Tìm hiểu về đột biến nhiễm sắc thể

TÌM HIỂU VỀ ĐỘT BIẾN NHIỄM SẮC THỂ A. NHIỄM SẮC THỂ – NST I. Hình thái và cấu trúc Ở sinh vật nhân thực, từng phân tử ADN được liên kết với các loại protein khác nhau (chủ yếu là histon) tạo nên cấu trúc được gọi là NST (thể bắt màu với thuốc nhuộm kiềm tính) Các protein khác tham gia hình thành cấu trúc NST được gọi chung là protein phi histon. Ở vi khuẩn thật – eubacteria (trong chương trình phổ thông được hiểu là sinh vật nhân sơ đơn thuần) ADN tuy không liên kết với protein histon (trần) nhưng có liên kết với các protein phi histon khác. Tuy nhiên, đôi khi người ta cũng coi vi khuẩn với ADN trần dạng vòng là 1 NST của vi khuẩn. Ở vi khuẩn cổ – archaea (cũng là sinh vật nhân sơ, nhưng có nhiều đặc điểm khác biệt – được tính riêng là 1 lãnh giới – sgk 10) ADN ở vài loài có liên kết với protein histon. Ở phần lớn các loài, NST thường tồn tại thành từng cặp tương đồng, giống nhau về hình thái, kích thước và vị trí tương ứng của gen (locut gen) nhưng không giống nhau về gen. Riêng NST giới tính có thể tồn tại riêng lẻ, tương đồng hoặc không tương đồng. Mỗi loài có bộ NST đặc trưng về số lượng, hình thái và cấu trúc. Tuy nhiên số lượng NST trong bộ NST không phản ánh mức độ tiến hóa của loài. 1. Cấu trúc hiển vi của NST.Cấu trúc hiển vi được hiểu là cấu trúc quan sát được dưới kính hiển vi thông thường. Cấu trúc này được nhìn rõ nhất khi làm tiêu bản NST của tế bào trong kì giữa của chu kì tế bào. Khi đó NST tồn tại dưới dạng sợi kép với 2 cánh là 2 cromatit. Mỗi NST chứa 3 trình tự nucleotit đặc biệt: • Tâm động: vị trí liên kết với thoi phân bào (và cũng là vị trí được nhân đôi sau cùng) • Trình tự đầu mút: trình tự lặp lại đặc biệt giúp bảo vệ NST • Trình tự khởi đầu tái bản: trình tự mà tại đó ADN được bắt đầu nhân đôi NST thường có các phần bắt màu đậm (dị nhiễm sắc – là vùng đóng xoắn chặt, thường ở vùng này gen không được phiên mã) và vùng bắt màu nhạt hơn (nguyên nhiễm sắc – là vùng có tháo xoắn, thường xảy ra sự phiên mã gen tương ứng) 2. Cấu trúc siêu hiển vi của NST:Trình bày mức độ cuộn xoắn từ ADN -> NST với sự hỗ trợ của nhiều loại protein. Các loại protein tham gia đóng gói NST: • 8 protein histon trong nucleoxom: H2A, H2B, H3, H4 – mỗi loại có 2 phân tử. • protein giữa các nucleoxom: H1 II. Chức năng của NST: • Lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền: • Điều hòa hoạt động của các gen thông qua mức độ cuộn xoắn của NST. • Giúp tế bào phân chia đều vật chất di truyền vào tế bào con ở pha phân bào. B. ĐỘT BIẾN NST(CHROMOSOME ABERRATION) Các nhà di truyền học tế bào bằng kỹ thuật phân tích kiểu nhân(caryotype) ở nguyên phân(mitosis) và giảm phân(meiosis) của nhiều cơ thể thường và cơ thể đột biến đã phát hiện ra các đột biến nhiễm sắc thể.Các đột biến có thể là sai lệch về số lượng NST trong bộ, hoặc là sai lệch về cấu trúc của từng NST trong bộ. Đột biến NST có 2 dạng: Đột biến cấu trúc NST và đột biến số lượng NST I.