư c các s ki n di truy n hi m hoi v i t n s 10 -8- 10-11. Như v y s lư ng cá th l n s giúp nâng cao năng su t phân gi i di truy n t c kh năng phát hi n các ñ t bi n và tái t h p có t n s xu t hi n r t nh . 123
Ngoài ra vi c nuôi c y vi sinh v t không c ng k nh, ít t n di n tích, môi trư ng nuôi c y d ki m soát theo các công th c ch t ch . 3. Có c u t o b máy di truy n ñơn gi n vi sinh v t có c u t o b máy di truy n là DNA tr n, d ti n hành thí nghi m tr c ti p trên DNA cũng như d chi t tách, tinh s ch, s locus cũng ít hơn so v i các sinh v t khác. Các vi n m và vi t o có th t n t i d ng ñơn b i (n) v i th i gian dài trong chu trình s ng nên các gen l n có th ñư c bi u hi n ra ki u hình. Ngoài ra các vi sinh v t k trên còn có tr ng thái lư ng b i (2n) nên cũng d dàng th c hi n phân tích tái t h p. Các tính tr ng vi sinh v t ñơn gi n. ð i v i các tính tr ng sinh hóa hay tính ñ kháng d s d ng môi trư ng ch n l c ñ phát hi n. 4. D nghiên c u b ng các k thu t v t lý và hóa h c ða s các vi sinh v t có c u t o ñơn bào nên qu n th c a chúng có ñ ñ ng nh t cao hơn so v i các sinh v t có b máy ña bào b t ngu n t nhi u lo i mô khác nhau. C u t o t bào vi sinh v t ñơn gi n, d ch t tách tinh s ch DNA Có th nuôi vi sinh v t ñ ng nh t t c ña s các t bào nh ng giai ño n phát tri n g n gi ng nhau. Ví d : n m men nuôi trên môi trư ng có b sung acetat, t t c các t bào n m men ñ u t o bào t . T o Chlorella khi nuôi trong t i 18-19 gi , t t c chúng ñ u th c hi n phân chia gi m nhi m. II. ð c ñi m c a di truy n vi sinh v t - Khu n l c (dòng t bào) là 1 c m t bào có ngu n g c t 1 t bào ban ñ u - Ch ng: dòng t bào mang 1 ñ c ñi m di truy n nào ñó. Các ñ t bi n vi sinh v t thư ng ñư c phát hi n theo s bi n ñ i các tính tr ng sau: - Hình thái: kích thư c, hình d ng t bào hay khu n l c, có màng nhân hay không... 124
- Sinh hóa: s hi n di n c a các s c t , màu s c ñ c trưng... - Nuôi c y: ki u hô h p, ki u dinh dư ng, nhu c u ñòi các nhân t tăng trư ng... - Tính ñ kháng: kháng thu c, kháng phage, ch u nhi t... - Mi n nhi m: ph n ng kháng nguyên, kháng th ... Các ñ t bi n có th xu t hi n ng u nhiên hay do gây t o nh các tác nhân gây ñ t bi n. M i gen có t n s ñ t bi n ñ c trưng. ð c ñi m c a tái t h p vi khu n: Các sinh v t Prokaryote như vi khu n, virus có quá trình sinh s n tương ñương sinh s n h u tính g i là quá trình sinh s n c n h u tính (parasexuality), quá trình này có các ñ c ñi m: - S truy n thông tin m t chi u t t bào th cho sang t bào th nh n. - S t o thành h p t m t ph n (merozygote). T bào th cho (donor) chuy n m t ño n c a b gen sang t bào th nh n (recipient), nên ch lư ng b i m t ph n, còn các ph n khác ñơn b i. - B gen thư ng ch là DNA tr n, nên ch có m t nhóm liên k t gen và tái t h p th c ch t là lai phân t . III. Sinh h c c a vi khu n 1. C u t o t bào và sinh s n: T bào E.coli có chi u dài kho ng 2 µ Bên ngoài có vách t bào, m. k trong là màng sinh ch t. Mezosome là c u trúc x p l i c a màng sinh ch t có th liên quan ñ n phân bào ch t di truy n t o nên nucleotid. Các tiêm mao giúp cho s v n ñ ng c a t bào. Thông tin c a t bào vi khu n n m trên m t phân t DNA m ch kép vòng tròn ñơn ñư c g i là genophore, hay "NST". G n ñây ñã phát hi n th y r ng ít nh t m t s vi khu n DNA t o thành ph c h p v i protein có tính base ñ hình thành s i nhi m s c như histon NST Eukaryote. Ngoài ra m t s vi khu n còn có thêm plasmid là phân t DNA vòng tròn nh có kh năng sao chép ñ c l p. 125
