Tài liệu Giáo trình di truyền học

Giáo trình di truyền học (321 trang)
Mục lục
Lời nói đầu 11
Mở đầu
Hoàng Trọng Phán 13
I. Khái niệm di truyền học 13
II. Lược sử phát triển của di truyền học 13
III. Đối tượng và các lĩnh vực nghiên cứu của di truyền học 17
IV. Các phương pháp nghiên cứu của di truyền học 18
V.Các nguyên tắc nghiên cứu và phương pháp học tập di truyền học 20
VI. Di truyền học với công nghệ sinh học, tin học và các vấn đề xã hội 21

Chương 1: Cơ sở của Di truyền học Mendel
Hoàng Trọng Phán 24
I. Tiểu sử Mendel - Cha đẻ của di truyền học 24
II. Đối tượng và phương pháp thí nghiệm của Mendel 25
1. Đối tượng 25
2. Phương pháp 26
III. Lai một tính và nguyên lý phân ly 26
1. Kết quả thí nghiệm lai một tính 26
2. Giải thích và kiểm chứng nguyên lý phân ly 27
3. Nguyên lý phân ly và tính phổ biến của nó 28
IV. Lai hai tính và nguyên lý phân ly độc lập 28
1. Kết quả thí nghiệm lai hai tính 28
2. Giải thích và nội dung nguyên lý phân ly độc lập 29
V. Sự di truyền Mendel ở người 30
1. Các tính trạng lặn 31
2. Các tính trạng trội 32
VI. Lý thuyết xác suất trong dự đoán và phân tích di truyền học 33
1. Một số khái niệm và tính chất cơ bản của xác suất 33
2. Một số nguyên lý xác suất cơ bản 34
VII. Phương pháp χ2 (Chi-square method) trong đánh giá độ phù hợp giữa các số liệu quan sát và kỳ vọng 39
Chương 2: Mở rộng và Áp dụng của Di truyền học
Mendel
Hoàng Trọng Phán 43
I. Các kiểu quan hệ giữa các gene allele đối với một tính trạng 43
1. Các kiểu trội hoàn toàn, không hoàn toàn và đồng trội 43
2. Tác động của gene gây chết (lethals) 45
3. Hiện tượng đa allele (multiple allelism) 46
II. Tính đa hiệu của gene (pleiotropy) 47
III. Các kiểu tương tác giữa các gene không allele 48
1. Tương tác bổ trợ (complementary) 49
2. Tương tác át chế (epistasis) 52
3. Tương tác cộng gộp- sự di truyền đa gene và các tính trạng số lượng 54
IV. Các mối quan hệ kiểu gene - kiểu hình 59
1. Thường biến và mức phản ứng 59
2. Độ thâm nhập (penetrance) và độ biểu hiện (expressivity) 60
Chương 3: Cơ sở Tế bào của sự Sinh sản, Di truyền
và Biến dị
Hoàng Trọng Phán 67
I. Sinh sản hữu tính và tính ổn định của các bộ nhiễm sắc thể 67
II. Hình thái học nhiễm sắc thể eukaryote 70
1. Kích thước nhiễm sắc thể 70
2. Tâm động và các kiểu nhiễm sắc thể 71
3. Các kiểu băng nhiễm sắc thể (chromosomal bands) 72
III. Chu kỳ tế bào và nguyên phân 74
1. Chu kỳ tế bào (cell cycle) 75
2. Nguyên phân (mitosis) 76
IV. Giảm phân, sự phát sinh giao tử và thụ tinh 78
1. Giảm phân (meiosis) 78
2. Sự phát sinh giao tử (gametogenesis) 81
3. Sự thụ tinh (fertilization) 83
V. Các biến đổi của nhiễm sắc thể 84
1. Các biến đổi về cấu trúc nhiễm sắc thể 84
2. Các biến đổi về số lượng nhiễm sắc thể 91
Chương 4: Di truyền học Nhiễm sắc thể
Hoàng Trọng Phán 103
I. Trường phái Morgan với thuyết di truyền nhiễm sắc thể 103
1. Tầm quan trọng của ruồi giấm Drosophila 103
2. Thuyết di truyền nhiễm sắc thể 107
II. Sự xác định giới tính (sex determination) 108
1. Sự xác định giới tính do kiểu gene (GSD) 108
2. Sự xác định giới tính do môi trường (ESD) 112
III. Sự di truyền liên kết với giới tính (sex-linked inheritance) 113
1. Đặc điểm di truyền của các gene trên nhiễm sắc thể X và Y 113
2. Sự bất hoạt của nhiễm sắc thể X và một số vấn đề liên quan 117
3. Các tính trạng giới hạn bởi giới tính và chịu ảnh hưởng của
giới tính 120
IV. Liên kết và tái tổ hợp của các gene trên một nhiễm sắc thể 121
1. Khám phá về sự trao đổi chéo ở ruồi giấm 122
2. Liên kết gene hoàn toàn (giảm phân không có trao đổi chéo) 124
V. Trao đổi chéo và lập bản đồ di truyền 125
1. Tần số tái tổ hợp 125
