Tương Tác Gen Là Gì? Quy Luật Tương Tác Và Tính Đa Hiệu Của Gen

1. Tương tác gen là gì?

- Tương tác gen là hiện tượng tác động tương hỗ của các gen không alen với nhau trong quá trình hình thành một kiểu hình.

- Các gen trong tế bào không tác động trực tiếp với nhau mà chỉ có sản phẩm của chúng tác động qua lại (tương tác) với nhau để tạo nên kiểu hình. 

2. Quy luật tương tác gen

Thí nghiệm của Bateson và Punnett: 

- Thí nghiệm được tiến hành trên cây đậu thơm (Lathyrus odoratus, còn gọi là cây hương đậu hay đậu ngọt). Trong thí nghiệm này, Bateson và Punnett đem lai hai dòng hoa trắng (P) đều thuần chủng và thu được tất cả thế hệ F1 có hoa tím. Hiện tượng này vào thời kì đó rất kỳ lạ, bởi P đều là hoa màu trắng và thuần chủng cả. Sau đó, khi đem các cây F1 tự thụ phấn, thì sinh ra thế hệ F2 có tỉ lệ không phải là 3 trội: 1 lặn, mà lại là 382 hoa tím và 269 hoa trắng, sử dụng toán thống kê thì nhận thấy tỷ lệ này xấp xỉ 9:7.

Giải thích trên cơ sở Sinh hóa học:

- Nhiều năm sau, các nghiên cứu được tiến hành;  dựa trên giả thuyết của G. Beadle và E. Tartum: “1 gen → 1 enzym” (1941), người ta xác định được cơ chế sinh hóa trong quá trình tạo thành màu hoa đậu thơm này. Cơ chế tóm tắt  như sau:

- Một tiền chất (precursor) không màu trong hoa chỉ được biến đổi thành chất trung gian (intermediate) nhờ enzym C được mã hóa bởi alen trội C (gen tạo màu), còn alen lặn c không tạo ra sản phẩm này.

- Nếu chất trung gian được tạo thành, một enzym khác gọi là P (gen tạo sắc tố tím) sẽ chuyển hóa nó thành sắc tố an-tô-xya-nin màu tím; enzym P do alen trội P mã hóa, còn alen lặn p không có chức năng này.,

- Vì gen C/c với gen P/p không những không cùng lôcut với nhau mà còn ở các nhiễm sắc thể khác nhau, nên thí nghiệm của Bateson và Punnett tóm tắt là:

P: CCPP × CCPP → F1: CCPP → F2: 9 (C-P-) + 7 (CC- – VÀ – – PP).

→ Trong thí nghiệm này, các gen vẫn phân li độc lập và tổ hợp tự do với sự chi phối của quy luật phân li độc lập của Menđen, nhưng chúng lại tương tác với nhau mà quy định phân li kiểu hình theo tỉ lệ 9: 7 được cho như là sự “biến dạng” của tỉ lệ 9:3:3:1 của quy luật phân li độc lập.

3. Các dạng tương tác gen

3.1. Tương tác gen kiểu bổ sung

- Khái niệm: Là trường hợp hai hay nhiều gen không alen (thuộc những locut khác nhau) khi cùng tác động qua lại theo kiểu bổ sung cho nhau để quy định loại kiểu hình mới so với lúc nó đứng riêng rẽ. Tương tác bổ sung làm tăng khả năng xuất hiện biến dị tổ hợp.

- Thí nghiệm: Lai hai thứ đậu thơm thuần chủng đều có hoa màu trắng:

Pt/c: (đực) Hoa trắng x (cái) Hoa trắng  

→ F1: toàn cây hoa đỏ.

Cho các cây F1 tự thụ phấn → F2: 9 đỏ : 7 trắng.

* Giải thích

- Tỉ lệ 9 : 7 cho thấy ở đời F2 có 16 kiểu tổ hợp các giao tử (16 = 4 x 4) như vậy có thể F1 phải dị hợp 2 cặp gen nằm trên 2 cặp NST tương đồng, trong đó hai gen trội không alen tương tác bổ sung để hình thành màu hoa đỏ.

