Hoán Vị Gen Là Gì? Ý Nghĩa, Quy Luật Liên Kết Và Bài Tập

1. Hoán vị gen là gì? Thế nào là tần số hoán vị?

   1.1. Thí nghiệm của Moocgan

Giải thích kết quả thí nghiệm của Moocgan:
Từ kết quả lai phân tích ở FB, Moocgan cho rằng trong quá trình tạo giao tử ở phép lai phân tích:

• Ruồi (đực) thân đen, cánh cụt  giảm phân tạo 1 loại giao tử bv.

• Ruồi (cái) F1  giảm phân tạo 4 loại giao tử với tỷ lệ không bằng nhau: giao tử BV = bv = 41%; Bv = bV = 9%.

Hiện tượng này xuất hiện là do trong quá trình giảm phân giao tử ở ruồi (cái): 2 gen B và V cũng như b và v liên kết không hoàn toàn, đã xảy ra hiện tượng hoán vị giữa alen B và alen b dẫn tới sự xuất hiện thêm 2 loại giao tử Bv và bV, dẫn đến sự tổ hợp lại các tính trạng bố mẹ.

Cơ sở tế bào học của hiện tượng hoán vị gen:

• Tại kỳ đầu của giảm phân 1, ở một số tế bào đã xảy ra hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo giữa 2 crômatit khác nguồn trong 4 crômatit của cặp NST tương đồng → Kết quả là các gen có thể đổi vị trí cho nhau và làm xuất hiện các tổ hợp gen mới.

• Tổ hợp gen mới bao gồm 2 nhóm giao tử:

- Giao tử liên kết.

- Giao tử hoán vị.

1.2. Định nghĩa hoán vị gen và tần số hoán vị

- Hoán vị gen là hiện tượng các gen cùng nằm trên một NST nhưng liên kết không hoàn toàn trong quá trình phân bào. Kết thúc giảm phân tạo ra tổ hợp giao tử mới.

- Tần số hoán vị gen là thước đo xác định khoảng cách tương đối giữa các gen nằm trên 1 NST. Tần số hoán vị gen (Khoảng cách tương đối) dao động từ 0%-50%.

- Đặc điểm của hoán vị gen: 

• Tần số hoán vị được xác định bằng tỉ lệ phần trăm số cá thể có tái tổ hợp gen: 

         Tần số hoán vị gen (f)  =  $(Số cá thể có kiểu hình tái tổ hợp)  (Tổng số cá thể đời con) x 100%$

• Tần số số hoán vị gen (f) bằng tổng tỷ lệ các giao tử mang gen hoán vị.

• Tần số hoán vị gen (f) giữa 2 locus gen nào đó luôn  50%.

2. Nội dung của quy luật hoán vị gen

- Trong quá trình giảm phân, đã xảy ra sự tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các crômatit khác nguồn gốc trong cặp tương đồng trong kì đầu của giảm phân I, dẫn đến hiện tượng hoán vị gen làm xuất hiện tổ hợp gen mới.

- Vì có hiện tượng tiếp hợp - trao đổi chéo nên trong thực tế số nhóm gen liên kết nhiều hơn số NST trong bộ NST đơn bội (n) của loài.

- Đối với các nhóm gen liên kết ở trạng thái đồng hợp hay chỉ có một cặp dị hợp tử thì khi xảy ra hoán vị gen cũng sẽ không gây hậu quả gì.

- Hai gen nằm càng gần nhau lực liên kết càng lớn thì tần số hoán vị gen càng nhỏ → Tần số hoán vị gen tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa các gen trên NST.

- Tần số hoán vị gen (f) bằng tổng tỷ lệ các giao tử mang gen hoán vị. 

- Hoán vị gen thường có tần số không bao giờ vượt quá 50%, dao động từ 0 – 50% → tỷ lệ giao tử hoán vị gen không vượt quá 25%.

- Hoán vị gen có thể xảy ra ở một giới (VD: ruồi giấm, tằm dâu...) hoặc xảy ra ở cả hai giới (VD: đậu hà lan, người...). Tần số hoán vị gen ở mỗi giới cũng có thể khác nhau ở một số loài (VD: ở người, tần số hoán vị gen ở nữ thường cao hơn nam).

