Giáo trình di truyền và chọn giống cây trồng

DO 5 t e

1 ' Vit'U (ill* M 1111

GT.0000022860

— nO DUC VA OAO TAO HA NOI

860 ^ ^ y

GIA O TRIN H

D i tnuye n

v a cho n gion g

c a y tndn g

DUNG TRONG CAC TRUONG TRUNG HOC CHUYEN NGHIEP

NHA XUAT BAN HA N »

SO GlAO DUC VA DAO TAO HA NOI

KS. PHAM VAN DUE

GIA O TRIN H

Dl TRUYEN

VA CHON GIONG CAY TRONG

m

(Dung trong cdc trtfdng THCN)

DAI HOC THAI NGUYEN

TRUNG TAM HOC LIEU

* •

N H A XUAT BAN H A N6 l - 2006

NHA XUAT BAN HA NOI

• TONG DUY TAN, QUAN HOAN KlfiM, HA NOI

DT: (04) 8252916,8257063 - FAX: (04) 8257063

GIAO TRINH

Dl TRUYEN VA CHON 6I0NG CAY TRONG

NHA XUAT BAN HA NOI - 2006

Chju trach nhiem xua't ban

NGUYEN KHAC OANH

Bi6n tap

HOANG CHAU MINH

Bia

PHAN ANH TU

Ky thuat vi tinh

MINH E>6

Sira ban in

CHAU MINH

In 530 cuon, kho' 17x24cm. tai Nha in Ha Noi. Quyet dinh xua't ban >6: 146-

2006/CXB/l 14GT-19/HN. So in: 339/4. In xong va nop liru chidu quy 111 nam 2006.

L d i gid i thi f u

udc ta dang budc vdo thai ky cong nghiep hoa, hien

1 V dqi hoa nhdm dua Viet Nam trd thdnh nude cong

nghiep van minh, hien dqi.

Trong su nghiep each mqng to Ion do, cong lac dao tqo

nhan life ludn give vai trd quan trong. Bdo cdo Chinh tri cua

Ban Chap hdnh Trung uang Dang Cdng sdn Viet Nam tqi

Dqi hoi Dang todn qudc Ian tM IX dd chi ro: "Phat trien

giao due va dao tao la m6t trong nhttng dong lire quan trong

thuc day su nghiep cong nghiep hoa, hien dqi hoa, la di6u

kien de phat trien nguon luc con ngu6i - yeu to' ca ban de

phat trien xa hoi, tang truong kinh tg' nhanh va b^n virng". •

Quan triet chu truong, Nghi quyet cua Dang vd Nhd nude

vd nhan tMc dung dan ve tarn quan trong cua chuang trinh,

gido trinh dd'i vdi viec ndng cao chat luqng dao tqo, theo de

nghi cua Sd Gido due vd Dao tqo Ha Nqi, ngdy 23/9/2003,

Uyban nhan dan thdnh phd' Ha Nqi dd ra Quyet dinh so

5620/QD-UB cho phep SdGido due vd Dao tqo thuc hien de

an bien soqn chuctng trinh, gido trinh trong cdc trudng Trung

hoc chuyen nghiep (THCN) Ha Nqi. Quyet dinh nay the hien

su quan tarn sdu sac cua Thdnh uy, UBND thdnh phd' trong

viec ndng cao chat luang dao tqo va phdt then nguon nhan

life Thu dd.

Tren ca so chuong trinh khung cua Bo Gido due vd Dao

tqo ban hdnh vd nhung kinh nghiem rut ra tit thuc te dao tao,

SaGido due va Dao tqo da chi dqo cdc trudng THCN to chitc

bien soqn chuang trinh, gido trinh mot each khoa hoc, he

tkdng vd cap nhdt nhOng kieh thuc thuc tiin phu lurp vai dm

tifqng hoc sinh THCN Ha Not.

Bo gido trinh nay Id tdi lieu gidng day vd hoc tap trong

cdc trudng THCN dHd Nqi, ddng thai Id tdi lieu tham khdo

hiiu kh cho cdc trudng co dao tqo cdc nganh ky thudt - nghiep

vu vd dong dao ban doc quan tarn den van de hudng nghiep,

day nghe.

Viec to chuc bien soqn bo chuang trinh, gido trinh nay

Id mot trong nhie'u hoqt dong thiet thuc cua nganh gido due

vd dao tqo Tint do deky niem "50 nam gidi phdng Thii do ",

"50 nam thdnh lap nganh" vd hudng tdi ky niem "1000 nam

Thdng Long - Ha Nqi".

