Mục lục bài họcĐang ở d08-b2
Inheritance, Pedigrees and Natural Selection
Mendel, and the crosses you must be able to draw
A monohybrid cross between two heterozygotes gives a phenotype ratio of $3:1$ and a genotype ratio of $1:2:1$. A dihybrid cross between two double heterozygotes gives $9:3:3:1$ when the genes assort independently. A test cross against the homozygous recessive reveals the unknown genotype: a heterozygote gives $1:1$, and a double heterozygote gives $1:1:1:1$.
Beyond simple dominance
- Codominance: both alleles are fully expressed in the heterozygote, as in blood group AB.
- Multiple alleles: the ABO system has three alleles, $I^A$ and $I^B$ codominant with each other and both dominant to $i$.
- Sex linkage: genes on the X chromosome, such as those for haemophilia and red-green colour blindness, affect males more often because a male has only one X and therefore cannot be a carrier.
In pedigree analysis, two unaffected parents with an affected child shows the condition is recessive; an affected female whose father is unaffected rules out X-linked recessive inheritance, because her father would have had to be affected himself.
(HL) Genes on the same chromosome are linked and do not assort independently. The recombination frequency, the percentage of offspring in the recombinant classes, measures how far apart they are. A chi-squared test compares observed with expected numbers; if $\chi^2$ is below the critical value the difference is not significant.
Natural selection
Selection needs heritable variation, over-production of offspring and a selection pressure. Directional selection shifts the mean, stabilising selection narrows the distribution around it, and disruptive selection favours both extremes. Allopatric speciation begins with a geographical barrier, sympatric speciation happens without one. Antibiotic resistance is the clearest observable example.
Mendel và những phép lai phải vẽ được
Monohybrid cross giữa hai thể dị hợp cho tỉ lệ kiểu hình $3:1$ và tỉ lệ kiểu gen $1:2:1$. Dihybrid cross giữa hai thể dị hợp về cả hai tính trạng cho $9:3:3:1$, với điều kiện hai gen phân li độc lập. Test cross (lai phân tích) đem cá thể chưa rõ kiểu gen lai với thể đồng hợp lặn: dị hợp một cặp cho $1:1$, dị hợp hai cặp cho $1:1:1:1$. Quy tắc sống còn: vẽ khung Punnett rồi mới ghi tỉ lệ, đừng nhớ áng chừng.
Vượt ra ngoài trội lặn đơn giản
- Codominance (đồng trội): ở thể dị hợp, cả hai allele đều biểu hiện đầy đủ — nhóm máu AB là ví dụ chuẩn. Khác với trội không hoàn toàn, vốn cho kiểu hình pha trộn ở giữa.
- Multiple alleles (nhiều allele): hệ ABO có ba allele; $I^A$ và $I^B$ đồng trội với nhau, cả hai đều trội so với $i$.
- Sex linkage (di truyền liên kết giới tính): gen nằm trên nhiễm sắc thể X như gen haemophilia (máu khó đông) và colour blindness (mù màu đỏ lục). Nam giới mắc nhiều hơn vì chỉ có một X, nên không có trạng thái mang gen lặn mà không biểu hiện.
Pedigree analysis (phân tích phả hệ) đọc theo hai câu hỏi. Câu một: bố mẹ không biểu hiện mà sinh con biểu hiện thì bệnh là lặn. Câu hai: có nữ biểu hiện mà bố cô ấy không biểu hiện thì loại bỏ được X-linked recessive, vì nếu gen nằm trên X thì bố buộc phải mang X lặn duy nhất ấy và tự biểu hiện bệnh.
(HL) Hai gen cùng nằm trên một nhiễm sắc thể thì linked (liên kết) và không phân li độc lập. Recombination frequency — phần trăm cá thể thuộc hai lớp recombinant — đo khoảng cách giữa chúng. Phép kiểm chi-squared so số quan sát với số kỳ vọng; $\chi^2$ nhỏ hơn giá trị tới hạn thì sai khác không có ý nghĩa thống kê.