2. Bản đồ di truyền 127
3. Trao đổi chéo bốn sợi 131
VI. Lập bản đồ gene từ các phép lai phân tích ba điểm 134
1. Trao đổi chéo kép với việc xác định trật tự và khoảng cách các gene 134
2. Độ nhiễu và hệ số trùng hợp (coefficient of coincidence) 137
VII. Lập bản đồ bằng phân tích bộ bốn (tetrad analysis) 139
Chương 5: Bản chất Hoá học và Tái bản của Vật chất
Di truyền
Hoàng Trọng Phán 147
I. Bằng chứng vật chất di truyền là các nucleic acid 147
1. Các thí nghiệm biến nạp ở vi khuẩn 147
2. Tính ổn định của hàm lượng DNA ở các sinh vật bậc cao 148
3. Các thí nghiệm ở virus 149
II. Thành phần hoá học và cấu trúc của DNA 150
1. Cấu trúc của một nucleotide 150
2. Cấu trúc chuỗi polynucleotide 151
3. Thành phần hoá học và cấu trúc của chuỗi xoắn kép DNA 152
4. Sơ lược về các đặc tính hoá lý của các nucleic acid 155
III. Kích thước bộ gene và tính phức tạp về mặt tiến hoá 157
1. Sơ lược về bộ gene của các virus, prokaryote và eukaryote 157
2. Mối quan hệ giữa kích thước bộ gene và tính phức tạp về tiến hoá 159
3. Hàm lượng DNA và nghịch lý giá trị C 159
4. Về kích thước DNA các bào quan 161
IV. Tổ chức phân tử của các nhiễm sắc thể 161
1. Cấu trúc chất nhiễm sắc 161
2. Sơ lược các thành phần DNA trong bộ gene eukaryote 163
V. Tái bản DNA (DNA replication) 164
1. Các nguyên tắc và đặc điểm chung của tái bản DNA 164
2. Các enzyme tham gia tái bản DNA 167
3. Cơ chế tái bản DNA 168
VI. Tái bản của các bộ gene RNA (RNA genomes) 174
1. Đặc điểm tái bản của các bộ gene RNA virus 174
2. Tái bản của bộ gene RNA 174
3. Phiên mã ngược 175
Chương 6: Gene và Quá trình Sinh tổng hợp Protein
Hoàng Trọng Phán 179
I. Sự phát triển của khái niệm gene 179
1. Các quan niệm của Mendel và Morgan về gene 179
2. Giả thuyết một gene - một enzyme của Beadle và Tatum 180
3. Quan niệm của Benzer về các đơn vị cấu trúc và chức năng di
truyền 180
4. Mối quan hệ gene - cistron ở các prokaryote và eukaryote 182
II. Cấu trúc và chức năng của protein 186
1. Cấu trúc protein 186
2. Chức năng protein 187
III. Mã di truyền 189
1. Bằng chứng di truyền học về mã bộ ba 190
2. Giải mã di truyền 190
3. Các đặc tính của mã di truyền 191
4. Những ngoại lệ so với mã di truyền phổ biến 192
5. Sự linh hoạt trong việc kết cặp anticodon-codon 193
IV. Cơ chế phiên mã (transcription) và sửa đổi sau phiên mã 194
1. Các RNA và đặc điểm chung của phiên mã 194
2. Các RNA polymerase của prokaryote và eukaryote 196
3. Các promoter ở các prokaryote và eukaryote 196
4. Các giai đoạn của quá trình phiên mã 197
5. Sự sửa đổi sau phiên mã đối với các mRNA eukaryote 198
V. Cấu trúc và chức năng của các loại RNA và ribosome 200
1. RNA thông tin (messenger RNA = mRNA) 200
2. RNA vận chuyển (transfer RNA = tRNA) 200
3. RNA ribosome (ribosomal RNA = rRNA) 201
4. Ribosome 201
VI. Cơ chế dịch mã (translation) 202
1. Hoạt hoá amino acid 202
2. Cơ chế của quá trình dịch mã (tổng hợp polypeptide) 202
Chương 7: Sự Điều hoà Biểu hiện của Gene
Trương Thị Bích Phượng 208
I. Các nguyên lý điều hoà và mức độ kiểm soát phiên mã 202
II. Điều hoà biểu hiện gene ở prokaryote 209
1. Cấu trúc của operon 210
2. Điều hoà dương tính operon lactose 212
3. Điều hoà âm tính operon tryptophan 213
4. Phiên mã dở (attenuation) 215
III. Điều hoà biểu hiện gene ở eukaryote 217
1. Sự biến đổi DNA 218
2. Các promoter 218
3. Những trình tự tăng cường phiên mã (enhancer) 219
4. Trình tự bất hoạt gene (gene silencing) 220
5. Promoter chọn lọc (alternative promoter) 220
6. Splicing chọn lọc 220
Chương 8: Đột biến Gene, Tái tổ hợp và các Yếu tố
Di truyền Vận động
Trương Thị Bích Phượng 223
I. Đột biến gene 223