So Gido due vd Dao tqo Ha Nqi chdn thdnh cam on Thdnh

uy, UBND, cdc sd, ban, nganh cua Thanh phd, Vu Gido due

chuyen nghiep Bo Gido due vd Dao tqo, cdc nhd khoa hoc, cdc

clutyen gia dan nganh, cdc gidng vien, cdc nhd quan ly, cdc

nhd doanh nghiep dd tqo dieu kien giiip dd, dong gop y kien,

tham gia Hoi dong phdn bien, Hoi dong thdm dinh vd Hoi

dong nghiem tint cdc chuang trinh, gido trinh.

Day Id Ian ddu tiin Sd Gido due vd Dao tao Hd Nqi to

chirc bien soqn chuang trinh, gido trinh. Dii dd hit site cd

gang nlurng chdc chdn khong trdnh khdi thie'u sot, bat cap.

Cluing tdi mong nhan ditqc nhSng y kien dong gop cua ban

doc detimg budc hodn thien bq gido trinh trong cdc Ian tdi

ban sail.

GIAM DOC Sd GIAO DUC VA DAO TAO

L d i no i da u

Dephuc vu muc lieu dao lao ky thudt vien bqc trung hoc chuyen nghiep nganh

n dng trot va hcio ve thuc vat, ducic sifphdn cong cua truftng THNN Hd Noi, cluing

tdi thuc hien hien soqn gido trinh Di truyen vd chqn gidng cay trong. Gido trinh

hodn thdnh nhd sir nd life nghien edit khoa hoc, tim hieit thuc te'vd sifgdp y c/uy ban

i lia cdc nhd khoa hoe vd ddng nghiep. Cluing ldi xin chdn thdnh cam <tn sif gop v

kien vd giiip ddc/uy ban cua:

- TS. Nguyen Van Cuang - Vien Ngd

- GS. TSKH. Hd Quang Hung - Gidng vien cao cap Trudng Dqi hoc Ndng

nghiep Hd Nqi

- TS. Phqm Ngoc Luang - Vien Di truyen Ndng nghiep.

- PTS. Nguyen Thi Van - Gido vien Bp man Gidng cay trong Trudng Dqi hoc

Ndng nghiep Hd Nqi.

Chdc chdn gido trinh con thieu sol, nen cluing tdi rat mong dqi sif gdp y kien

liep theo cua cdc nhd nghien edit, cua cdc thdy trong chuyen nganh vd cua ban doe.

Xin chdn thdnh cam on.

TAC GIA

5

Pha n mo t

CO Sd DI TRUYEN HOC

•

Chifdn g 1

TOM TAT QUAN DIEM VA PHLfONG PHAP

NGHIE N CUTJ D I TRUYE N HO C

QUACA C THO I K Y

Muc tieu

* Ve kien thitc: Ngiroi hoc trinh bay lai duoc cac su kien lich sir su phat trien cua nganh

di truyen hoc, neu ro phuong phap va cac quan diem cua cac nha di truyen hoc nhu

Mendel, Darwin, Morgan, Watson, Crik... va cac hoc thuyet di truyen hien dai, tir do iam CO

so de tiep thu kien thirc phan sau.

* Ve ky nang: Co kha nSng trinh bay va van dung quan diem di truyen vao viec hoc

tap, tim hieu, nghien ciru mon hoc nay.

* Ve thai <J6: Nghiem tuc hoc tap, cCing co quan diem duy vat bien chung, qusn diem

di truyen hoc dung dan. Kien quyet chong lai tu tudng duy tarn sieu hinh, me tin, di doan.

Yeu nghe, tran trong va noi guong cac nha khoa hoc, khong ngutig hoc tap va nghien

euu de gop phan lam cho nganh Di truyen hoc nude nha dat duoc nhung thanh tuu m6i.

Noi dung torn tat

Chuong nay trinh bay torn t§t lich suf phat then cua nganh di truyen hoc va cac noi

dung co ban nhat ve phuong phap nghien euu trong nganh di truyen hoc.

I. TOM TAT SU PHAT TRIEN VA CAC QUAN DIEM DI TRUYEN HOC

1. Giai doan trirdc 1890

1.1. Thuyet di truyen trirc tiep

The ky V tr.CN co thuyet di truyfin true tiep cua Hipocrate cho rang vat

7

chit di truyen dugc nhan true tiep tir tat ca cac phan cua ca the', cac co quan

deu aiih hirong Hire tiep den tinh trang

1.2. Thuyet di truyen gian tiep

The ky IV Tr.CN co thuyet di truyen gian tiep cua Aristotle cho rang: Vat

lieu sinh san dugc tao ra tir chat dinh duang mi ban chat cua nhun" i hat nay

ail dinh c;ui tao cac phan cua ca the.