Chọn lọc tự nhiên
Chọn lọc cần ba thứ: biến dị di truyền được, sinh ra nhiều con hơn số sống sót được, và một selection pressure (áp lực chọn lọc). Directional làm dời trung bình; stabilising bóp hẹp phân bố quanh trung bình cũ; disruptive ưu ái cả hai cực và làm phân bố tách đôi. Allopatric speciation bắt đầu bằng một rào cản địa lý, sympatric speciation xảy ra ngay trong cùng vùng phân bố. Antibiotic resistance là ví dụ quan sát được rõ nhất, vì diễn ra trong vài năm chứ không vài triệu năm.
Dùng phả hệ trong bài. (a) Chứng minh bệnh là autosomal recessive chứ không phải X-linked recessive. (b) Viết kiểu gen của I-1, I-2 và II-2 (dùng $A$ cho allele trội, $a$ cho allele lặn). (c) II-1 không biểu hiện bệnh; tính xác suất anh ta là carrier.
(a) Hai bước loại trừ. Bố mẹ I-1 và I-2 đều không biểu hiện mà sinh ra II-2 biểu hiện, nên allele gây bệnh phải là lặn — nếu trội thì ít nhất một trong hai bố mẹ đã biểu hiện.
Tiếp theo, II-2 là nữ và biểu hiện bệnh. Giả sử gen nằm trên X: cô ấy phải là $X^a X^a$, tức nhận một $X^a$ từ mẹ và một $X^a$ từ bố. Nhưng bố chỉ có một X, nên bố sẽ là $X^a Y$ và phải biểu hiện bệnh. Thực tế I-1 không bệnh, nên giả thiết bị bác bỏ. Vậy gen nằm trên nhiễm sắc thể thường: autosomal recessive.
(b) II-2 biểu hiện nên là $aa$. Cô ấy nhận một $a$ từ mỗi bên, mà cả bố lẫn mẹ đều không biểu hiện, nên I-1 và I-2 đều là $Aa$ — hai người mang gen lành.
(c) Vẽ khung Punnett cho $Aa \times Aa$: bốn ô là $AA$, $Aa$, $Aa$, $aa$, tức tỉ lệ kiểu gen $1:2:1$. Nhưng đề đã cho biết II-1 không biểu hiện bệnh, nên ô $aa$ bị loại khỏi không gian mẫu. Trong ba ô còn lại, hai ô là $Aa$.
Xác suất II-1 là carrier bằng $2/3$, không phải $1/2$. Đây là chỗ mất điểm kinh điển: quên cắt bỏ ô $aa$ khỏi mẫu số sau khi đã biết người đó khoẻ mạnh.
Một bệnh nhân dùng kháng sinh mười ngày. Ngày đầu thuốc có tác dụng, tới ngày thứ tám thì không. Có người kết luận: “vi khuẩn đã học được cách chống lại thuốc”. Chỉ ra chỗ sai của cách nói đó và mô tả đúng quá trình, dùng khung chọn lọc của đồ thị trong bài.
Chỗ sai nằm ở thứ tự nhân quả. Cách nói trên hàm ý kháng sinh gây ra tính kháng, và vi khuẩn thay đổi để sống sót. Cả hai đều sai: đột biến xảy ra ngẫu nhiên và trước khi thuốc xuất hiện, không theo nhu cầu của sinh vật.
Mô tả đúng. Trong một quần thể vi khuẩn khổng lồ luôn có sẵn biến dị: vài cá thể mang đột biến ngẫu nhiên khiến chúng ít nhạy với thuốc hơn — chẳng hạn đổi hình dạng protein đích hoặc có bơm đẩy thuốc ra ngoài. Kháng sinh trở thành selection pressure: nó giết những cá thể nhạy, còn những cá thể kháng thì sống và tiếp tục sinh sản.
Vì vi khuẩn chia rất nhanh, chỉ vài ngày là tỉ lệ allele kháng trong quần thể tăng vọt. Chiếu lên đồ thị trong bài, đây là directional selection: cả phân bố dịch về phía đầu kháng thuốc, và giá trị trung bình dời hẳn sang bên phải.
Hai hệ quả thực tế chỉ đúng nếu hiểu theo cách này. Một: phải uống hết liệu trình, vì dừng sớm là để lại đúng những cá thể khó giết nhất. Hai: tính kháng lan còn nhanh hơn chọn lọc thông thường vì vi khuẩn trao đổi plasmid cho nhau, kể cả giữa các loài khác nhau.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Theme D3–D4 — Inheritance, Reproduction and Natural Selection gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận, ra khó hơn đề thật 30–50%. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.