Mục lục bài họcĐang ở d12-b2
Linkage, Epistasis, Chi-squared and Sex Linkage
When the ratio is not what you expected
Two genes give $9:3:3:1$ only if they are on different chromosomes, or far apart on the same one. If they are linked — close together on the same chromosome — they tend to be inherited together, so the parental combinations are far more common than expected and the recombinant combinations far rarer. Recombinants appear only when crossing over separates the linked alleles, and the closer the loci, the rarer this is. Epistasis is different again: one gene masks or modifies the expression of another, so the four phenotypic classes collapse into fewer. Recessive epistasis gives $9:3:4$, dominant epistasis $12:3:1$, and complementary gene action $9:7$. When a question gives you an odd ratio, first check whether the numbers add to $16$ — if they do, suspect epistasis rather than linkage.
Testing a ratio with chi-squared
The chi-squared test asks whether the difference between observed and expected numbers is small enough to be due to chance. Calculate $\chi^2 = \sum \dfrac{(O-E)^2}{E}$, using actual numbers, never percentages. The degrees of freedom are the number of classes minus one. Compare the value with the critical value at $p = 0.05$: if $\chi^2$ is less than the critical value, the difference is not significant and the null hypothesis — that the observed results fit the expected ratio — is accepted. If it is greater, the difference is significant and something other than chance is at work, such as linkage.
Sex linkage and control of gene expression
A gene on the $X$ chromosome with no equivalent on $Y$ is sex-linked. A male has only one copy, so a single recessive allele is expressed; this is why haemophilia and red-green colour blindness are far commoner in males, and why an affected male passes the allele to all his daughters but none of his sons. In prokaryotes, gene expression is controlled by operons: in the lac operon, a repressor protein normally binds the operator and blocks transcription, but when lactose is present it binds the repressor and changes its shape, so transcription of the enzymes for lactose metabolism begins. This is an example of an enzyme being inducible — made only when its substrate is present.
Khi tỉ lệ không ra như dự đoán
Hai gene chỉ cho $9:3:3:1$ nếu chúng nằm trên hai nhiễm sắc thể khác nhau, hoặc nằm xa nhau trên cùng một nhiễm sắc thể. Nếu chúng liên kết — nằm gần nhau trên cùng một nhiễm sắc thể — chúng có xu hướng di truyền cùng nhau, nên tổ hợp giống bố mẹ xuất hiện nhiều hơn dự đoán rất nhiều còn tổ hợp tái tổ hợp thì hiếm hơn hẳn. Tái tổ hợp chỉ xuất hiện khi trao đổi chéo tách được hai allele liên kết, và hai locus càng gần thì điều đó càng hiếm. Epistasis lại là chuyện khác: một gene che hoặc sửa biểu hiện của gene kia, nên bốn nhóm kiểu hình gộp lại thành ít nhóm hơn. Epistasis lặn cho $9:3:4$, epistasis trội cho $12:3:1$, và tác động bổ trợ cho $9:7$. Khi đề đưa một tỉ lệ lạ, việc đầu tiên là kiểm xem các số có cộng lại bằng $16$ không — nếu có thì nghi epistasis chứ không nghi liên kết.
Kiểm định tỉ lệ bằng chi-squared
Chi-squared trả lời câu hỏi: chênh lệch giữa số quan sát và số kỳ vọng có đủ nhỏ để coi là do ngẫu nhiên không. Tính $\chi^2 = \sum \dfrac{(O-E)^2}{E}$, dùng số lượng thật, tuyệt đối không dùng phần trăm. Bậc tự do bằng số nhóm trừ đi một. So với giá trị tới hạn ở mức $p = 0{,}05$: nếu $\chi^2$ nhỏ hơn giá trị tới hạn thì chênh lệch không có ý nghĩa và ta chấp nhận giả thuyết không — rằng kết quả quan sát phù hợp với tỉ lệ kỳ vọng. Nếu lớn hơn thì chênh lệch có ý nghĩa và phải có nguyên nhân khác ngẫu nhiên, ví dụ liên kết gene.
