Di Truyền Ngoài Nhân: Đặc Điểm Và Quy Luật Di Truyền

1. Di truyền ngoài nhân là gì?

Di truyền ngoài nhân hay Di truyền tế bào chất là hiện tượng ADN ở ngoài nhân được truyền đạt cho thế hệ sau. Thông thường, phân tử DNA ấy nằm ở một số bào quan trong tế bào chất như: ty thể (mtDNA) và lục lạp (cpDNA). Thông thường, sự di truyền này diễn ra theo hình thức giới cái truyền cho đời sau nên hiện tượng này còn có thể được gọi là Di truyền theo dòng mẹ.

Cần phân biệt 2 khái niệm di truyền dòng mẹ và hiệu ứng dòng mẹ.

2. Tổng quan về di truyền ngoài nhân

2.1. Thí nghiệm

Năm 1909, Co-ren - nhà di truyền học thực vật người Đức, phát hiện ra hiện tượng này đầu tiên từ thí nghiệm trên cây hoa phấn (Mirabilis jalapa). Ông nhận thấy trên cùng một cây hoa phấn có thể có ba loại nhánh với màu sắc khác nhau.

• Cành và lá đều xanh lục (xanh).

• Cành và lá không màu hoặc vàng rất nhạt (trắng).

• Cành và lá có mảng trắng xen với xanh (đốm).

Co-ren đã lấy hạt phấn ở từng loại hoa phát sinh từ mỗi loại nhánh này thụ phấn cho nhụy của từng loại hoa, thu được kết quả như bảng sau.

2.2. Nhận xét

Nhận thấy trong mọi phép lai, tính trạng của đời con luôn giống với cây mẹ, tức là do mẹ quyết định. Và từ kết quả phép lai, Co-ren khẳng định chúng không tuân theo quy luật Menden, từ đó ra đời thuật ngữ “di truyền dòng mẹ”.

2.3. Giải thích

Một thời gian dài sau khi Co-ren công bố kết quả thí nghiệm, một số nhà khoa học mới tìm ra bản chất của hiện tượng này là sự di truyền lục lạp. 

Nghiên cứu sâu hơn cho thấy cơ chế phân tử của hiện tượng này do đột biến. Ở lá và cành màu xanh nghĩa là lục lạp bình thường. Lục lạp bị đột biến gen làm bất thường trong chuỗi phản ứng tổng hợp diệp lục, diệp lục không được tổng hợp nên lá và cành trở thành màu trắng. Ở lá và cành đốm, nghĩa là nó có cả lục lạp bình thường và lục lạp đột biến.

Trong phân bào, sự phân chia tế bào chất làm cho chỉ noãn có lục lạp còn tinh tử không chứa lục lạp. Vì vậy tế bào con chỉ nhận được tế bào chất có chứa lục lạp (đột biến và không đột biến) ở tế bào mẹ.

2.4. Cơ sở tế bào học của phép lai thuận nghịch

Thí nghiệm lai giữa 2 giống lúa mì:

* Phép lai thuận: 

P: ♀ Lúa xanh lục x ♂ lúa xanh nhạt

F1:         100% lúa xanh lục

* Phép lai nghịch:

P: ♀ Lúa xanh nhạt  x ♂ lúa xanh lục

F1:         100% lúa xanh nhạt

Từ kết quả phép lai, rút ra được nhận xét rằng: Kết quả của 2 phép lai thuận nghịch đều cho F1 có kiểu hình giống mẹ. 

Giải thích:

- Hai hợp tử tạo ra con lai đều chứa bộ NST giống nhau về mặt cấu trúc và số lượng nhưng điểm khác nhau giữa chúng là ở tế bào chất: hợp tử chứa tế bào chất của noãn cây nào thì lá của cây sẽ mang đặc điểm của lá cây đó.