Đột biến cấu trúc NST: Là những biến đổi trong cấu trúc của NST. Đột biến này thực chất là sự sắp xếp lại những khối gen trên và giữa các NST, được phát hiện nhờ phương pháp nhuộm băng NST (tiêu bản NST). Các tác nhân vật lý như các tia phóng xạ, tác nhân hóa học và các tác nhân sinh học như virus có thể gây ra đột biến dạng này. Gồm 4 dạng: mất đoạn, lặp đoạn, đảo đoạn và chuyển đoạn. Mất đoạn Mất đoạn làm giảm số lượng gen trên NST. Mất đoạn thường gây chết và giảm sức sống hoặc mất các tính trạng tương ứng. Do đó người ta ứng dụng đột biến mất đoạn để loại khỏi NST những gen không mong muốn hoặc xác định vị trí của gen trên NST -> lập bản đồ gen. í Hội chứng “mèo kêu” (mất đoạn nst số 5) Lặp đoạn Đột biến lặp đoạn là một đoạn nhiễm sắc thể được lặp lại 1 hay nhiều lần so với bình thường.Cơ chế phát sinh:một đoạn nst bị đứt và được nối vào nst tương đồng,hoặc tiếphợp và trao đổi chéo không cân giữa các cromatit trong cặp nst tương đồng.Lặp đoạn làm gia tăng số lượng gen trên NST. Lặp đoạn thường không gây hậu quả nghiêm trọng như mất đoạn, thường tăng cường hoặc giảm mức biểu hiện của tính trạng. Lặp đoạn có vai trò quan trọng trong tiến hóa. Bằng cách lặp đoạn kèm đột biến có thể làm xuất hiện gen mới trong tế bào. C A E B D F H G E F A H C B G C B Lặp đoạn Đảo đoạn Một đoạn NST bị đảo 180oC so với bình thường.Đoạn NST có thể mang tâm động hoặc không.Cơ chế phát sinh: một đoạn NST bị đứt ra giống trường hợp mất đoạn, sau đó quay 180oC gắn lại vào NST đó. Đảo đoạn, nhìn chung, không làm thay đổi số lượng gen trên NST mà chỉ làm thay đổi trình tự phân bố gen, do đó mức điều hòa có thể thay đổi -> thay đổi mức biểu hiện của tính trạng. Cơ thể dị hợp tử mang đột biến đảo đoạn nếu có trao đổi chéo xảy ra trong vùng đảo đoạn -> giảm phân không bình thường, gây bán bất thụ. Tuy nhiên, cơ thể đồng hợp về đột biến này vẫn sinh sản bình thường. Đảo đoạn cũng có vai trò làm tăng sai khác giữa các thứ, nòi trong loài ->cách ly hình thành loài mới. C A E B D F H G C A E D B F H G C A E B D F H G C A F B D E H D Đảo đoạn ngoài tâm động Đảo đoạn gồm tâm động Chuyển đoạn Có thể chuyển đoạn từ NST này sang NST khác hoặc chuyển đoạn cùng NST. Do đó có thể làm thay đổi hoặc giữ nguyên số lượng gen. Tuy nhiên trong chương trình thường chỉ xét chuyển đoạn giữa các NST không tương đồng. Chuyển đoạn tương hỗ là 1 đoạn của NST này chuyển dang 1 NST khác và ngược lại. C A E B D F H G E O M N D F H G C A Q P R B Q O M N P R Tương hỗ Chuyển đoạn C A E B D F H G C A E B D F H G O M N Q P R Q O M N P R Chuyển đoạn không tương hỗ là trường hợp 1 đoạn của NST hoặc cả 1 NST này sáp nhập vào NST khác (gọi riêng trường hợp này là đột biến Robecson – giả thuyết của quá trình hình thành loài người từ tinh tinh). Chuyển đoạn thường giảm khả năng sinh sản (bán bất thụ), sức sống có thể giảm, thay đổi nhóm liên kết gen (có thể ứng dụng trong chọn giống). Chuyển đoạn có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành loài mới. Chuyển đoạn