Phân t DNA g n tr c ti p vào màng sinh ch t. S sao chép DNA t o ra 2 b n sao g n chung nhau trên màng sinh ch t. Khi t bào kéo dài ra các b n sao DNA tách xa nhau do ph n màng gi a chúng l n d n ra. Ki u sinh s n vô tính này ñư c g i là ng t ñôi (Binary fission). T bào vi khu n chia nhanh hơn r t nhi u so v i t bào Eukaryote. Quá trình sao chép DNA ñư c b t ñ u t ñi m xu t phát Ori kéo dài v 2 phiasong song v i quá trình kéo dài màng sinh ch t, nơi có ñi m g n vào c a DNA b gen, m c dài tách 2 phân t DNA v 2 t bào con. Hình 7.1 t bào vi khu n E. coli Hình 7.2 T bào vi khu n phân chia theo tr c phân. 1 26 1 26
2. ð c ñi m nuôi c y T bào vi khu n có th nuôi trên môi trư ng l ng có b sung các mu i vô cơ thi t y u. M t ñ có th ñ t 109 t bào/ml. Có th nuôi vi khu n trong môi trư ng r n có agar trong các h p petri ñ t ng t bào m c thành khu n l c d quan sát. IV. Bi n n p ( Transformation) 1. Hi n tư ng và ñi u ki n - ð nh nghĩa: bi n n p là hi n tư ng truy n thông tin di truy n b ng DNA. 127
Hinh 7.3 Biên nap cua vi khuân Trong bi n n p DNA tr n t m t t bào vi khu n th cho này ñư c truy n sang t bào vi khu n th nh n khác. Khi t bào vi khu n b v do làm tan, DNA vòng tròn c a chúng thoát ra môi trư ng thành các ño n th ng v i chi u dài khác nhau có kh năng gây bi n n p cho các t bào th nh n khác. Hi n tư ng bi n n p ñư c nghiên c u nhi u các ñ i tư ng: Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, Haemophilus parainfluenzae - ði u ki n th c hi n bi n n p: Hi u qu c a bi n n p ph thu c vào 3y ut : + Tính dung n p c a t bào th nh n. Nh ng t bào dung n p trên b m t có các nhân t dung n p. Ngư i ta có th t o kh năng dung n p c a t bào th nh n b ng m t s x lý. Ví d : Streptococcus pneumoniae: 30 - 80 ñi m nh n Haemophilus influenzae: 4-8 ñi m nh n + DNA th c hi n bi n n p c a th cho ph i d ng m ch kép, n u DNA b bi n tính d ng m ch ñơn riêng l không cho hi u qu bi n n p. Thư ng DNA bi n n p là m t ño n nh . vi khu n E.coli ño n DNA bi n n p kho ng 1/250 - 1/500 genom c a vi khu n. ðo n t t bào cho xâm nh p vào t bào nh n ñư c g i là ño n ngo i lai (exogenote), DNA nguyên v n c a t bào nh ñư c g i là ño n n i t i (endogenote). T bào vi khu n nh n ño n ngo i lai s lư ng b i m t ph n b gen ñư c g i là h p t t ng ph n (merozygote). Tuy nhiên, ño n ngo i lai m ch ñơn không b n v ng và b phân h y n u không ñư c g n vào b gen th nh n. Quá trình trao ñ i thông tin di truy n b ng chuy n ch m t ph n v t li u di truy n t t bào này sang t bào khác ñư c g i là s giao n p t ng ph n (meromixis). 2. Cơ ch bi n n p 2.1. Xâm nh p c a DNA giai ño n này, DNA có th g n v i ñi m nh n c a màng t bào.Quá trình g n này có th là thu n ngh ch, nó có th g n vào r i nh ra. 128
S i DNA m ch kép c a dòng vi khu n S sau khi chui qua màng t bào c a dòng vi khu n R thì m t m ch c a S s b nuclease c a t bào c t, còn l i m t m ch nguyên. 129 129
Hinh 7.4 Cơ chê biên nap tư nhiên 2.2. B t c p DNA c a th nh n R s bi n tính tách r i 2 m ch m t ño n ñ b t c p v i ño n DNA th cho S v a chui vào. ðo n DNA c a R ño n có DNA c a S b t c p s b c t ñ t và ñ y ra. Trong quá trình b t c p, có nh ng ño n không tương ñ ng thì s hình thành nên nh ng vòng l i, nh ng ño n ñó g i là Heteroduplex. Còn các ño n b t c p tương ñ ng g i là Homoduplex. 2.3. Sao chép Sau khi b t c p s t o phân t DNA có ño n lai R-S, ti n hành sao chép ñ t o ra hai s i kép: m t s i kép R-R và m t s i kép khác có mang ño n DNA th nh n S-S. Hình 7.5 Sơ ñ các giai ño n bi n n p 130 130