- Để xác định tần số hoán vị gen, người ta thường sử dụng phép lai phân tích.

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập kiến thức và xây dựng lộ trình 9+ thi tốt nghiệp THPT môn Sinh sớm ngay từ bây giờ

3. Hoán vị gen có ý nghĩa gì trong thực tiễn?

- Ý nghĩa của hiện tượng hoán vị gen là tạo ra các giao tử mang tổ hợp gen mới do đó quá trình thụ tinh đã tạo ra vô số các biến dị tổ hợp → tạo nguồn biến dị di truyền phong phú cho quá trình tiến hóa -> làm tăng tính đa dạng của các loài giao phối.

- Nhờ hoán vị gen mà các gen quý trên các NST tương đồng có khả năng tổ hợp với nhau làm thành nhóm gen liên kết mới rất có ý nghĩa trong tiến hóa và chọn giống.

- Xác định tần số hoán vị gen sẽ giúp xác định trình tự và khoảng cách tương đối giữa các gen trên NST trong việc thiết lập bản đồ di truyền.

- Việc dự đoán được khoảng cách tương đối của các gen trên 1 NST cũng giúp các nhà khoa học giảm được thời gian tìm đôi giao phối -> tăng hiệu quả và năng suất giao phối.

* Bản đồ di truyền:
- Bản đồ di truyền (bản đồ gen) là bản đồ về trình tự sắp xếp và vị trí tương đối của các gen được xây dựng trên tần số hoán vị gen.

- Khoảng cách giữa các gen được đo bằng tần số hoán vị gen (HVG); đơn vị đo khoảng cách được tính bằng tần số HVG gọi là centiMoocgan (cM) [1cM = 1% tần số HVG].

- Nếu biết được tần số hoán vị gen của hai gen nào đó ta có thể tiên đoán được tần số các tổ hợp gen mới trong các phép lai, nhờ đó rút ngắn được thời gian tạo giống vì không phải mất thời gian do chọn đôi giao phối một cách mò mẫm.

4. Mối quan hệ giữa hoán vị gen và liên kết gen

- Hoán vị gen xảy ra trên cơ sở ban đầu là các gen liên kết cùng nằm trên 1 NST nhưng xảy ra hoán vị do sự liên kết không hoàn toàn. Theo cách hiểu khác, do khoảng cách các gen trên NST xa nhau -> tăng khả năng xảy ra hoán vị; hoán vị gen cũng không chỉ phụ thuộc đơn thuần vào khoảng cách các gen trên 1 NST.

- Mặc dù có xảy ra hiện tượng hoán vị nhưng xu hướng chủ yếu giữa các gen vẫn là hiện tượng liên kết và di truyền cùng nhau.

- Sau khi có hiện tượng hoán vị gen ở kì đầu giảm phân 1 thì các gen sẽ tái xuất hiện trở lại hiện tượng liên kết gen do xu hướng của các gen trên cùng 1 NST là hiện tượng liên kết.

5. Các dạng bài tập hoán vị gen và phương pháp giải

Dạng 1: Xác định quy luật hoán vị gen

Phương pháp giải: 

- Cấu trúc của NST thay đổi trong quá trình giảm phân.

- Lai 2 hay nhiều tính trạng mà tỷ lệ phân tính chung của các cặp tính trạng không phù hợp với phép nhân xác suất nhưng lại xuất hiện đủ các loại kiểu hình như quy luật phân li độc lập.

- Trong điều kiện một gen quy định một tính trạng, trội -  lặn hoàn toàn. Khi ta xét sự di truyền về hai cặp tính trạng, nếu xảy ra một trong các dấu hiệu sau, ta kết luận sự di truyền hai cặp tính trạng đó tuân theo quy luật di truyền liên kết gen không hoàn toàn (hoán vị gen) của Moocgan.

a. Khi tự thụ phấn hoặc giao phối giữa hai cặp gen, nếu kết quả của thế hệ lai xuất hiện 4 kiểu hình tỉ lệ khác 9:3:3:1, ta kết luận được hai cặp tính trạng đó được di truyền tuân theo quy luật hoán vị gen

