Đột biến dị bội - Đột biến lệch bội

Đột biến dị bội - Đột biến lệch bội Đột biến lệch bội là loại đột biến làm thay đổi số lượng nhiễm sắc thể của một hoặc một vài nhiễm sắc thể trong bộ nhiễm sắc thể. Nguyên nhân phát sinh các thể đột biến lệch bội thường do rối loạn quá trình phân li của một hoặc một vài cặp nhiễm sắc thể trong quá trình giảm phân. Nếu trong quá trình phát triển của cơ thể có sự không phân li của một cặp nhiễm sắc thể nào đó trong nguyên phân thì sẽ dẫn đến xuất hiện thể khảm (có các mô chứa các tế bào dị bội và các mô bình thường). Các nhà khoa học nhận thấy, phần lớn các thể đột biến dị bội xuất hiện là do có sự rối loạn sự phân li của các cặp nhiễm sắc thể trong giảm phân I. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy để cho các nhiễm sắc thể có thể phân li bình thường trong giảm phân I thì các nhiễm sắc thể tương đồng phải bắt đôi với nhau và giữa các nhiễm sắc tử phải có sự bắt chéo và các điểm bắt chéo này phải tồn tại cho tới trước khi các nhiễm sắc thể tương đồng phân li trong kì sau của giảm phân I. Người ta chia các thể đột biến lệch bội thành các kiểu: - Thể một nhiễm : 2n - 1 , bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của tế bào bị thiếu một nhiễm sắc thể nhất định. - Thể ba nhiễm : 2n + 1, bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của tế bào có thêm một nhiễm sắc thể nhất định ... - Thể bốn nhiễm : 2n + 2, bộ nhiễm săc thể lưỡng bội của tế bào thừa 2 nhiễm sắc thể của một cặp nào đó - Thể khuyết nhiễm : 2n - 2, bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của tế bào thiếu một cặp nhiễm sắc thể nào đó - Thể ba nhiễm kép: 2n + 1 + 1, bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của tế bào thừa 2 nhiễm sắc thể của 2 cặp khác nhau Ở người, các thể đột biến một nhiễm sắc thiếu các nhiễm sắc thể thường bị chết ngay từ khi còn trong bụng mẹ. Nhiều thể một nhiễm thiếu một nhiễm sắc thể X cũng bị chết trong tử cung nhưng một số có thể sống sót và mắc hội chứng được gọi là hội chứng Tơcnơ (Turner). Người bị hội chứng Tơcnơ không có khả năng sinh sản, tầm vóc thấp và bị nhiều dị tật khác. Thể tam nhiễm liên quan đến nhiễm sắc thể giới tính ở người cũng bắt gặp với tần suất 1/1000 trẻ sơ sinh. Người có 44 nhiễm sắc thể thường + XXY bị hội chứng Klaiphentơ (Klinefelter) với các đặc điểm là đàn ông có thân hình cao, gầy, không có khả năng sinh sản, chỉ số IQ hơi thấp hơn bình thường, ngoài ra họ còn có một loạt các đặc điểm thiên về hướng nữ như vú phát triển, lông mu mọc theo kiểu nữ, ít râu ... Thể ba nhiễm kiểu XYY ở người là nam giới có khả năng sinh sản bình thường vì nhiễm sắc thể X chỉ bắt đôi với một nhiễm sắc thể Y trong quá trình giảm phân còn nhiễm sắc thể Y còn lại không bắt đôi và không được truyền lại cho các tinh trùng. Vì vậy người XYY tạo ra các tinh trùng mang X và mang Y bình thường mà không tạo ra các tinh trùng XY hoặc YY. Thể tam nhiễm kiểu XXX ở người là nữ giới có khả năng sinh sản bình thường và thể tam nhiễm này không được di truyền vì trong quá trình giảm phân chỉ có hai nhiễm sắc thể X bắt đôi với nhau còn nhiễm sắc thể X còn lại thì không và do vậy không bao giờ tạo ra trứng có XX. Thể tam nhiễm liên quan đến nhiễm sắc thể thường hay gặp nhất là hội chứng Đao (Down) có 3 nhiễm sắc thể 21 (bắt gặp với tần suất 0,15% trẻ sơ sinh). Người bị hội chứng Đao bị rất nhiều dị tật ở nhiều hệ cơ quan khác nhau nên tuổi thọ trung bình của họ chỉ khoảng 17 tuổi và chỉ khoảng 8% sống qua tuổi 40. Tần số hội chứng Đao liên quan nhiều đến tuổi của mẹ vì thế những người phụ nữ lớn tuổi sinh con thường nên làm xét nghiệm để biết xem con có bị hội chứng Đao hay không. Mặc dù mối quan hệ giữa tuổi mẹ với tần suất sinh con bị hội chứng Đao còn chưa được biết rõ nhưng các nhà khoa học cho rằng nó có thể liên quan đến đặc điểm sinh học của giảm phân ở nữ giới. Quá trình giảm phân bắt đầu ở nữ giới ngay khi thai nhi còn trong bụng mẹ. Quá trình giảm phân hình thành tế bào bào trứng được dừng lại ở kì đầu giảm phân I và chỉ được tiếp tục khi người phụ nữ ở tuổi dậy thì. Khi trứng rụng thì nó mới kết thúc giảm phân I và chỉ khi gặp tinh trùng thì quá trình giảm phân