V. T i n p (Transduction) 1. Phage là nhân t chuy n gen Thí nghi m ñư c ti n hành trong ng hình ch U. Gi a hai ng c a hình ch U ñư c ngăn cách b ng màng l c vi khu n, màng có l nh vi khu n không qua ñư c nhưng phage qua ñư c. Nhánh A c a ng ch a vi khu n có kh năng t ng h p tryptophan (trp+), còn nhánh B nuôi các vi khu n khác m t kh năng t ng h p tryptophan (trp-). Sau khi nuôi m t th i gian, nhánh B xu t hi n vi khu n có kh năng t ng h p tryptophan. N u dùng màng ngăn không cho virus l t qua thì không th y hi n tư ng này. Qua nhi u l n thí nghi m, vi c t i gen trp+ t nhánh A sang nhánh B ñư c ch ng minh. 131 Hình 7.6 Thí nghi m ch ng minh hi n tư ng t i n p 131
2. cơ ch Quá trình xâm nhi m c a phage vào vi khu n x y ra như sau: T i n p chuy n gen t vi khu n A sang B nh phage ð u tiên các phage bám trên b m t vi khu n. Sau 4’, phage bơm DNA c a nó vào t bào. Sau ñó chúng sinh s n và kho ng 1/2 gi sau thì chúng làm tan các t bào vi khu n và gi i phóng các phage m i. Khi DNA c a phage xâm nh p vào t bào vi khu n A, chúng c t DNA c a vi khu n A thành nhi u ño n ñ ng th i DNA c a phage ñư c sao chép ra nhi u phân t con và các v phage cũng ñư c t o thành. Sau ñó các v l p ru t DNA vào, phá v t bào vi khu n ra ngoài và ti p t c xâm nhi m vào các t bào vi khu n khác. Trong quá trình l p ráp kho ng 1-2% phage vô tình mang ño n DNA c a vi khu n có ch a gen. Phage mang gen vi khu n A xâm nhi m vi khu n B, quá trình tái t h p x y ra làm gen vi khu n A g n vào b gen vi khu n B. Hinh 7.7 Chuyên gen tư vi khuân cho sang vi khuân nhân nhơ phage 132 132
3. Phân bi t các d ng t i n p - T i n p chung (general transduction): phage mang b t kỳ gen nào c a vi khu n A sang vi khu n B. T i n p chung có ñ c ñi m: + B t kỳ gen nào c a vi khu n cũng ñ u ñư c t i n p + T i n p do gói nh m DNA c a t bào ch khi phage trư ng thành + Các th tái h p ñơn b i ñư c t o ra - T i n p chuyên bi t (Special transduction) hay t i n p h n ch : là quá trình t i n p ch chuy n m t vài gen nh t ñ nh, nó có 4 ñ c ñi m: + Nh ng gen ñư c chuy n n m sát ch phage g n vào + Ch prophage ki u λ th c hi n + Do k t qu s c t sai c a prophage khi tách kh i NST c a t bào ch Ví d : phage λ (kí sinh trên E.coli) ch chuy n gen gal (ñ ng hóa ñư ng galactose) t vi khu n này sang vi khu n khác. ði m g n c a phage λ vào b gen c a vi khu n n m gi a 2 gen gal (galactose) và bio (t ng h p biotin). ð u c a phage ch có th ch a m t lư ng DNA gi i h n, nên khi prophage tách ra t DNA c a vi khu n nó ch t i n p ñư c gen gal ho c bio. S c t sai c a phage λ r t hi m nên t i n p h n ch có t n s th p. 133 133
Hình 7.8 T i n p chuyên bi t VI. Giao n p (Conjugation) - ð nh nghĩa: giao n p là hi n tư ng truy n v t ch t di truy n t t bào th cho sang th nh n qua c u t bào ch t 134 134