Di truyền liên kết giới tính và điều hoà biểu hiện gene
Gene nằm trên nhiễm sắc thể $X$ mà không có bản tương ứng trên $Y$ thì liên kết giới tính. Nam chỉ có một bản, nên một allele lặn duy nhất đã biểu hiện; đó là lý do bệnh máu khó đông và mù màu đỏ-lục phổ biến ở nam hơn hẳn, và là lý do một người nam mắc bệnh truyền allele cho tất cả con gái nhưng không con trai nào. Ở sinh vật nhân sơ, biểu hiện gene được điều khiển bằng operon: trong lac operon, protein ức chế bình thường gắn vào vùng vận hành và chặn phiên mã, nhưng khi có lactose thì lactose gắn vào protein ức chế và làm nó đổi hình, nên phiên mã các enzyme chuyển hoá lactose bắt đầu. Đây là ví dụ về enzyme cảm ứng — chỉ được tạo ra khi có mặt cơ chất của nó.
Một phép lai được dự đoán cho tỉ lệ $3:1$. Thực tế thu được $66$ cây kiểu hình trội và $14$ cây kiểu hình lặn. Thực hiện phép kiểm chi-squared và kết luận. Giá trị tới hạn ở $p = 0{,}05$ với một bậc tự do là $3{,}84$.
Bước 1 — nêu giả thuyết không. Không có khác biệt có ý nghĩa giữa số liệu quan sát và tỉ lệ kỳ vọng $3:1$; mọi chênh lệch chỉ do ngẫu nhiên.
Bước 2 — tính số kỳ vọng. Tổng $= 66 + 14 = 80$. Kỳ vọng trội $= 80 \times \frac{3}{4} = 60$; kỳ vọng lặn $= 80 \times \frac{1}{4} = 20$.
Bước 3 — tính từng số hạng. Nhóm trội: $(66-60)^2 \div 60 = 36 \div 60 = 0{,}60$. Nhóm lặn: $(14-20)^2 \div 20 = 36 \div 20 = 1{,}80$.
Bước 4 — cộng lại. $\chi^2 = 0{,}60 + 1{,}80 = 2{,}40$.
Bước 5 — bậc tự do. Số nhóm trừ một $= 2 - 1 = 1$.
Bước 6 — so sánh và kết luận. $2{,}40$ nhỏ hơn $3{,}84$, nên chênh lệch không có ý nghĩa ở mức $p = 0{,}05$. Chấp nhận giả thuyết không: số liệu phù hợp với tỉ lệ $3:1$.
Ba lỗi thường gặp. Một là dùng phần trăm thay vì số lượng — phép kiểm phụ thuộc cỡ mẫu nên phải dùng số thật. Hai là quên bình phương phần chênh lệch. Ba là chia cho $O$ thay vì chia cho $E$; mẫu số luôn là giá trị kỳ vọng.
Hai phép lai dị hợp kép cho hai kết quả khác nhau. Phép lai $1$: bốn kiểu hình theo tỉ lệ xấp xỉ $9:3:4$. Phép lai $2$: bốn kiểu hình theo tỉ lệ $41:9:9:41$ trên tổng $100$ cây. Giải thích mỗi kết quả.
Phép lai 1 — epistasis lặn. Kiểm tra đầu tiên: $9 + 3 + 4 = 16$. Tổng vẫn là $16$, nghĩa là phân li độc lập vẫn diễn ra bình thường và số ô trong khung Punnett không đổi. Cái đổi là cách gán kiểu hình cho các ô.
Cụ thể, hai nhóm $3$ và $1$ của tỉ lệ chuẩn đã gộp thành một nhóm $4$. Điều đó xảy ra khi thể đồng hợp lặn ở một gene che hoàn toàn biểu hiện của gene kia — ví dụ gene thứ nhất tạo sắc tố còn gene thứ hai quyết định màu; không có sắc tố thì màu gì cũng không hiện ra.
Phép lai 2 — liên kết gene. Kiểm tra: tỉ lệ $41:9:9:41$ hoàn toàn không quy được về mẫu số $16$. Hai nhóm rất nhiều và hai nhóm rất ít, và đó là dấu hiệu của liên kết.
Hai gene nằm gần nhau trên cùng một nhiễm sắc thể nên đi cùng nhau qua giảm phân. Hai nhóm lớn ($41$ và $41$) là tổ hợp giống bố mẹ; hai nhóm nhỏ ($9$ và $9$) là tổ hợp tái tổ hợp, chỉ xuất hiện khi trao đổi chéo tách được hai allele liên kết.
Quy tắc phân biệt nhanh. Cộng các số của tỉ lệ lại. Nếu quy được về $16$ thì nghĩ tới epistasis; nếu không quy được và có hai nhóm trội hẳn thì nghĩ tới liên kết. Tần số tái tổ hợp ở phép lai $2$ là $18\%$, và con số đó tỉ lệ với khoảng cách giữa hai locus.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Inheritance gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.