- Nếu trong kiểu gen chỉ có mặt một loại gen trội A hoặc B, hay toàn gen lặn sẽ cho màu hoa trắng.

* Sơ đồ lai

Ptc: Hoa trắng (AAbb) x Hoa trắng (aaBB) 

→F1: 100% AaBb (Hoa đỏ).

F1 (AaBb) tự thụ phấn 

→ F2: KG: 9A-B- : 3A-bb : 3aaB- : 1aabb 

          KH: 9 đỏ : 7 trắng.

3.2. Tương tác gen át chế

- Khái niệm: Là trường hợp gen này có vai trò át chế gen khác, không cho gen kia biểu hiện ra kiểu hình của nó. Tương tác át chế làm giảm khả năng xuất hiện biến dị tổ hợp.

- Thí nghiệm: Màu lông chuột

 Ptc: chuột lông nâu x chuột bạch tạng

 F1: 100% chuột lông đen

 F2: 9 đen : 3 nâu : 4 bạch tạng

-  Giải thích: Quy ước: B_ C_ : đen ; bbC_ : nâu; B_cc và bbcc: bạch tạng

   + Từ quy ước trên, ta thấy rằng alen c khi ở trạng thái đồng hợp (cc) sẽ kìm hãm sự biểu hiện của B_ và bb khiến cho các kiểu B_cc và bbcc không quy định sắc tố (bạch tạng).

    + Alen C là đột biến trội → mất khả năng át chế và bản thân nó không tạo màu.

    + Alen trội B quy định màu đen là trội so với alen b – màu nâu (khi nó ở trạng thái đồng hợp).

→ Kết quả là B_ C_ có kiểu hình lông đen, bbC_ có kiểu hình lông nâu.

- Sơ đồ lai:

: Chuột nâu (bbCC) x Chuột bạch tạng (BBcc)

F1: 100% chuột đen (BbCc)

F1 x F1: BbCc x BbCc = (Bb x Bb) (Cc x Cc)

=> F2 : (3B_ : 1bb)(3C_ : 1cc) → KG: 9 B_C_ : 3bbC_ : (3 B_cc + 1 bbcc) → KH: 9 đen : 3 nâu : 4 bạch tạng

 3.3. Tương tác gen cộng gộp

- Khái niệm: Tương tác cộng gộp là trường hợp 2 hay nhiều gen cùng quy định sự phát triển của 1 tính trạng. Mỗi alen trội (hay lặn) có vai trò tương đương nhau góp phần biểu hiện tính trạng, làm tăng hoặc giảm cường độ biểu hiện tính trạng với 1 đơn vị nhất định và theo chiều hướng tích lũy (cộng gộp). Tương tác cộng gộp làm tăng khả năng xuất hiện biến dị tổ hợp.

- Đặc điểm: Những tính trạng do nhiều gen cùng quy định theo kiểu tương tác cộng gộp chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường được gọi là tính trạng số lượng. Những tính trạng số lượng thông thường là những tính trạng năng suất (sản lượng thóc, sản lượng sữa, khối lượng của gia súc, gia cầm,…).

- Thí nghiệm: Ở lúa mì

 : Hạt đỏ x Hạt trắng

 F1: Toàn hạt đỏ 

 F1 tự thụ phấn =>  F2: 15 đỏ : 1 trắng. Trong đó các hạt màu đỏ có khoảng màu sắc từ đỏ đậm đến đỏ nhạt.

- Nhận xét:

• , tương phản => F1 có KG dị hợp

• F2 có 16 kiểu tổ hợp = 4 giao tử đực x 4 giao tử cái => F1 cho 4 loại giao tử => F1 dị hợp 2 cặp gen phân li độc lập AaBb

• F1 chứa 2 cặp gen dị hợp quy định 1 tính trạng (Hoa đỏ)→ có hiện tượng 2 cặp gen không alen cùng quy định 1 cặp tính trạng (2 cặp gen đã tương tác với nhau trong quá trình biểu hiện của tính trạng).

- Giải thích:

• Màu hạt đỏ đậm nhạt khác nhau tùy thuộc vào số lượng gen trội có mặt trong kiểu gen: Càng có nhiều gen trội thì hạt đỏ càng đậm. 