Hình 7.9 Sơ ñô lai vi khuân 1. Ch ng minh có lai vi khu n Vào năm 1946, J. Lederberg và E. Tatum s d ng các dòng ñ t bi n khuy t dư ng khác nhau: -Dòng A: có ki u gen met-bio-thr+leu+thi+ (có kh năng t ng h p threonin, leucine, thiamin không có kh năng t ng h p methionin và biotin) - Dòng B: có ki u gen met+bio+thr-leu-thi- (có kh năng t ng h p methionin, biotion nhưng không có kh năng t ng h p threonin, leucine, thiamin) T ng dòng riêng r khi c y lên môi trư ng t i thi u thì không có kh năng m c lên khu n l c. Tr n chung hai dòng này trong ng nghi m, c y lên môi trư ng t i thi u. Các khu n l c m c trên môi trư ng t i thi u, ch ng t có các d ng lai, chúng m c ñư c nh s bù ñ p cho nhau nhu c u dinh dư ng. Các d ng lai có ki u gen met+bio+thr+leu+thi+. 2. S phân hóa gi i tính vi khu n 1953, Hayes ñã phát hi n ra vi khu n có các d ng khác nhau tương t gi ng ñ c và cái sinh v t b c cao. Các d ng ñó ñư c kí hi u là t bào F + 135 135
và t bào F- . F+ tương t gi ng ñ c sinh v t b c cao, nó truy n s ng F -. T n s lai F+ v i F- kho ng 10-6. Khi F+ ti p xúc v i F- m t th i gian, F- bi n thành F+ do nó nh n ñư c m t ph n t di truy n là episome. Episome F+ là ph n t di truy n ngoài NST, có th t n t i ho c d ng DNA vòng tròn t sao chép ho c g n vào phân t DNA c a t bào ch . Episome F+ ñư c g i là nhân t gi i tính. V sau d ng Hfr (high frequency ò recombination) ñư c phát hi n, d ng này có t n s lai v i F- cao hơn F+ có th ñ n 104 l n. Hình 7.10 Sơ ñô câu tao cua plasmid Plasmid ñư c ñ nh nghĩa là phân t DNA vòng tròn nh có kh năng sao chép ñl p v i t bào ch và không có kh năng g n vào NST t bào ch . Plasmid có th mang m t s gen khác nhau. Hi n nay plasmid ñư c dùng cho c 2 nghĩa là episome và plasmid. Plasmid có th t nt i ñ c l p ho c g n v ào b gen vi khu n. B n ch t di truy n c a các dòng F-, F+ và Hfr ñư c xác ñ nh do các plasmid như sau: F- k hông ch a plasmid F+ ch a plasmid d ng ñ c l p Hfr có plasmid g n vào b gen 136 136
Hinh 7.11. Sư găn cua plasmid vao nhiêm săc thê vi khuân tao vi khuân Hfr - Tai tô hơp giưa môt trinh tư IS trên plasmid va trinh tư IS cung loai trên nhiêm săc thê cua vi khu n tao ra nhiêm săc thê Hfr - Tai tô hơp xay ra giưa IS bât ky trên plasmid v i IS bât ky tương ưng trên nhiêm săc thê cua vi khu n tao ra nhi u chung Hfr khac nhau 3. Các nhân t F' và tính n p (Sexduction) 137
S c t r i nhân t F t NST c a dòng Hfr nhi u khi không chính xác và lúc này m t ño n b gen c a vi khu n thay th cho m t ph n c a F. Trong trư ng h p này nhân t F' ñư c hình thành và nó có th chuy n gen c a vi khu n m t cách ñ c l p v i các tính tr ng c a t bào th cho. Hi n tư ng này còn g i là tính n p, nghĩa là s chuy n gen kèm theo nhân t gi i tính. Nh tính n p mà có th nh n ñư c nh ng th lư ng b i t ng ph n (merodiploid) theo các gen ñư c g n vào F+. 4. Cơ ch tái t h p Khi có s ti p xúc gi a hai lo i t bào khác d u như Hrf và F - ho c F+ và F-. Dòng t bào mang nhân t F+ ñư c coi là t bào ñ c có kh năng t o protein pilin, t protein này t o ng giao n p g i là pilus. S co l i c a pilus n i 2 t bào làm chúng g n nhau. T bào F- ñư c coi là t bào cái, sau khi giao n p t bào F- tr thành t bào F+. Vi c chuy n gen ch th c hi n khi plasmid g n vào b gen c a vi khu n. Trong quá trình chuy n v t ch t di truy n sang F- thì DNA c a t bào ch sao chép và m ch m i có Ori ñi ñ u và F ñi cu i. Quá trình chuy n DNA t F+ sang F- có th b ng t quãng. Các gen a, b, c ñư c chuy n m t chi u t Hfr sang F-. Dòng Hfr có t n s lai cao hơn nhi u vì plasmid ñã n m s n trong b gen. Còn F+ ph i qua giai ño n plasmid g n vào b gen r i m i chuy n gen. 138 138