Không tương hỗ II. Đột biến số lượng NST Là những đột biến làm thay đổi về số lượng NST trong tế bào. Gồm 2 loại: dị bội (lệch bội) và đa bội 1. Dị bội (lệch bội) Là những biến đổi làm thay đổi số lượng của 1 hay 1 số cặp NST. Thường gặp: thể không (2n -2), thể một (2n-1), thể ba (2n+1), thể bốn (2n+2)… Nguyên nhân:gây ra là do các tác nhân vật lý, hoá học hoặc do rối loạn trong môi trường nội bào. Cơ chế:Các tác nhân gây đột biến gây cản trở sự phân li của 1 hay 1 số cặp NST.Trong giảm phân và thụ tinh trong giảm phân một vài cặp NST nào đó không phân li tạo giao tử thừa hoặc thiếu 1 vài NST các giao tử này kết hợp với giao tử bình thường tạo các thể lệch bội. Hậu quả và vai trò:đột biến lệch bội cung cấp nguyên liệu cho quá trình tiến hóa. Trong chọn giống, có thể sử dụng đột biến lệch bội để đưa NST mong muốn vào cơ thể khác. Ngoài ra người ta còn sử dung lệch bội để xác định vị trí của gen trên NST. 2. Đa bội Là những biến đổi làm thay đổi số lượng toàn bộ bộ NST, làm tăng 1 số nguyên lần (>2) bộ NST đơn bội của loài. Có 2 dạng: Tự đa bội (đa bội cùng nguồn) Gồm đa bội chẵn(4n,6n...) và đa bội lẻ (3n, 5n...) Thoi vô sắc không hình thành Toàn bộ NST không phân ly Đặc điểm: Tế bào đa bội có lượng ADN tăng gấp bội nên quá trình sinh tổng hợp chất hữu cơ diễn ra mạnh mẽ. Vì vậy, cơ thể đa bội có tế bào to, cơ quan sinh dưỡng lớn, phát triển khỏe, chống chịu tốt. Thể đa bội lẻ thường không tạo giao tử. Thể đa bội phổ biến ở thực vật. Ở động vật ít gặp vì cơ chế xác định giới tính bị rối loạn. Dị đa bội Khi cả 2 bộ NST của 2 loài khác nhau cùng tồn tại trong 1 tế bào (lai xa) Đa bội thường gặp ở thực vật. Ở động vật, đa bội làm rối loạn quá trình xác định giới tính -> thường không tồn tại. Đa bội ở thực vật làm tăng hàm lượng gen, tế bào của cơ thể đa bội thường có kích thước lớn, sinh trưởng mạnh, chống chịu tốt. Thể đa bội thường gặp ở những vùng lạnh. Đa bội chẵn thường có khả năng sinh sản hữu tính, đa bội lẻ thường không giảm phân bình thường, có thể dẫn đến bất thụ hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. C.MỘT SỐ BỆNH LIÊN QUAN TỚI ĐỘT BIẾN NST I.Hội chứng Down Nguyên nhân :Bình thường, người ta có 46 nhiễm sắc thể (NST), đi thành từng cặp. Còn trẻ bị Down lại có 47 NST, nghĩa là có thêm một nhiễm sắc thể số 21. Chính kẻ thừa ra này đã phá vỡ sự phát triển bình thường về thể chất và trí tuệ của trẻ. Biểu hiện :: cổ ngắn, 2 mắt cách xa nhau, lưỡi dài, si đần, vô sinh. II.Hội chứng EDWARDS(HC Edwards, đọc là Ít-quơ-x) Nguyên nhân :xảy ra khi bệnh nhân bị thừa một nhiễm sắc thể số 18 trong bộ gen còn gọi là tam thể 18 hoặc trisomy 18 (tri-xô-mi 18).Bình thường thai được thừa hưởng vật chất di truyền gồm 46 nhiễm sắc thể, trong đó có 23 nhiễm sắc thể từ mẹ và 23 nhiễm sắc thể từ cha. Tuy nhiên ở 95% các trường hợp HC Edwards thai có 47 nhiễm sắc thể do có thừa một nhiễm sắc thể số 18. Chính sự dư thừa vật chất di truyền này gây nên các dị tật bẩm sinh ở trẻ. Biểu hiện :Trẻ sinh ra