• KG lặn : biểu hiện kiểu hình hạt màu trắng

- Sơ đồ lai:

: (Hạt đỏ) AABB x (Hạt trắng) aabb

F1: AaBb (100% đỏ)

F1 tự thụ phấn: AaBb x AaBb

F2: (9 A_B_ : 3 A_bb : 3 aaB_ ) : 1 aabb = 15 Hạt đỏ : 1 Hạt trắng

- Kết luận: Công thức tổng quát của Tương tác cộng gộp trương hợp n cặp gen dị hợp: 

F2: là khai triển của nhị thức Newton: (a+b)2n , trong đó: số alen trội, b: số alen lặn có mặt trong kiểu gen. a+b=2n.

4. Tương tác gen và tác dụng đa hiệu của gen

- Khái niệm: Trường hợp mà một gen tác động đến sự biểu hiện của nhiều tính trạng khác nhau gọi là tính đa hiệu của gen. 

- Trong tế bào có rất nhiều gen, trong cơ thể lại có rất nhiều tế bào. Các gen trong cùng một tế bào sẽ không hoạt động độc lập mà sản phẩm của chúng sau khi được tạo thành lại tương tác với nhiều sản phẩm của gen khác trong cơ thể. Các tế bào trong cùng một cơ thể cũng có tương tác qua lại với nhau vì cơ thể là một bộ máy thống nhất.

- Ví dụ: Trong các thí nghiệm ở trên đậu Hà Lan, Menđen đã nhận thấy rằng:

• Giống đậu hoa tím thì lại hạt có màu nâu, ở trong nách lá có một chấm đen.

• Giống đậu hoa trắng thì lại hạt có màu nhạt, ở trong nách lá không có chấm đen.

 Gen HbS ở người quy định tổng hợp chuỗi β-hemoglobin bình thường gồm 146 axit amin. Gen đột biến HbS cũng có chức năng quy định sự tổng hợp chuỗi β-hemoglobin bình thường gồm 146 axit amin, nhưng chỉ khác một axit amin ở vị trí số 6 (aa glutamic thay bằng valin). Gây hậu quả: biến đổi hình thái hồng cầu hình đĩa lõm 2 mặt thành hình lưỡi liềm -> xuất hiện hàng loạt rối loạn bệnh lý trong cơ thể.

5. Các dạng bài tập về tương tác gen và phương pháp giải

5.1. Dạng bài tập dấu hiệu nhận biết di truyền tương tác gen không alen

• F2 tổng có 16 tổ hợp nhưng chỉ quy định 1 tính trạng.

• F2 có tỉ lệ phân li kiểu hình biến đổi so với tỉ lệ phân li độc lập.

• Trong phép lai phân tích thì tỉ lệ phân li kiểu hình là 1:1:1:1 hoặc 3:1 (4 tổ hợp).

5.2. Dạng bài tập tương tác gen

Dạng 1 - Dạng toán thuận: Cho biết kiểu tương tác và kiểu gen của P, tìm tỉ lệ phân li ở đời con:

• Bước 1: Quy ước gen.

• Bước 2: Xác định KG, KH ở đời con thông qua sơ đồ lai.

Lưu ý: Sử dụng phép nhân xác suất hoặc sơ đồ để tìm ra tỉ lệ kiểu gen, kiểu hình.

Ví dụ:  Ở ngựa, sự có mặt của 2 gen A và B  cùng kiểu gen quy định lông xám, gen A có khả năng ức chế hoạt động của gen B nên gen B cho lông màu đen khi không đứng cùng với gen A trong kiểu gen. Ngựa mang 2 cặp gen đồng hợp lặn cho kiểu hình lông màu hung. Biết các gen phân li độc lập trong quá trình di truyền. Tính trạng màu lông của ngựa là kết quả của hiện tượng nào?

A.   Tác động cộng gộp                             C. Tác động át chế

B.   Trội không hoàn toàn                        D. Tác động bổ trợ

Giải:

Theo đề  gen A có khả năng đình chỉ hoạt động của gen B, gen B chỉ biểu hiện kiểu hình khi không đứng cùng với gen A trong cùng 1 kiểu gen.

