Di truyền học cổ điển · trọng tâm
Mendel nói tới những “nhân tố” vô hình được truyền cho đời con, nhưng không biết chúng nằm ở đâu. Chương này là câu chuyện đi tìm địa chỉ của chúng — và địa chỉ ấy giải thích cả giới tính, cả hiện tượng gene “đi chung” với nhau.
Chương này cũng ra thi nhiều, đặc biệt là phần bản đồ gene. Ta sẽ xây từ một câu hỏi đơn giản — “nhân tố Mendel ở đâu?” — rồi lần theo các manh mối tới tận cách vẽ bản đồ một nhiễm sắc thể.
Nối với Chương 2: ta sẽ thấy vì sao Định luật phân li và phân li độc lập “đúng” — chúng phản chiếu cách các nhiễm sắc thể di chuyển khi tế bào tạo giao tử.
Mendel chứng minh có những “nhân tố” được truyền theo quy luật, nhưng ông chưa từng thấy chúng. Khi kính hiển vi tốt hơn, các nhà khoa học nhận ra: mỗi khi tế bào chuẩn bị phân chia, trong nhân hiện lên những cấu trúc dạng sợi bắt màu thuốc nhuộm — gọi là nhiễm sắc thể (chromosome, nghĩa gốc “thể bắt màu”). Và cách chúng được chia cho tế bào con trùng khớp một cách kỳ lạ với cách “nhân tố” của Mendel được chia cho giao tử. Manh mối đầu tiên: gene nằm trên nhiễm sắc thể.
Nối lại với hình ảnh cuốn sổ công thức: nếu gene là một công thức, thì nhiễm sắc thể là một cuốn (tập) đóng gáy gọn, bên trong xếp hàng loạt công thức nối tiếp nhau. Cả bộ gen là một tủ sách gồm nhiều cuốn.
Vài điều cơ bản về các “cuốn” này:
Một phân biệt quan trọng về số lượng:
Đây chính là nền vật chất của Mendel: “hai bản của mỗi gene” (Chương 2) nay có hình hài cụ thể — đó là hai chiếc trong một cặp nhiễm sắc thể tương đồng.
23. Giao tử là đơn bội (n): mỗi cặp tương đồng chỉ góp một chiếc. Khi trứng (23) gặp tinh trùng (23) lúc thụ tinh, hợp tử lại đủ 46 — khôi phục bộ cặp. Đây đúng là “mỗi cá thể mang hai bản mỗi gene” của Mendel, nhìn ở cấp nhiễm sắc thể.
Số nhiễm sắc thể không phản ánh độ “cao cấp” của loài: một loài dương xỉ (Ophioglossum) có tới ~1260 nhiễm sắc thể, nhiều gấp nhiều lần người. Số lượng chỉ là cách bộ gen được “đóng tập” khác nhau.
Khi nhuộm và chụp toàn bộ nhiễm sắc thể của một người rồi xếp theo cặp, theo kích thước, ta được một karyotype (bộ nhiễm sắc thể đồ) — công cụ để phát hiện thừa/thiếu nhiễm sắc thể (Chương 6).
Trong 23 cặp của người, 22 cặp gọi là nhiễm sắc thể thường (autosome), giống nhau ở cả nam và nữ. Cặp còn lại là nhiễm sắc thể giới tính, và chính nó quyết định giới:
Các loài khác có thể dùng hệ khác:
| Hệ thống | Giới cái | Giới đực | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| XX / XY | XX | XY | Người, ruồi giấm, đa số thú |
| ZW / ZZ | ZW | ZZ | Chim, bướm (bên cái mới là bên khác cặp) |
| XX / XO | XX | XO (chỉ một X) | Một số côn trùng |
Vì sao sinh con trai/con gái gần như 50–50? Người mẹ (XX) luôn cho trứng mang X. Người cha (XY) cho một nửa tinh trùng mang X, một nửa mang Y. Trứng gặp tinh trùng X → XX (gái); gặp tinh trùng Y → XY (trai). Giao tử X:Y của cha là 1:1 → tỉ lệ giới tính xấp xỉ 1:1.