1. Các kiểu đột biến gene 223
2. Các tác nhân gây đột biến gene 228
3. Cơ chế phân tử của các đột biến gene 228
II. Sửa chữa và bảo vệ DNA 232
III. Các yếu tố di truyền vận động (transposable genetic elements) 237
1. Các yếu tố di truyền vận động ở prokaryote 237
2. Các yếu tố di truyền vận động ở eukaryote 239
Chương 9: Sự Di truyền Tế bào chất
Trương Thị Bích Phượng 245
I. Sự di truyền tế bào chất 245
1. Sự di truyền của các gene lạp thể 245
2. Sự di truyền của các gene ty thể 246
3. Hiệu quả dòng mẹ lên chiều xoắn vỏ ốc 249
II. Lập bản đồ ở ty thể và lạp thể 251
1. Lập bản đồ gene của DNA lạp thể 251
2. Lập bản đồ gene của DNA ty thể 253
III. Di truyền học phân tử các bào quan 254
1. Các bộ gene lạp thể (cpDNA) 254
2. Các bộ gene ty thể (mtDNA) 255
Chương 10: Đại cương về Công nghệ DNA Tái tổ hợp
Hoàng Trọng Phán 258
I. Các công cụ chính của kỹ thuật tạo dòng DNA tái tổ hợp 258
1. Các enzyme giới hạn 258
2. Các vector thông dụng trong kỹ thuật di truyền 260
3. Thiết lập phân tử DNA tái tổ hợp in vitro 261
II. Tạo dòng gene hay DNA tái tổ hợp 263
1. Nguyên tắc chung 263
2. Quy trình tạo dòng gene tái tổ hợp 264
3. Tổng hợp và tạo dòng cDNA 267
III. Các phương pháp biểu hiện các gene được tạo dòng 267
IV. Ứng dụng của công nghệ DNA tái tổ hợp 269
1. Công nghệ DNA tái tổ hợp với việc nghiên cứu bộ gene 269
2. Công nghệ DNA tái tổ hợp với y-dược học 271
3. Kỹ thuật di truyền với các sinh vật biến đổi gene 274
Chương 11: Di truyền học Người
Trần Quốc Dung 278
I. Các phương pháp nghiên cứu di truyền học người 278
1. Phương pháp phân tích phả hệ (genealogy analysis) 278
2. Phương pháp nghiên cứu trẻ sinh đôi 279
3. Phương pháp di truyền tế bào học người 279
4. Phương pháp nghiên cứu quần thể 279
5. Các kỹ thuật sinh học phân tử 280
II. Các phương pháp lập bản đồ di truyền người 280
1. Phân tích liên kết (linkage analysis) 280
2. Các phương pháp lập bản đồ vật lý (physical mapping) 280
III. Nhiễm sắc thể Y và chất nhiễm sắc giới tính của người 283
1. Nhiễm sắc thể Y của người 283
2. Chất nhiễm sắc thể giới tính của người 284
IV. Sự di truyền các gene trội-lặn trên nhiễm sắc thể thường và
nhiễm sắc thể giới tính 285
1. Sự di truyền các gene trội-lặn trên nhiễm sắc thể thường 285
2. Sự di truyền các gene trội-lặn trên nhiễm sắc thể giới tính 286
V. Di truyền y học 288
1. Các bệnh di truyền do rối loạn chuyển hoá và các bệnh nhiễm
sắc thể 288
2. Cơ sở di truyền ung thư 291
VI. Tư vấn di truyền y học 292
Chương 12: Di truyền học Quần thể
Hoàng Trọng Phán 296
I. Các khái niệm cơ bản của di truyền học quần thể 296
1. Quần thể (population) 296
2. Các hệ thống giao phối 296
3. Vốn gene (gene pool) 297
4. Tần số kiểu gene và tần số allele 297
II. Nguyên lý Hardy-Weinberg và trạng thái cân bằng của quần thể 299
1. Nguyên lý Hardy-Weinberg 299
2. Những ứng dụng của nguyên lý Hardy-Weinberg 302
III. Mở rộng nguyên lý Hardy-Weinberg 305
1. Đa allele (multiple alleles) 305
2. Tần số allele sai biệt giữa hai giới tính 308
3. Các gene liên kết trên X 309
IV. Nội phối (inbreeding) 310
1. Tự thụ tinh (self-fertilization) 311
2. Hệ số nội phối (inbreeding coefficient) 312
3. Tính toán hệ số nội phối 313
V. Các nhân tố tác động lên thành phần di truyền quần thể 315
1. Đột biến 315
2. Biến động di truyền ngẫu nhiên 316
3. Dòng gene hay sự di nhập cư 316
4. Chọn lọc tự nhiên 318
Di truyền học là một bộ môn sinh học, nghiên cứu về tính di truyền và biến dị ở các sinh vật. Kể từ thời tiền sử, thực tế về việc các sinh vật sống thừa hưởng những đặc tính từ bố mẹ đã được ứng dụng để tăng sản lượng cây trồng và vật nuôi, thông qua .