P: (Aa,Bb) x (Aa,Bb) → F1 có 4 kiểu hình tỉ lệ ≠ 9:3:3:1

=> Quy luật hoán vị gen

b. Khi lai phân tích cá thể dị hợp về hai cặp gen, nếu Fb xuất hiện 4 kiểu hình với tỉ lệ khác 1:1:1:1, ta kết luận được hai cặp tính trạng đó được di truyền theo quy luật  hoán vị gen

P: (Aa,Bb) x (aa,bb) →  FB có 4 kiểu hình, tỉ lệ ≠ 1:1:1:1

=> Quy luật hoán vị gen

Tổng quát: Nếu tỉ lệ chung của cả hai tính trạng thể hiện tăng biến dị tổ hợp và không bằng tích các nhóm tỷ lệ tính trạng khi xét riêng, ta suy ra hai cặp tính trạng đó được di truyền theo quy luật liên kết gen không hoàn toàn (hoán vị gen).

Ví dụ 1 : Khi lai cây thân cao, chín sớm (dị hợp tử hai cặp gen) với cây thân thấp, chín muộn (đồng hợp lặn) Fa thu được 35% cây thân cao, chín sớm : 35% cây thân thấp, chín muộn : 15% cây thân cao, chín muộn : 15% cây thân thấp, chín sớm. Xác định quy luật di truyền các gen nói trên?

Giải:

 Fa xuất hiện 4 loại kiểu hình,

Tỷ lệ phân li kiểu hình là  35 : 35 : 15 :15

=> Tỷ lệ khác 1:1:1:1  và  1:1 => các gen không phân li độc lập với nhau

=> Vậy hai cặp gen quy định tính trạng di truyền theo hoán vị gen.

Ví dụ 2 : P: Khi cho cây hoa kép màu đỏ dị hợp tử hai cặp gen tự thụ phấn F1 thu được 59% cây hoa kép, màu đỏ: 16% cây hoa kép, màu trắng : 16% cây hoa đơn, màu đỏ: 9% cây hoa đơn, màu trắng. Hãy xác định quy luật di truyền của phép lai trên?

Giải:

F1 xuất hiện 4 loại kiểu hình khác với tỷ lệ 9:3:3:1 của phân li độc lập chứng tỏ hai cặp gen quy định hai cặp hai cặp tính trạng trên cùng nằm trên một cặp nhiễm sắc thể tương đồng và có hiện tượng hoán vị gen.

Dạng 2: Xác định tần số hoán vị và tỉ lệ giao tử

Lý thuyết cần nhớ:

Tần số hoán vị gen (TSHVG) là tỉ lệ phần trăm các loại giao tử hoán vị, tính trên tổng số giao tử được sinh ra (< 50%)

Gọi x là TSHVG, trong trường hợp xét hai cặp alen

+ Tỉ lệ giao tử hoán vị  = 

+ Tỉ lệ giao tử không hoán vị (giao tử liên kết) = 
Cách giải :

-   Tính số loại giao tử được  tạo  ra

-   Xác định giao tử hoán vị và giao tử liên kết dựa vào kiểu gen

-    Tính tỉ lệ kiểu giao tử  theo công thức .

Dạng 3: Biết gen trội lặn, kiểu gen P và tần số hoán vị xác định kết quả lai

Phương pháp giải:

+ Xác định tỉ lệ từng loại giao tử của P

+ Lập bảng, suy ra tỉ lệ kiểu gen, tỉ lệ kiểu hình ở thế hệ con

Ví dụ 4 : Cho phép lai P:  (tần số hoán vị gen là 30%). Các cơ thể lai mang hai tính trạng lặn chiếm tỷ lệ:

A. 50%.                           B.35%.                          C. 15%                               D. 30%.

Bài giải

Ta có A>> a ; B>>b                                            

Xét phép lai  có  , f = 30% cho các giao tử : AB = ab = 35%; Ab = aB = 15% ababchỉ tạo ra một loại giao tử ab

Vậy các cơ thể lai mang 2 tính trạng lặn chiếm tỉ lệ : = 0,35( ab)  x 1 (ab)  = 0,35 =  35%

=> Đáp án B.