Do tinh trùng của cha. Mẹ luôn cho X; chính việc tinh trùng mang X hay Y mới quyết định XX (gái) hay XY (trai). Bên có hai loại giao tử giới tính khác nhau gọi là bên dị giao tử — ở người là bên đực.
Bản thân nhiễm sắc thể Y không “to lớn” gì, nhưng nó mang một gene bản lề tên SRY. Khi có SRY, phôi phát triển theo hướng nam (hình thành tinh hoàn); không có SRY, phôi theo hướng nữ. Như vậy “có Y hay không” thực chất quy về “có SRY hay không”.
Để ý sự đảo vai giữa các loài: ở người, bên đực (XY) là bên dị giao tử quyết định giới tính đời con; ở chim, bên cái (ZW) mới là bên dị giao tử. Cùng một ý tưởng (một cặp nhiễm sắc thể quyết định giới), hai cách hiện thực.
Bằng chứng “đóng đinh” cho thuyết gene-nằm-trên-nhiễm-sắc-thể đến từ một con ruồi. Thomas Morgan nuôi ruồi giấm (mắt thường màu đỏ) và bất ngờ thấy xuất hiện một con đực mắt trắng. Khi ông lai và theo dõi, tính trạng mắt trắng di truyền khác nhau rõ rệt giữa đực và cái — nó “bám” theo nhiễm sắc thể X. Lần đầu tiên, một gene cụ thể được gắn với một nhiễm sắc thể cụ thể.
Hiện tượng này gọi là liên kết giới tính 🔊 sex linkage: gene nằm trên vùng không tương đồng của X (không có bản sao trên Y) sẽ di truyền lệch giữa hai giới.
Điều đáng nhớ nhất: vì sao các bệnh lặn liên kết X (mù màu, máu khó đông) gặp ở nam nhiều hơn nữ?
Có — khoảng một nửa số con trai. Con trai nhận X từ mẹ; nếu nhận đúng chiếc X mang allele mù màu thì bị bệnh (vì không có X thứ hai để che). Con gái thì gần như không bị (còn X của cha bình thường để che), nhưng có thể thành người mang như mẹ.
Nếu nữ có hai X còn nam chỉ một, chẳng phải nữ sẽ “dùng gene X gấp đôi”? Cơ thể giải quyết bằng cách bất hoạt ngẫu nhiên một X ở mỗi tế bào của nữ (chiếc X bị tắt cuộn lại thành một đốm gọi là thể Barr). Hệ quả đẹp: con mèo tam thể (lông ba màu) hầu như luôn là mèo cái — các mảng màu lông là bản đồ cho thấy tế bào nào tắt chiếc X nào. (Bạn đã quan sát thể Barr ở môn Thí nghiệm Di truyền.)
Đừng lẫn hai chữ “liên kết”: liên kết giới tính = gene nằm trên nhiễm sắc thể giới tính (X hoặc Y); còn liên kết gene (mục tiếp theo) = hai gene nằm gần nhau trên cùng một nhiễm sắc thể bất kỳ. Hai khái niệm khác nhau.
Nhớ lại Định luật phân li độc lập của Mendel (gene tổ hợp tự do). Nó chỉ đúng khi các gene nằm trên các nhiễm sắc thể khác nhau. Nhưng một nhiễm sắc thể chứa rất nhiều gene — vậy hai gene trên cùng một nhiễm sắc thể thì sao? Chúng có xu hướng đi chung về cùng một giao tử, vì nằm trên cùng một “cuốn” được chia nguyên vẹn. Đó là liên kết gene.
Vì các gene được xếp thành từng cuốn, chúng tạo thành các nhóm liên kết, và số nhóm liên kết = số cặp nhiễm sắc thể (ở người là 23).
Nhưng liên kết không phải lúc nào cũng “dính chặt”. Khi tạo giao tử, hai nhiễm sắc thể trong một cặp tương đồng có thể bắt chéo và trao đổi đoạn cho nhau — gọi là trao đổi chéo 🔊 crossing over. Kết quả là xuất hiện những giao tử mang tổ hợp mới (tái tổ hợp).