Hay nói cách khác là gen A át chế hoạt động của gen B

=> Tính trạng màu lông ngựa là kết quả của hiện tượng tương tác gen át chế.

=> Chọn đáp án:  C

Dạng 2 - Dạng toán nghịch: Cho biết kiểu hình của P, tỉ lệ phân li ở đời con, xác định kiểu gen của P: 

Phương pháp chung:

+ Bước 1: Biện luận tính trạng di truyền tuân theo quy luật tương tác gen

    Khi lai F1 với nhau tạo ra F2 có 16 kiểu tổ hợp như: 9:3:3:1; 9:6:1; 9:7; 12:3:1; 13:3, 9:3:4; 15:1 hoặc có 1 kiểu hình chiếm tỉ lệ 1/16. (16 = 4x4 => P giảm phân đã cho 4 loại giao tử)

     Khi lai F1 với cá thể khác tạo ra F2 có 8 kiểu tổ hợp: 3:3:1:1; 4:3:1; 3:3:2; 5:3; 6:1:1; 7:1. (8 = 4x2 => một bên P cho 4 loại giao tử, một bên cho 2 loại giao tử)

      Khi F1 lai phân tích tạo ra F2 có 4 kiểu tổ hợp như: 3:1; 1:2:1; 1:1:1:1.

(4 = 4x1 => một bên P cho 4 loại giao tử, một bên cho 1 loại giao tử)

+ Bước 2: Biện luận kiểu tương tác. Quy ước gen.

­+ Bước 3: Xác định kiểu gen của P, đời con F.

+ Bước 4: Lập sơ đồ lai.

Lưu ý:  tương tác bổ sung có 2 trường hợp vì vai trò của 2 gen trội  như nhau.

Ví dụ 1: Người ta cho một cây hoa (X) giao phấn với với 2 cây khác:

– Với cây I thu được F1-1 : 101 cây hoa đỏ: 203 cây hoa hồng: 100 cây hoa trắng.

– Với cây II thu được F1-2: 55 cây hoa đỏ: 37 cây hoa hồng: 6 cây hoa trắng.

Biện luận và viết sơ đồ lai cho mỗi trường hợp. Biết gen nằm trên NST thường.

Giải:

Xét phép lai 2:

– F­1-2: phân li theo tỉ lệ:  55 đỏ: 37 hồng: 6 trắng ~ 9 đỏ: 6 hồng: 1 trắng

– Số tổ hợp giao tử: 9+ 6+ 1 = 16 = 4.4 –> P cho ra 4 loại giao tử –> P dị hợp về 2 cặp gen (giả sử AaBb) quy định 1 tính trạng màu sắc hoa –> đây là hiện tượng tương tác gen kiểu bổ trợ.

– Quy ước:   A-B- :           hoa đỏ

                  aaB-;  A-bb: hoa hồng

                  aabb:            hoa trắng

– Sơ đồ lai:   P:  AaBb                     x              AaBb         

                  G: AB, Ab, aB, ab                 AB, Ab, aB, ab         

                  F1-2: 9 A-B-  : 3 A-bb  : 3 aaB- : 1aabb

                           9 đỏ: 6 hồng : 1 trắng

Xét phép lai 1:

– F1-1 có tỉ lệ: 1 đỏ: 2 hồng: 1 trắng –> số tổ hợp giao tử = 4 = 4.1

– Vì (X) cho ra 4 loại giao tử nên (I) cho ra 1 loại giao tử và F1-1 xuất hiện hoa trắng –> Kiểu gen của (X): aabb

– Sơ đồ lai:             P: AaBb (đỏ)            x          aabb (trắng)

                           G: AB, Ab, aB, ab                ab

                           F1-1: 1 AaBb : 1 Aabb : 1 aaBb : 1aabb

                                  1 đỏ: 2 hồng : 1 trắng

Trên đây là tổng hợp những thông tin cần thiết liên quan đến lý thuyết và các dạng tương tác gen thường gặp trong đề thi. Đây là một chương trình kiến thức rất khó, dễ mất điểm trong chương trình sinh 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!

>> Xem thêm:

• Sinh 12 Bài 21: Tóm tắt lý thuyết di truyền y học và bài tập
• 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