Dạng 4: Phương pháp xác định tần số hoán vị gen khi biết tỉ lệ kiểu hình ở đời con

a. Trường hợp xảy ra hoán vị cả hai bên

- Được áp dụng cho thực vật, dòng tự thụ phấn và  hầu hết các loại động vật ( trừ ruồi giấm, bướm, tằm…)

- Trường hợp này ta căn cứ vào tỷ lệ xuất hiện kiểu hình mang hai tính trạng lặn ở thế hệ sau suy ra tỷ lệ % giao tử mang gen lặn ab => f.

- Nếu loại giao tử ab lớn hơn 25% thì đây phải là giao tử liên kết gen và các gen liên kết cùng (A liên kết với B, a liên kết với b).

- Nếu loại giao tử ab nhỏ hơn 25% thì đây phải là giao tử hoán vị gen và các gen liên kết chéo (A liên kết b,a liên kết B).

b. Trường hợp xảy ra hoán vị gen ở một trong hai bên bố hoặc mẹ (ruồi giấm, bướm, tằm)

- Trường hợp này tỷ lệ giao tử giới đực và giới cái không giống nhau.

- Từ tỉ lệ kiểu hình mang hai tính trạng lặn ở thế hệ sau ta phân tích hợp lí về tỷ lệ giao tử mang gen ab của thế hệ trước => f:

+ Nếu ab là giao tử hoán vị thì f = ab .2

+ Nếu ab là giao tử liên kết thì f = 100% - 2 . ab

Ví dụ 5 : Khi lai giữa P đều thuần chủng, đời F1 chỉ xuất hiện kiểu hình cây quả tròn, ngọt. Cho F1 tự thụ phấn thu được F2 có 4 kiểu hình theo tỷ lệ như sau: 

• 66% cây quả tròn, ngọt
• 9% cây quả tròn, chua
• 9% cây quả bầu dục, ngọt 
• 16% cây quả bầu dục, chua

Biết mỗi cặp gen quy định một cặp tính trạng. Xác định tần số hoán vị gen.

Giải : 

Quy ước :

A – quả tròn >>a bầu dục

B – quả ngọt >> b quả chua

Đời con xuất hiện 4 loại kiểu hình

Tỉ lệ kiểu phân li kiểu hình ở đời con là:  66 : 16 : 9 : 9

=> các gen nằm trên cùng một NST và có hiện tượng hoán vị gen

Kiểu hình lặn có kiểu gen abab= 16% = 0.4 ab x 04 ab

=> ab phải là giao tử liên kết => f = 100% - 40% x 2 = 20%

6. Những câu hỏi thường gặp về hoán vị gen

6.1. Hoán vị gen xảy ra khi nào?

Quá trình hoán vị gen xảy ra ở thời kì đầu của giai đoạn giảm phân lần thứ nhất. Sau khi quá trình này kết thúc, sự biến dị tổ hợp và số giao tử sẽ tăng lên. 

6.2. Tần số hoán vị gen phụ thuộc vào điều gì?

Tần số hoán vị gen phụ thuộc vào khoảng cách giữa các gen trên nhiễm sắc thể. Khi các gen càng xa nhau thì tần số hoán vị gen càng cao.

6.3. Hoán vị gen xảy ra ở giới nào?

Trong tự nhiên, hoán vị gen phụ thuộc vào giới tính của từng loài. Ví dụ ở ruồi giấm, hoán vị gen chỉ xảy ra ở giới cái (như ruồi giấm mà Moocgan đã thí nghiệm), ở tằm, hoán vị gen chỉ xảy ra ở giới đực.

Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến lý thuyết và bài tập của hoán vị gen. Đây là một phần vô cùng quan trọng trong chương trình sinh học 12 và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc kiến thức, chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để đăng ký tài khoản hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm nhiều bài học hay và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho kỳ thi THPT quốc gia sắp tới nhé!

Đăng ký ngay để được tư vấn lộ trình ôn thi phù hợp dành riêng cho bản thân ngay!

>> Xem thêm: Tương tác gen là gì? Quy luật tương tác và tính đa hiệu của gen