Nhiều hơn. Khoảng giữa hai gene càng dài thì càng dễ “rơi” vào một điểm bắt chéo → càng hay bị tách → càng nhiều giao tử tái tổ hợp. Ý này chính là chìa khóa để đo khoảng cách giữa các gene ở mục sau.
Trao đổi chéo diễn ra ở kỳ đầu của giảm phân I, khi hai nhiễm sắc thể tương đồng áp sát nhau và trao đổi đoạn tại điểm bắt chéo. (Bạn đã quan sát giảm phân ở môn Thí nghiệm Di truyền.)
Tần số tái tổ hợp (RF) tăng theo khoảng cách, nhưng không bao giờ vượt 50%. Lý do: khi hai gene ở rất xa (hoặc trên hai nhiễm sắc thể khác nhau), chúng tổ hợp hoàn toàn tự do — một nửa giao tử là tổ hợp cũ, một nửa là tổ hợp mới, tức RF = 50%, đúng bằng trường hợp phân li độc lập. Vì vậy: RF < 50% mới là bằng chứng của liên kết; RF = 50% không phân biệt được “rất xa” với “khác nhiễm sắc thể”.
Đây là ý đẹp của cả chương: nếu gene càng xa càng hay bị trao đổi chéo, thì tần số tái tổ hợp chính là thước đo khoảng cách giữa hai gene. Ta đo được một thứ không nhìn thấy (vị trí gene) bằng cách đếm một thứ thấy được (tỉ lệ đời con tái tổ hợp).
Quy ước đơn vị: 1% tái tổ hợp = 1 centimorgan (cM) (đặt theo tên Morgan). Đo RF giữa nhiều cặp gene rồi ráp lại, ta xếp được thứ tự và khoảng cách của chúng trên nhiễm sắc thể — một bản đồ di truyền:
RF = 80 ÷ 1000 = 8% → 8 cM. (Nhớ: 1% RF = 1 cM.)
Với hai gene ở xa nhau, đôi khi xảy ra trao đổi chéo kép (hai lần bắt chéo trong khoảng giữa). Hai lần đổi chỗ “triệt tiêu” nhau, làm giao tử trông như không tái tổ hợp — khiến ta đếm thiếu và RF đo được nhỏ hơn khoảng cách thật. Vì vậy cộng nhiều khoảng ngắn (nơi trao đổi chéo kép hiếm) cho bản đồ chính xác hơn là đo trực tiếp một khoảng dài.
Để lấy cả thứ tự lẫn khoảng cách của ba gene trong một lần, người ta dùng lai phân tích ba điểm: nhóm giao tử ít nhất chính là sản phẩm của trao đổi chéo kép, và so sánh nó với nhóm cha mẹ sẽ chỉ ra gene nào nằm giữa. Đây đúng là cách Morgan và cậu sinh viên Sturtevant lập bản đồ nhiễm sắc thể ruồi giấm đầu tiên — và đơn vị cM đến nay vẫn dùng để định vị gene bệnh ở người.
Bấm 🔊 để nghe phát âm & ngữ cảnh thật trên YouGlish.
| English | Tiếng Việt / giải thích |
|---|---|
| Chromosome / Centromere | Nhiễm sắc thể / tâm động |
| Homologous chromosomes | Nhiễm sắc thể tương đồng (một cặp) |
| Diploid (2n) / Haploid (n) | Lưỡng bội / đơn bội |
| Autosome / Sex chromosome | NST thường / NST giới tính |
| Sex linkage | Liên kết giới tính |
| Hemizygous | Bán hợp tử (nam chỉ 1 X) |
| Carrier | Người mang (dị hợp, không biểu hiện) |
| Gene linkage / Linkage group | Liên kết gene / nhóm liên kết |
| Crossing over | Trao đổi chéo |
| Recombination frequency | Tần số tái tổ hợp (RF) |
| Linkage map / Centimorgan | Bản đồ di truyền / đơn vị cM |