1.3. Thuyet tap nhiem Lamarck

Nam 1809 co thuyet tap nhiem ciia JB. Monet De Lamarck cho rang sir

lien hoa dira iron sir di truyen nhirng tinh chat tiep thu dugc trong qua trinh

hoat dong cua ban than sinh vat.

1.4. Di truy en chat mam gemmule va hoc thuyet chon loc

Nam 1868 co thuyet Pangenesis ciia Charier Darwin (1809 - 1882) cho ring:

M6i phan ca the sinh ra nhirng chat mim (gemmule). gemmule theo mau tap

trung ve ca quan sinh due. qua do tinh trang dugc truyen cho the he sau.

Dong thai co thuyet lien hoa ciia Darwin nhan manh vai tro ciia chon loc

Itch luy nhirng bien di co Igi. dao thai nhirng bien di co hai. dong lire Iii chon

loc tir nhicn va chgn loc nhan tao. Han che'ciia Darwin la cho ring tat ca cac

bien di deu co the' di Iruyen dugc. trong khi do chi nhung bien doi lien quan

den viit chat ADN va nhiem sic the' thi mai co kha ning di truyen dugc.

Quan diem gemmule khong co co so thuc nghiem, con thuyet chon loc thi

co gia tri den nay.

Charier Darwin. Gregor Mendel trong vuan thuc nghie,

(Nguon: Linda Camlin. Tien hoa. (Nguon: Titdien Bach khoa s:>.h hoc

Nxb Kim Dong. 2000) Nxb Khoa hoc va ky thuat. H\ 21 i >

8

1.5. Cong trinh Mendel

Cong trinh cac thi nghiem lai 6 thuc vat cua Mendel cong bo tai Bruno

nam 1865 va sau 35 nam mai dugc cong nhan.

2. Di truyen hoc kinh dien

2.1. Cong trinh ciia ba nha bac hoc doc lap giong Mendel

Nam 1900 co ba nha bac hoc doc lap voi nhau ciing tim ra va cong bo cac

dinh luat giong nhu Mendel da cong bo nam 1865. Do la:

Hugo de Vries (Ha lan)

Erich Karl Correns ( Dire )

E. Von Tschermark (Ao).

Tir do nguai ta mdi nha lai cong trinh ciia Mendel va cong nhan cac quy

luat ma ong phat hien ra. Nam 1900 dugc coi la khai sinh ciia di truyen hoc.

Cung trong giai doan nay, nam 1901 Hugo de Vries dua ra thuyet dot bien.

2.2. Phat hien quy luat Mendel tren dong vat

Nam 1902, W. Bateson va Cuenot chung minh quy luat Mendel tren dong

vat, nam 1909 cong bo 100 tinh trang a dong vat di truydn theo quy luat Mendel.

2.3. Phat hien dinh luat Hacdi - Vanbec

Nam 1908 co hai nha khoa hoc la nha toan hoc nguai Anh G.N. Hacdi va

bac si ngu6i Due V. Vanbec doc lap voi nhau, dong thai phat hien ra quy luat

phan bo' cac kieu gen va kie'u hinh trong quan the7

giao phoi. Quy luat nhu sau:

Trong nhung dieu kien nhd't dinh trong long mot quan the giao phoi tan so

tuang doi ciia cdc alen d mdi gen cd khuynh hudng duy tri khong doi tCt the he

nay sang the he khde.

2.4. Phat hien moi tuang irng giua nhiem s£c

the va di truyen

Nam 1903 Sutton cong bo mo: tuang ling giura su

phan ly nhan to di truySn vdi su chuyen dong ciia

nhiSm sac the.

Wcismann (Dire) quan sat te bao hoc va neu

thuyet di truyen nhi6m sac the'.

2.5. Hoc thuyet nhiem sac the ciia Morgan

Nam 1911 Morgan xay dung thuyet di truyen

nhiem sac the' cho rang vat chat di truyen (gen) ma

T. Morgan

9

Mendel khong nhin may thi co the nhin thay no phan bo thing hang tren

nhiem sac the.

(Nguon: Hoeing Due Nhucjn - Dang Hint Lank. Sdch gido khoa Sinh hoc

lap II. Nxb Gido due. 1997.)