II mới xảy ra. Các nhà khoa học cho rằng việc quá trình giảm phân I (tiếp hợp và hình thành các bắt chéo giữa các nhiễm sắc tử trong cặp nhiễm sắc thể tương đồng) tồn tại quá lâu ở người mẹ lớn tuổi nên sẽ có xác suất rất cao để xảy ra sự không phân li của nhiễm sắc thể trong giảm phân I. Điều này cũng phù hợp với các nghiên cứu cho thấy phần lớn sự không phân li của các nhiễm sắc thể xảy ra trong giảm phân I chứ không phải trong giảm phân II. Hội chứng Đao cũng có thể xuất hiện do đột biến chuyển đoạn nhiễm sắc thể và trong trường hợp này hội chứng có thể được di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Các thể đột biến lệch bội ở người và nhiều loài động vật thường hay bị chết (trong đó thể một nhiễm hay chết hơn thể tam nhiễm), trong khi đó các loài thực vật tỏ ra chống chịu tốt hơn với các đột biến lệch bội. Người ta đã phát hiện thấy các thể đột biến lệch bội liên quan đến các nhiễm sắc thể khác nhau ở loài cây cà độc dược. Mỗi thể đột biến lệch bội có kiểu hình đặc trưng riêng. Vậy tại sao thể đột biến lệch bội lại hay bị chết ? Thậm chí chết nhiều hơn thể đa bội ? Các nhà khoa học cho rằng đột biến lệch bội gây nên tình trạng mất cân bằng gen. Ở các cơ thể lưỡng bội, thậm chí ở cơ thể tam bội, tứ bội hay đơn bội thì tỉ lệ giữa các gen trên một nhiễm sắc thể này với các gen trên nhiễm sắc thể khác luôn là 1 : 1 còn tỉ lệ này ở các thể đột biến bị lệch hẳn đi. Ví dụ, gen A trên nhiễm sắc thể số 1, gen B trên nhiễm sắc thể số 3 thì tỉ lệ A : B ở cơ thể lưỡng bội là AA : BB hay 1 : 1 trong khi đó ở thể tam nhiễm thừa nhiễm sắc thể số 3 lại là AA : BBB hay 1 : 1,5. Khi số lượng của một gen nào đó trong tế bào tăng lên thì lượng sản phẩm của gen đó trong tế bào cũng thường tăng lên ở mức độ tương ứng với số lượng bản sao của gen và vì thế gây nên "hiệu ứng liều lượng gen". Khi sản phẩm của một số gen trong tế bào tăng lên quá mức bình thường sẽ gây nên hàng loạt các rối loạn về sinh lí, hóa sinh trong tế bào và trong cơ thể dẫn đến xuất hiện các hội chứng bệnh lí khác nhau thậm chí gây chêt. Để tránh hiện tượng hiệu ứng liều lượng gen đối với các gen trên nhiễm sắc X ở các loài động vật có cơ chế xác định giới tính kiểu XX - XY, quá trình tiến hóa đã duy trì cơ chế được gọi là "bù trừ liều lượng gen" (do một trong hai nhiễm sắc thể X của tế bào cơ thể giới cái XX bị bất hoạt) để làm cho sản phẩm của các gen trên nhiễm sắc thể X ở hai giới là như nhau. Chúng ta biết rằng cặp nhiễm sắc thể giới tính XY được tiến hóa từ một cặp nhiễm sắc thể thường trong đó nhiễm sắc thể Y hầu như bị mất hết các gen quy định các tính trạng khác ngoại trừ một số rất ít gen quy định sự hình thành tinh hoàn và phát triển tinh trùng. Ngược lại, trên nhiễm sắc thể X vẫn chứa nhiều gen quy định các prôtêin tối quan trọng cho sự trao đổi chất của tế bào cũng như của cả cơ thể. Vì thế, ở các cơ thể cái nếu cả hai nhiễm sắc thể hoạt động thì sản phẩm của gen trên X ở con cái sẽ cao gấp hai lần so với ở cơ thể đực. Các loài sinh vật khác nhau đã có cách bù trừ liều lượng khác nhau. Đối với loài ruồi giấm, con đực chỉ có một nhiễm sắc thể X nhưng các gen trên chúng phiên mã và dịch mã cao gấp đôi khiến lượng sản phẩm của các gen do chúng tạo ra ở con đực bằng với lượng sản phẩm của các gen ở trên hai nhiễm sắc thể X của con cái. Ở người và các loài động vật có vú thì lại khác, cơ chế bù trừ liều lượng gen được thực hiện thông qua sự bất hoạt ngẫu nhiên của một trong hai nhiễm sắc thể X ở nữ giới nên lượng sản phẩm của các gen trên X ở nữ giới được tạo ra cũng chỉ bằng ở nam giới. Giả thuyết về hiệu ứng liều lượng gen nói ở trên không giải thích được tại sao có quá ít gen (trường hợp thể một hoặc đơn bội) lại gây chết nhiều hơn hoặc để lại hậu quả nặng nề hơn so với trường hợp thừa nhiều gen hơn ở thể tam nhiễm. Câu trả lời cho trường hợp này có thể là một nhiễm hay chết hơn có lẽ do các gen lăn trên nhiễm sắc thể còn lại tự động biểu hiện vì không có các gen trội trên nhiễm sắc thể tương đồng kia hỗ trợ. Các thể đột biến lệch bội thường được các nhà di truyền học nghiên cứu nhằm xác định các gen nhất định nằm trên nhiễm sắc thể nào trong bộ nhiễm sắc thể.