đầu nhỏ, thoái vị rốn, kém phát triển trí tuệ và vận động; đa số thường chết sau sinh, số còn lại chỉ sống được vài tháng vì không thể chữa được. III.BỆNH TURNER Nguyên nhân :bệnh được phát hiện là do mất một phần hoặc toàn bộ một nhiễm sắc thể (NST) giới tính X trong bộ gen người. Đây là rối loạn NST giới tính thường gặp nhất ở nữ, gây rối loạn phát triển thể chất và tâm thần.Người nữ bị HC Turner do mất hoàn toàn một NST X và bộ NST chỉ còn duy nhất một NST giới tính X là nguyên nhân thường gặp nhất chiếm khoảng 50%. Trường hợp này còn được gọi là monosomy X và ký hiệu là 45,X hoặc 45,X0. Biểu hiện : nhí tính sinh dục, không phát triển dậy thì, vú không phát triển, bộ phận sinh dục bên ngoài không phát triển, không hành kinh.- Trẻ thấp bé, bộ mặt không bình thường, có màng da cổ, bờ tóc sau gáy thấp, hai tai đỏ, hàm nhỏ có nếp quạt, ngực rộng, hai núm vú ở khoảng cách xa nhau (ngực lòng thuyển hay cái khiên), có các nốt ruồi nhiễm sắc tố. Cẳng tay cong ra ngoài. Móng tay quá lồi. Phù mu bàn tay và mu bàn chân. Ở trẻ nhỏ có nếp da cổ.- Thường có kèm các dị tật ở tim và thân như hẹp eo động mạch chủ, thân hình móng ngựa, các khuyết tật xương. Trí tuệ kém phát triển, trì trệ. IV.Hội chứng Patau Nguyên nhân : Khoảng 75% trẻ mắc hội chứng Patau có karyotype là trisomy 13 thuần (có 3 nhiễm sắc thể 13), còn lại 25% trường hợp là chuyển đoạn Robertson giữa nhiễm sắc thể 13 và một nhiễm sắc thể tâm đầu. Những trường hợp khảm cũng có thể gặp với tỷ lệ thấp. Hội chứng Patau do trisomy 13 thuần: Các nghiên cứu về di truyền tế bào và chỉ điểm DNA của Hassold (1987), Robinson (1996) và nhiều tác giả khác cho thấy khoảng 90% trường hợp trisomy 13 thuần có nhiễm sắc thể 13 thừa có nguồn gốc từ mẹ. Hội chứng Patau do chuyển đoạn Robertson: Chủ yếu là do chuyển đoạn giữa nhiễm sắc thể 13 và nhiễm sắc thể 14. Những trẻ này có thể có bố/mẹ là người mang chuyển đoạn Robertson cân bằng giữa hai nhiễm sắc thể 13 và 14 hoặc là một đột biến mới (bố mẹ có karyotype bình thường). Biểu hiện: Hội chứng này được thấy ở nữ nhiều hơn so với nam, tuy nhiên sự chênh lệch này không nhiều.Khuyết tật do não trước không phân chia thành hai bán cầu não trong quá trình phát triển phôi, Nhãn cầu nhỏ, tật khuyết mống mắt, sứt môi (60-80%), hở hàm, hoặc cả hai, 80% trường hợp có bất thường về tim, Nam: Tinh hoàn ẩn, bìu bất thường, Nữ: Tử cung chẻ đôi (hình trái tim)….. V.HỘI CHỨNG KLINEFELTER Nguyên nhân: Trong khoảng 50-60% trường hợp, hiện tượng không phân li nhiễm sắc thể xảy ra ở mẹ (75% do lỗi phân bào giảm nhiễm I). Các trường hợp còn lại xảy ra do không phân li ở người cha. Kiểu nhân thường gặp nhất là 47,XXY (khoảng 80-90% các trường hợp); thể khảm 46,XY/47,XXY gặp trong khoảng 10% trường hợp. Các thể khác, gồm 48,XXYY, 48,XXXY, 49,XXXYY, và 49,XXXXY, rất hiếm. Thể khảm 46,XY/47,XXY có thể xảy ra ở hợp tử 46,XY hoặc 47,XXY, và do rối loạn phân bào sau khi thụ tinh tạo hợp tử. Biểu hiện: Nam, mù màu, tay chân dài, si đần, vô sinh.