Bài học

Ôn tập: Ứng dụng di truyền học

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em phân loại đúng từng phương pháp ứng dụng di truyền học đã học theo bản chất của nó — tạo biến dị mới, tổ hợp biến dị có sẵn, hay nhân bản không đổi kiểu gene — và vận dụng phối hợp các phương pháp này để giải quyết những tình huống chọn giống tổng hợp.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này không đưa thêm kiến thức mới, mà hệ thống lại toàn bộ sáu bài trước trong khoá: ưu thế lai và vì sao nó giảm dần, gây đột biến, gây đa bội thể, công nghệ gene, và công nghệ tế bào (same-grade bridge, tổng hợp toàn khoá).

Khởi động

Sáu bài vừa qua giới thiệu năm, sáu kỹ thuật chọn giống khác nhau. Nếu phải xếp chúng vào vài nhóm lớn dựa trên CÁCH mỗi kỹ thuật tạo ra sự khác biệt di truyền, em sẽ chia thành mấy nhóm, và nhóm nào gồm những kỹ thuật nào?

Kiến thức trọng tâm

Nhìn lại toàn bộ khoá học, mọi phương pháp ứng dụng di truyền học đã học đều rơi vào một trong ba nhóm, phân biệt theo CÁCH chúng tạo ra sự khác biệt di truyền ở sinh vật. Nhóm thứ nhất tổ hợp lại biến dị đã có sẵn: lai giống tạo ưu thế lai chỉ kết hợp các allele vốn đã tồn tại riêng lẻ ở hai dòng bố mẹ thuần chủng, không tạo ra allele nào mới. Nhóm thứ hai tạo biến dị hoàn toàn mới: gây đột biến (ở mức gene), gây đa bội thể (ở mức bộ nhiễm sắc thể), và công nghệ gene (đưa một gene từ loài khác vào) — cả ba đều làm xuất hiện vật chất di truyền chưa từng có trong quần thể ban đầu, dù theo ba cơ chế rất khác nhau. Nhóm thứ ba nhân bản không đổi kiểu gene: công nghệ tế bào (nuôi cấy mô, nhân bản vô tính) tạo ra cá thể mới mang bộ gene giống hệt cá thể gốc, hoàn toàn không thay đổi vật chất di truyền.

Nhìn lại toàn bộ khoá học, mọi phương pháp ứng dụng di truyền học đã học đều rơi vào một trong ba nhóm, phân biệt theo CÁCH chúng tạo ra sự khác biệt di truyền ở sinh vật. Nhóm thứ nhất **tổ hợp lại biến dị đã có sẵn**: lai giống tạo ưu thế lai chỉ kết hợp các allele vốn đã tồn tại riêng lẻ ở hai dòng bố mẹ thuần chủng, không tạo ra allele nào mới. Nhóm thứ hai **tạo biến dị hoàn toàn mới**: gây đột biến (ở mức gene), gây đa bội thể (ở mức bộ nhiễm sắc thể), và công nghệ gene (đưa một gene từ loài khác vào) — cả ba đều làm xuất hiện vật chất di truyền chưa từng có trong quần thể ban đầu, dù theo ba cơ chế rất khác nhau. Nhóm thứ ba **nhân bản không đổi kiểu gene**: công nghệ tế bào (nuôi cấy mô, nhân bản vô tính) tạo ra cá thể mới mang bộ gene giống hệt cá thể gốc, hoàn toàn không thay đổi vật chất di truyền.

Trong nhóm "tạo biến dị mới", ba kỹ thuật vẫn khác nhau rõ rệt về QUY MÔ tác động: gây đột biến thường thay đổi trình tự base ở một hoặc vài gene; gây đa bội thể thay đổi cả BỘ nhiễm sắc thể; công nghệ gene không tạo biến dị ngẫu nhiên mà chuyển một gene ĐÃ XÁC ĐỊNH SẴN từ loài khác vào — đây là điểm phân biệt quan trọng nhất giữa công nghệ gene với hai kỹ thuật còn lại: gây đột biến và gây đa bội đều tạo biến dị NGẪU NHIÊN rồi mới sàng lọc, còn công nghệ gene đưa vào đúng gene mà nhà khoa học đã chọn từ trước.

Ba nhóm không phân biệt theo "tốt hay xấu" mà theo bản chất di truyền: có allele mới xuất hiện không, và có tổ hợp lại giữa hai nguồn hay không.