2.6. Quy luat day bien di dong dang

Nam 1920 N. 1. Vavilop phat hien quy luat day bien di d6ng dang.

2.7. Thuyet 1 gen - 1 enzim

Nam 1941 G. Beadle va E. Tatum nghien ciiu nam men banh my dua ra

thuyet 1 gen - 1 enzim chung minh cac gen kie'm tra nhirng phan ting hoa sinh

khac nhau.

3. Giai doan ky thuat di truyen phan tu

3.1. Chung minh ADN la vat chat di truyen

Nam 1944, 0. Avery va Mc Leod. Mc Carty thong qua cac thi nghiem

chuyen nap vi khuan da chung minh ADN la vat chat di truyen.

3.2. Watson va Crik dua ra mo hinh ADN

Nam 1953 James Dewe Watson va Harry Crik da tim ra mo hinh cau true

phan tir ADN. 1962 hai ong nhan giai Nobel ve sinh hoc va y hoc.

Hinh I. ADN phdntitDNK

(Sgiidn: I"ir diva Bach khoa sinh hoc. (Nguon: Bckh khoa tri tluic phfi thong. \ \h \ ;m

i„;a

S.\h KIHM hoc va ky ihiuii. 2003) thong tin)

10

3.3. Tim ra ma codone

Nam 1961. M. Nirenberg va J. Matthei xac dinh bp ba ma hoa di iruyen

dau tien. Sau do cac nha khoa hoc tim ra 64 bp ba ma hoa (codone).

3.4. Phat hien co che dieu hoa tong hap protein

Cung nam 1961 F. Jacob va J. Monod dua ra mo hinh operon giai thich ca

che dieu hoa sao ma va sinh tong hap protein.

3.5. Ky thuat di truyen tir 1970 den nay

Cach mang ve phuong phap nghien ciru trong di truyfin phan tu.

3.5.1. Phat hien ra hien tuang tiep hap, bien nap vd tdi nap de chuyen gen

- Bien nap: Frideric Griffith tim thay hien tuang noi vi khuan vo hai lay

va dung nap dupe mau ADN ciia te bao noi vi khuan gay benh sung phoi da

che't va noi lanh tra nen noi gay benh.

- Tdi nap: The an khuan bao goi hoac noi them dupe mau ADN ciia te bao

vat chii roi dem luon ca mau do xam nhap (cam nhifim ) sang te bao vat chii

mai khac.

- Tiep lu/p: Hien tupng ap mieng de trao doi chat nhan a triing co bp trung

long Infuzoaria.

- Hien tupng vi khuan due mang nhan to F +

xuyen nhti due vao vi khuan

cai mang nhan to F" tao cau noi chuyen ADN cho nhau.

Ling dung nhan to F (Fertility ) mang gen tao nhii due va yeu to can cho

sir tiep hop, dong thai chtia mien gen khai dong sao ma a vi khuan E. Coli. F

co the t6n tai duai dang mot plasmid. Plasmid la mot spi ADN dang vong.

(phan tir ADN ca be tach tir nhi6m sac the vi khuan) co kha nang tu tai ban doc

lap nhieu lan, khong phu thupc vao ADN ciia vi khuan. Plasmid co the dung

lam chat mang - vecta chuyen gen. Trong do quan trong la plasmid R co the

mang cac gen khac va gen khang thuoc (gen tong hap protein pha huy thuoc

khang sinh ).

3.5.2. Phat hien ra RE, enzime sao chep nguqc

3.5.3. Phan ting chudi trung hap

- Phan dug Polymerase Chain Reaction - PCR

Nam 1985 Kary va Mullis da thuc hien nhan doan ADN dac hieu. biet

truac trinh tu nucleotit. duoi su xiic tac ciia ADN - polymerase chiu nhiet cao

(Taq polymerase) trong chu ky nhiet lap lai lien tuc.

11

- Plain ting Random Amplified Polymorphic DNA - RAPD

Nam 1991 Gustavo Caetano. Anolles va cong su phat hien ra su nhan doan

ADN bang PCR chi can mot loai doan moi bat ky. Tir do ra doi ky thual nhan

cac doan ADN da hinh ngau nhien RAPD {Random Amplified Polymorphic

DNA) do la phan ung chuOi trung hap nhan cac doan ADN rieng biet. ngau

nhien. khong can biet iru'dc trinh tu nucleotit voi mot loai doan moi.