- Trong thí nghiệm trên, ở phép lai thuận, sự di truyền kiểu hình màu xanh lục liên quan tới tế bào chất ở tế bào noãn của cây mẹ xanh lục; còn ở phép lai nghịch, sự di truyền kiểu hình xanh nhạt chịu ảnh hưởng bởi tế bào chất ở tế bào noãn của cây mẹ xanh nhạt. → Vì vậy hiện tượng di truyền này là di truyền tế bào chất (hay di truyền ngoài nhân hoặc ngoài NST). 

Cơ sở tế bào của phép lai thuận và lai nghịch: 

Khi thụ tinh, hợp tử chỉ nhận bộ nhân của giao tử đực mà hầu như không nhận tế bào chất. Phần tế bào chất của hợp tử chủ yếu được nhận từ noãn, do vậy các gen nằm trong tế bào chất (trong ti thể hoặc trong lục lạp) chỉ được lấy từ mẹ qua trứng.

Nguyên nhân của sự di truyền này chủ yếu do sự khác nhau về kích thước của tế bào noãn và tinh tử. Trong quá trình phân chia, sự phân chia tế bào chất diễn ra không đều ở 2 bên đực và cái. 1 tế bào sinh sản tạo ra 4 tinh tử nên lượng tế bào chất mà 4 tinh tử nhận được rất ít. Đối với quá trình tạo noãn, 1 tế bào sinh sản chỉ tạo ra 1 noãn, hầu hết tế bào chất của tế bào mẹ dồn vào trứng nên kích thước và lượng tế bào chất trong noãn lớn. Tế bào chất ở hợp tử chủ yếu là của tế bào noãn. Đó là lí do tính trạng trong ADN ở ti thể, lục lạp chủ yếu biểu hiện kiểu hình giống với mẹ.

Tham khảo ngay bộ sổ tay tổng hợp kiến thức và kỹ năng giải mọi dạng bài tập trong đề thi THPT và ĐGNL

3. Đặc điểm di truyền của gen ngoài nhân

3.1. Một số đặc điểm di truyền của gen ngoài nhân

- Tế bào chất có vai trò quan trọng nhất định trong sự di truyền các tính trạng từ thế hệ trước cho thế hệ sau.

- Kết quả của phép lai thuận và nghịch khác nhau nhưng điểm chung là kiểu hình của F1 đều giống với kiểu hình của cơ thể mẹ.

- Đời con luôn có kiểu hình giống với mẹ.

Vậy nên dùng phép lai thuận nghịch có thể xác định được tính trạng đang xét được quy định bởi gen trong nhân hay gen ngoài nhân.

3.2. Đặc điểm gen nằm trong tế bào chất (ti thể, lục lạp)

- Bản chất là ADN kép dạng vòng.

- Số lượng gen trong tế bào chất ít hơn so với gen trong nhân.

- Có khả năng bị đột biến và có thể di truyền được.

Xét tiếp một ví dụ, khi lai thuận, nghịch ở cây hoa mười giờ thì thu được kết quả khác nhau:

- Lai thuận: P: ♀Cây lá đốm × ♂Cây lá xanh

→ F1 : 100% Cây lá đốm.

- Lai nghịch: P: ♀Cây lá xanh × ♂Cây lá đốm

→ F1 : 100% Cây lá xanh.

Ở thí nghiệm trên, có thể kết luận sự di truyền tính trạng màu lá liên quan đến tế bào chất vì ở cả 2 phép lai thuận và nghịch, đời con đều mang kiểu hình giống với kiểu hình ở cây mẹ: ở phép lai thuận, cây mẹ lá đốm tạo ra đời con F1 cũng có kiểu hình lá đốm; ở phép lai nghịch, cây mẹ lá xanh tạo ra đời con F1 cũng có kiểu hình lá xanh. 

Vì vậy hiện tượng di truyền này chính là di truyền tế bào chất (hay còn gọi là di truyền ngoài nhân hoặc di truyền ngoài nhiễm sắc thể). Do con lai mang tính trạng của mẹ nên di truyền tế bào chất được xem là di truyền theo dòng mẹ. 