Ví dụ

Chọn đúng phương pháp cho một mục tiêu chọn giống cụ thể

1
Một trạm giống muốn tạo ngay một giống ngô vừa năng suất cao vừa chịu hạn tốt để kịp trồng cho vụ tới, đã có sẵn hai dòng ngô thuần chủng — một dòng năng suất cao, một dòng chịu hạn tốt. Trạm giống nên chọn phương pháp nào trong số các phương pháp đã học, và vì sao KHÔNG chọn gây đột biến?
2
Đề bài đã có sẵn hai dòng thuần chủng mang đúng hai đặc điểm mong muốn, và yêu cầu có kết quả NGAY cho vụ tới. (1)
3
Từ (1): lai hai dòng thuần chủng khác nhau để tạo ưu thế lai cho kết quả ngay ở đời F1, đúng cả hai đặc điểm mong muốn nhờ hội tụ allele trội có lợi từ cả hai dòng — phù hợp với yêu cầu "có ngay cho vụ tới".
4
Gây đột biến lại tạo biến dị NGẪU NHIÊN, tỉ lệ tìm được thể đột biến có lợi rất nhỏ (như 0,03% ở ví dụ đã học), và cần theo dõi qua ít nhất hai thế hệ (M1, M2) mới xác nhận được — không thể có kết quả kịp cho vụ tới.
5
Vậy trạm giống nên chọn lai tạo ưu thế lai, không chọn gây đột biến, vì đã có sẵn hai dòng mang đúng đặc điểm cần kết hợp và cần kết quả nhanh — đúng thế mạnh của ưu thế lai, đúng điểm yếu về thời gian của gây đột biến.

Ví dụ

Xác định phương pháp được dùng trong bốn tình huống chọn giống (dạng đề kiểm tra)

1
Bốn tình huống sau đây, mỗi tình huống ứng với một phương pháp đã học trong khoá. Xác định đúng tên phương pháp cho từng tình huống: (1) Một cây dưa hấu tứ bội được lai với cây lưỡng bội để tạo quả không hạt. (2) Một đoạn gene kháng sâu từ vi khuẩn được chuyển vào cây bông. (3) Một mẩu mô lan được nuôi trong ống nghiệm để nhân ra hàng nghìn cây con giống hệt nhau. (4) Hạt giống lúa được chiếu tia gamma, sau đó chọn lọc dòng chín sớm.
Bốn tình huống sau đây, mỗi tình huống ứng với một phương pháp đã học trong khoá. Xác định đúng tên phương pháp cho từng tình huống: (1) Một cây dưa hấu tứ bội được lai với cây lưỡng bội để tạo quả không hạt. (2) Một đoạn gene kháng sâu từ vi khuẩn được chuyển vào cây bông. (3) Một mẩu mô lan được nuôi trong ống nghiệm để nhân ra hàng nghìn cây con giống hệt nhau. (4) Hạt giống lúa được chiếu tia gamma, sau đó chọn lọc dòng chín sớm.
2
Tình huống (1) tạo thể tam bội từ lai tứ bội × lưỡng bội — đây là gây đa bội thể. Tình huống (2) chuyển một gene xác định từ loài khác vào cây trồng — đây là công nghệ gene.
3
Tình huống (3) nhân mẩu mô thành nhiều cây con giống hệt nhau, không thụ tinh — đây là công nghệ tế bào (nuôi cấy mô). Tình huống (4) dùng tia gamma tạo biến dị ngẫu nhiên rồi chọn lọc — đây là gây đột biến.
4
Cả bốn tình huống khớp đúng với dấu hiệu nhận biết đã học ở các bài trước: quy mô tác động (gene lẻ, bộ nhiễm sắc thể, gene xác định trước, hay không đổi gene) là căn cứ phân biệt, không phải chỉ dựa vào tên gọi mơ hồ.
5
Vậy: (1) gây đa bội thể, (2) công nghệ gene, (3) công nghệ tế bào (nuôi cấy mô), (4) gây đột biến — bốn phương pháp khác nhau hoàn toàn dù đều thuộc phạm vi ứng dụng di truyền học vào chọn giống.

Sai lầm thường gặp

Sai lầm phổ biến nhất khi ôn tập chương này là gộp công nghệ gene và công nghệ tế bào làm một, chỉ vì cả hai đều nghe "công nghệ cao" — thực ra một bên đổi vật chất di truyền (công nghệ gene), một bên hoàn toàn không đổi (công nghệ tế bào). Sai lầm khác là quên rằng gây đột biến và gây đa bội đều tạo biến dị ngẫu nhiên rồi mới sàng lọc, trong khi công nghệ gene đưa vào đúng gene đã chọn sẵn — ba kỹ thuật này dễ bị nhầm là "giống nhau" chỉ vì cùng tạo ra biến dị mới.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Ba nhóm lớn của ứng dụng di truyền học: tổ hợp biến dị có sẵn (lai tạo ưu thế lai), tạo biến dị hoàn toàn mới (gây đột biến ở mức gene, gây đa bội ở mức bộ nhiễm sắc thể, công nghệ gene chuyển đúng một gene xác định), và nhân bản không đổi kiểu gene (nuôi cấy mô, nhân bản vô tính). Chọn đúng phương pháp phụ thuộc vào mục tiêu: cần kết quả nhanh từ vật liệu có sẵn hay cần biến dị hoàn toàn mới, cần đổi gene hay giữ nguyên gene.

Khoá học tiếp theo trong chương trình Sinh học 9 chuyển từ chọn giống có chủ đích của con người sang một quá trình diễn ra tự nhiên trên quy mô thời gian rất lớn: tiến hoá.