3.5.4. Phtmng phap phan tich sit da hinh cdc doan cat gidi hqn RFLP

(Restriction Fragment Length Polymorphism)

Sau klii eat ADN bang R.E roi chay dien di tren thach gels agarose ta co hinh

anh ve su da hinh cac doan cat giai han RFLP giong nhu mot ban do dac trung.

II. CAC PHUONG PHAP NGHIEN CUU TE BAO VA ADN

1. Cac phifdng phap vat ly

1.1. Kinh hien vi quang hoc

Tir nhung thau kinh thuy tinh. hinh anh ciia vat nho dugc nhin tha'y to han,

Robert Hooke da che tao ra kinh hien vi nhin thay mo loi bac thuc vat la nhirng

tui nho. Ngay nay cac nha chuyen mon da che tao ra nhirng kinh hien vi phong

to 2500 kin.

1.2. Kinh hien vi dien tu

Kinh hien vi dien tir phong to tir 100 000 den 1 000 000 lan co the nhin

thay cac ca quan tir trong te bao.

1.3. Chieu chup tia Ronghen

Chieu tia Ronghen (X. quang) va may tinh dien tir xac dinh kich thuoc va

khoang each khong gian ciia cac nguyen tir trong phan tu.

Nhung nam 1947 - 1951. nir nha khoa hoc ly sinh Franklin (Rozalind

Elsie) nghien euu nhieu xa tia X. ba da chup anh phan biet hai dang phan biet

caii true tinh the A va B ciia ADN. (Ba dugc du kien nhan giai Nobel nhung ba

ehet vi ung thu nam 1958).

Khi Watson den tham phong thi nghiem ciia Maurice Wilkins (nguai

nghien euu su lien quan cau true khong gian ba chieu cua protein va ADN va

ong nay la cong su ciia Franklin) tai Vien Hoang gia 6 London thi Watson

quan sat but anh phan biet hai dang phan biet cau true tinh the' A va B ciia

ADN ma Franklin da chup. Watson thay ro ADN la mot chuoi xoan kep. Nam

1953 James Dewe Watson (My) va Harry Crik (Anh) dua tren do thi Ronghen

12

va dd thi tinh the tren da xac dinh mo hinh va khoang each khong gian ADN.

Nam 1962 hai ong cung Maurice Wilkins nhan dugc giai thudng Nobel ve sinh

hoc va y hoc.

2. Phirdng phap hoa sinh

2.1. Phuong phap hoa te bao

Nhuom te bao song bang hoa cha't nhu xanh metylen, fluocrom ket hop

chieu tia cue tim va may quang phd ke xac dinh cac chat trong te bao song.

2.2. Phuong phap danh dau bang chat dong vi phong xa

Photpho co 2 dong vi la "P va T

Luu huynh co

,3S va

,SS

Cacbon co

l2C va

IJC

Oxy co '"O va "O

Dung nguyen tir ddng vi de danh dau cho tham gia vao phan irng trao ddi

chat roi phan tfch chat tao thanh xem nguyen tu da danh dau a dau se phat hien

ra con dudng trao ddi chat va vi tri cac nguyen tir trong phan tir.

Hershey va Chase dung ddng vi "P danh dau ADN va dung ddng vi "S

danh dau protein nhu sau: nuoi cay the an khuan T2 trong moi trudng cd "S va

,;P de danh dau. Sau dd hdn hgp T2 vdi vi khuan khong danh dau trong thie't

bi hoa long. Vi khuan se bi T2 nhiem vao hoan toan. Quay ly tarn so sanh ham

lugng chat ddng vj phong xa thi cac tac gia thay rang: Protein vd ciia T2 d

ngoai te'bao vi khuan vat chu, chi co ldi ADN xam nhap vao vi khuan vat chu.

Va chi con ADN ciia T2 mdi dugc long hop sau khi hoa long cd chua P ddng

vi danh dau, con protein thi khong chua S ddng vi danh dau. Dac biet la cac

phan tir ADN xam nhap vao te'bao vat chii lam te'bao nay san xua't them nhieu

ADN va protein the' an khuan. Tir ADN ciia the an khuan thuc su tao lai the an

khuan mdi hoan chinh mdi.

Vi du khac: Khi nghien ciru ve quang hop dung:

H:,sO + C "O? —> Cr,H,:Of. + '*Qi

Chung to oxy thoat ra trong qua trinh quang hop la dugc phan ly tir nude.

2.3. Tach chiet ADN

Liin lugt thuc hien cac budc nhu sau:

- Nghien mau thuc vat trong Nito long (d-190"C )

13