Hinh 7.12 Thi nghiêm giao nap ñê lâp ban ñô do ngăt quang ơ cac khoang thơi gian khac nhau. S truy n DNA t t bào th cho sang t bào th nhân Trong ñi u ki n thí nghi m 37 0C, nguyên b gen c a t bào E.coli ñư c chuy n sang t bào nh n trong vòng 90 phút. Thư ng s giao n p b ng t quãng gi a ch ng do c u pilus b gãy, lúc ñó t bào F- v n là t bào F-. B ng cách ng t quãng quá trình giao n p mà b n ñ di truy n c a E.coli ñư c xây d ng nên có d ng vòng tròn. VII. Cơ s di truy n tính kháng thu c c a các vi khu n gây b nh ngư i. Ý nghĩa c a các transposon vi khu n 139 139
Các transposon vi khu n là nh ng y u t làm thay ñ i v trí gen, ki m soát tính kháng thu c ñ i v i thu c kháng sinh và các thu c ch ng vi khu n khác. Chúng có th d dàng truy n t t bào này sang t bào khác. Ngay sau ñó, ngư i ta ñã xác ñ nh là các gen kháng thu c thư ng có trong plasmid. Các plasmid có th ñư c truy n t t bào m sang t bào con khi t bào v a phân chia. Trong ñi u ki n th c nghi m cho th y 100% qu n th t bào nh y c m thu c ñ u có th tr thành kháng thu c sau th i gian 1 gi ñư c tr n v i vi khu n kháng thu c. Các gen kháng thu c có th ñư c truy n t plasmid cho NST vi khu n, cho virus và c cho vi khu n các loài khác. M i plasmid R ñ u có t i thi u 2 thành ph n: - M t ño n mang gen v truy n AD ti p h p (tương t như transposon c a plasmid F) - M t ño n mang gen kháng thu c ðo n th nh t g i là y u t làm v t truy n tính kháng (RTF - Resistance transfer vector). ðo n th hai mang gen kháng ñư c g i là y u t kháng R (R - determinant). m t s plasmid R, y u t kháng R ñư c cài gi a các ño n xen IS. Trong nhi u trư ng h p chúng làm cho y u t kháng v n ñ ng t plasmid R này sang plasmid R khác. Các ño n IS thúc ñ y s ti n hóa nhanh c a các plasmid vi khu n ngày càng mang nhi u y u t kháng thu c. Không ph i nh ng plasmid này ch ñư c truy n ñi trong ph m vi m t loài vi khu n. Mà chúng còn ñư c truy n qua các loài và c các dòng di truy n khác nhau c a vi khu n. Ví d : plasmid R c a E.coli ñã ñư c phát hi n m t s gi ng như proteus, Samonella, Haemophilus, Pastugella... T t c các loài này ñ u là loài gây b nh. Ngày nay ngư i ta th y t n s tăng lên rõ r t c a các vi khu n mang plasmid R v i y u t kháng R có s c kháng ghê g m v i các thu c kháng sinh: penicylin, tetracylin, streptomycin và kanamycin. Các nghiên c u Nh t B n cho bi t trong vòng 10 năm tr l i ñây, qu n th vi khu n t nhiên (trong c ng, rãnh, h , ao b ô nhi m) tăng h n lên, t t n s th p là dư i 1% plasmid R có s kháng thu c lên ñ n t n s cao là 50-80%. 140 140
Các k t qu nêu trên cho th y, c n h n ch và lưu ý ch s d ng kháng sinh khi có nhi m trùng và không nên l m d ng ñ i v i các trư ng h p nh . N u không h n ch thì trong tươpng lai thu c s gi m hi u qu ho c không còn hi u qu . Tính kháng thu c ngày nay ñã ñư c phát hi n trong nhi u lo i gen gây b nh như gen thương hàn, viêm d dày, ru t, d ch h ch, s t cao, viêm màng não, l u ... Câu h i ôn t p 1. Phân bi t các nòi vi khu n F+, F- và Hfr E. coli 2. Trình bày cơ ch bi n n p 3. Phân bi t t i n p chung và t i n p ñ c hi u. 4. So sánh bi n n p và t i n p. 5. Th tái t h p các gen khác nhau theo th i gian x y ra trong giao n p như th nào? 6. ð c ñi m c a tái t h p vi khu n. 7. T bào F- hình thành t bào F+ và t bào Hfr như th nào? 141
142 142