Tuy nhiên, cần phải nắm chắc rằng không phải mọi hiện tượng di truyền theo dòng mẹ đều là di truyền tế bào chất.

Di truyền tế bào chất ở thực vật là di truyền ADN trong cả ti thể và lục lạp. Trong khi ở động vật, di truyền tế bào chất chỉ là sự di truyền ADN trong ti thể (do tế bào động vật không có lục lạp).

Ngoài ra, không chỉ ở sinh vật nhân thực mà sinh vật nhân sơ cũng có di truyền ngoài nhiễm sắc thể, cụ thể là di truyền ở plasmit. Plasmit là ADN kép, mạch vòng, nằm ngoài vùng nhân của vi khuẩn, chứa các gen không bắt buộc cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn nhưng nó mang các gen quy định các sản phẩm thứ cấp như kháng kháng sinh, protein chống sốc nhiệt… Vi khuẩn có chứa plasmit sẽ có ưu thế, sức chống chịu tốt hơn trong môi trường có các tác nhân có hại so với vi khuẩn không có plasmit. Do vậy chúng sẽ sinh trưởng và phát triển tốt hơn, nhân lên tạo chủng vi khuẩn chứa plasmit. 

4. Quy luật di truyền ngoài nhiễm sắc thể

Khác với sự di truyền ở nhân, di truyền ngoài nhân do các gen trong các bào quan như ti thể và lục lạp ở sinh vật nhân thực và plasmit ở sinh vật nhân sơ có các đặc điểm sau:

- Kết quả lai thuận và lai nghịch khác nhau, trong đó con lai thường mang tính trạng của mẹ, nghĩa là được di truyền theo dòng mẹ. 

- Các tính trạng di truyền không tuân theo các quy luật di truyền nhiễm sắc thể, vì tế bào chất không được phân phối đều cho các tế bào con theo quy luật chặt chẽ như đối với nhiễm sắc thể. Ngoài ra, sự phân chia các thành phần  và số lượng ti thể, lạp thể diễn ra một cách ngẫu nhiên chứ không đồng đều hoàn toàn.

Ngoài những đặc điểm trên, gen không nằm trên nhiễm sắc thể còn có một số đặc điểm sai khác với gen trong nhân như:

- Ở cơ thể đa bào, có hiện tượng hình thành thể khảm do sự phân bố không đồng đều các cơ quan tử mang gen nằm trong tế bào chất qua các lần nguyên phân. (ví dụ: ở thí nghiệm của Co-ren có hiện tượng 1 nhánh có cả 3 màu lá khác nhau).

- Tế bào mang các gen tế bào chất bị đột biến có thể được thay thế bằng các tế bào màng gen tế bào chất bình thường.

- Nhiều trường hợp, các gen tế bào chất có mối quan hệ mật thiết với các gen nhân. Đối với trường hợp này, sự thay thế nhân bằng thực nghiệm sẽ chứng minh được điều đó (ví dụ: hiện tượng bất dục đực tế bào chất).

Như vậy, tế bào là một đơn vị di truyền. Không chỉ nhân có vai trò duy nhất trong di truyền mà cả tế bào chất cũng có vai trò nhất định. Trong tế bào nhân thực có 2 hệ thống di truyền: di truyền NST và di truyền tế bào chất.

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình ôn thi THPT Quốc Gia sớm ngay từ bây giờ

Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến di truyền ngoài nhân thuộc chương trình Sinh học 12. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình ôn thi và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc, chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để xem thêm các bài giảng hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm bài giảng và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho kỳ thi THPT quốc gia sắp tới nhé!

>> Xem thêm:

• Sinh 12 Bài 21: Tóm tắt lý thuyết di truyền y học và bài tập
• Lý thuyết, bài tập về phiên mã và dịch mã
• Lý thuyết, bài tập liên kết gen và hoán vị gen
• Gen mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN
• Gen di truyền là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng