Hệ thống hoá kiên thức
Ứng dụng di truyền trong chọn giống
Giáo v iên : Đào Anh Phúc
I. Khái niệm giống:
Giống vật nuôi, cây trồng, vi sinh vật là những quần thể sinh vật do con người tạo ra, có các đặc điểm di truyền nhất định, chất lượng tốt, năng suất cao và ổn định, có các phản ứng cùng kiểu đối với điều kiện ngoại cảnh, thích hợp với các điều kiện khí hậu, sinh thái, dinh dưỡng và kĩ thuật sản xuất nhất định.
II. Các khái niệm cơ bản về lai:
+ Lai: là quá trình trình quá trình tạo giống bằng sản hữu tính dựa vào quá trình tái tổ hợp vật chất di truyền (Biến dị tổ hợp)
+ Dòng thuần chủng: là những dòng có kiểu gen đồng hợp nên tính trạng do gen đó quy định được di truyền ổn định cho thế hệ sau
a) Lai gần ở động vật (tự thụ phấn ở thực vật):
- Lai gần là phương pháp lai giữa các cá thể có quan hệ rất gần gũi về mặt di truyền (lai giữa các cá thể sinh ra trong cùng một lứa, lai giữa con cái với bố mẹ, ở thực vật đó là phép tự thụ phấn).
- Lai gần liên tục nhiều lần làm cho dị hợp tử giảm, đồng hợp tử tăng, thế hệ con cháu có sức sống, khả năng thích nghi kém dần, năng suất giảm, quái thai nhiều.
- Trong chọn giống lai gần cũng có vai trò nhất định như để củng cố các tính trạng quí hiếm, đánh giá hậu quả của mỗi dòng tạo ra, làm nguyên liệu khởi đầu cho tạo ưu thế lai và lai tạo giống mới.
b) Tạo ưu thế lai:
- Ưu thế lai là hiện tượng cơ thể lai F1 có sức sống hơn hẳn bố mẹ về các chỉ tiêu sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, chống chịu tốt, năng suất cao với điều kiện bất lợi của môi trường. Tuy nhiên ưu thế lai biểu hiện cao nhất ở F1, sau đó giảm dần qua các thế hệ, vì thế dị hợp tử giảm, đồng hợp tử tăng.
- Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai, đây là vấn đề phức tạp, có 3 cách giải thích như sau:
+ Giả thuyết về trạng thái dị hợp: Tạp giao giữa các dòng thuần chủng, F1 dị hợp về các gen mong muốn, mâu thuẫn nội bộ giữa các cặp gen cao, trao đổi chất tăng cường, khử được tác dụng gây hại của các gen lặn đột biến.
AABBCC x aabbcc → AaBbCc
+ Giả thuyết về tác dụng cộng gộp của các gen trội có lợi: Các tính trạng đa gen được chi phối bởi nhiều gen trội có lợi khi lai tập trung được các gen trội có lợi, tăng cường hiệu quả cộng gộp.
AAbbCC x aaBBcc → AaBbCc
+ Giả thuyết siêu trội: Đó là kết quả của sự tương tác giữa 2 alen khác nhau về chức phận của cùng một lôcut dẫn đến hiệu quả bổ trợ, mở rộng phạm vi biểu hiện kiểu hình.
AA < Aa > aa
- Phương pháp tạo ưu thế lai: Lai khác dòng đơn, lai khác dòng kép, lai thuận và lai nghịch giữa các dòng tự thụ phấn một cách công phu để dò tìm ra tổ hợp lai có giá trị kinh tế nhất (ngô lai F1, lúa lai F1).
+ Ưu thế lai đạt cao nhất trong lai khác dòng . Lai khác dòng đơn và lai khác dòng kép.
c) Lai kinh tế: Được sử dụng trong chăn nuôi để tạo ưu thế lai. Đó là phép lai giữa các dạng bố, mẹ thuộc 2 giống thuần khác nhau để tạo ra F1, rồi dùng con lai F1 làm sản phẩm, không dùng nó để nhân giống tiếp các đời sau. Phổ biến ở nước ta hiện nay là dùng con cái thuộc giống trong nước cho giao phối với con đực cao sản thuộc giống thuần nhập nội. Con lai có khả năng thích nghi với điều kiện khí hậu và chăn nuôi của giống mẹ, có sức tăng sản của giống bố (lợn lai kinh tế F1, bò lai sinh, cá chép lai...).
d) Lai cải tiến giống: Sử dụng một giống cao sản để cải tiến một giống năng suất thấp. Ở nước ta thường dùng những con đực tốt nhất của giống ngoại cho phối với những con cái tốt nhất của giống địa phương. Con đực giống cao sản được sử dụng liên tiếp qua nhiều đời lai. Về mặt di truyền học, phương pháp lai cải tiến giống ban đầu làm tăng tỉ lệ thể dị hợp, sau đó tăng dần tỉ lệ thể đồng hợp về các gen có lợi.
e) Lai khác thứ và việc tạo giống mới: Để sử dụng ưu thế lai, đồng thời tạo ra các giống mới người ta dùng phương pháp lai khác thứ (lai giữa 2 thứ hoặc lai tổng hợp nhiều thứ có nguồn gen khác nhau). Sau đó phải chọn lọc rất công phu để tạo ra giống mới, vì trong các thế hệ lai có sự phân tính.
f) Lai xa: là các hình thức lai giữa các dạng bố mẹ thuộc 2 loài khác nhau hoặc thuộc các chi, các họ khác nhau nhằm tạo ra các biến dị tổ hợp mới có giá trị.
 - Những khó khăn trong lai xa:
+ Thực vật khác loài thường khó giao phấn: hạt phấn khác loài không nảy mầm trên vòi nhụy hoặc nảy mầm được nhưng chiều dài ống phấn không phù hợp với chiều dài vòi nhụy nên không thụ tinh được. Động vật khác loài thường khó giao phối, do chu kỳ sinh sản khác nhau, hệ thống phản xạ sinh dục khác nhau, bộ máy sinh dục không phù hợp, tinh trùng khác loài bị chết trong đường sinh dục cái.
+ Khó khăn chủ yếu về mặt di truyền là cơ thể lai xa thường không có khả năng sinh sản (bất thụ). Nguyên nhân của hiện tượng này là bộ NST của 2 loài bố, mẹ khác nhau về số lượng, hình dạng NST, kích thước, cách sắp xếp các gen trên NST, sự không phù hợp giữa nhân và tế bào chất của hợp tử. Sự không tương hợp giữa bộ NST của 2 loài ảnh hưởng tới sự liên kết các cặp NST tương đồng trong kỳ đầu của giảm phân I, do đó quá trình phát sinh giao tử bị trở ngại, cơ thể lai xa không phát sinh được giao tử, hay giao tử tạo được nhưng không tham gia được vào quá trình thụ tinh...
 - Cách khắc phục hiện tượng bất thụ cơ thể lai xa: Sử dụng phương pháp gây đa bội thể bằng tác nhân consixin (gọi là phương pháp song nhị bội) làm tăng đôi bộ NST của loài bố và loài mẹ, tạo điều kiện xếp thành cặp tương đồng, thì quá trình giảm phân sẽ diễn ra bình thường, cơ thể lai trở nên hữu thụ (thí nghiệm thành công đầu tiên của G.D.Cacpêsenkô (1927) khi lai cải bắp (2n = 18) với cải củ (2n = 18)). Cây lai F1 (2n = 18) có bộ NST tổ hợp 2 bộ NST đơn bội không tương đồng của 2 loài nên không có khả năng sinh sản. Tác giả đã tạo ra dạng 4n = 36 làm cho cây lai sinh sản được.
 - Ứng dụng phương pháp lai xa: Phương pháp lai xa kèm theo đa bội hoá đã tạo được những giống lúa mỳ, khoai tây đa bội có sản lượng cao, chống bệnh giỏi. Hiện nay người ta rất chú ý lai giữa các loài cây dại chống chịu tốt, kháng sâu bệnh với các loài cây trồng năng suất cao, phẩm chất tốt và các phép lai giữa các loài động vật tạo được nhiều dạng lai có giá trị.
 - Thành tựu: Theo hướng này đã có những thành công bước đầu trên thực vật trong những năm 70 như đã tạo được cây lai từ 2 loài thuốc lá khác nhau, cây lai giữa khoai tây và cà chua. Cũng đã tạo được những tế bào lai khác loài ở động vật nhưng các tế bào này thường không có khả năng sống và sinh sản. Bằng kỹ thuật lai tế bào trên, trong tương lai, có thể tạo ra những cơ thể lai có nguồn gen rất khác xa nhau mà bằng lai hữu tính không thể thực hiện được, có thể tạo ra những cơ thể khảm mang đặc tính của những loài rất khác nhau, thậm chí giữa thực vật với động vật.
III CNSH trong tạo giống và nhân giống:
1. Kỹ thuật di truyền:
2. Lai tế bào sinh dưỡng
- Lai tế bào sinh dưỡng là phương pháp dung hợp 2 tế bào trần khác loài tạo ra tế bào lai chứa bộ NST của 2 tế bào gốc.
 - Các bước cơ bản của lai tế bào sinh dưỡng:
+ Tách tế bào trần thuộc 2 loài khác nhau dự định đưa lai.
+ Trộn lẫn 2 dòng tế bào trần thuộc 2 loài trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo có bổ sung thêm các virut Xenđe đã làm giảm hoạt tính, tác động như một chất kết dính hoặc dùng keo hữu cơ polietylen glycol hay xung điện cao áp.
+ Dùng các môi trường chọn lọc tạo được những dòng tế bào lai phát triển bình thường. Dùng các hoocmôn phù hợp, người ta kích thích tế bào lai phát triển thành cây lai.
3 Nuôi cấy hạt phấn:
- Hạt phấn mang bộ NST đơn bội (giao tử đực).
- Thu nhận hạt phấn, nuôi hạt phấn trong môi trường dinh dưỡng và chất kích thích thích hợp.
- Cây mọc từ hạt phấn là cây đơn bội, do chỉ có một NST nên biêu hiện tất cả các gen mang trên nó.
- Đa bội hoá cây đơn bội ta thu được cây thuần chủng hoàn toàn cả hệ gen.
+ Ứng dụng:
- Tạo ra dòng thuần chủng trong lai giống.
- Do có kiểu gen đồng hợp hoàn toàn nên có tính ổn định di truyền cao qua nhiều thế hệ.
- Một số gen quý là gen lặn nên có thể nhanh nhất thu được tổ hợp gen lặn đó.
4. Chọn dòng tế bào xoma
- Nuôi cấy tế bào xoma trong môi trường đầy đủ chất dinh dưỡng
- Kích thích tế bào phân chia nhanh,
- Tế bào phân chia càng nhanh thì xác suất phân bào sai hỏng về sự phân chia NST càng lớn.
- Nuôi cấy các tế bào đó riêng rẽ và chọn ra biến dị phù hợp với yêu cầu chọn giống.
(Chỉ áp dụng với thực vật)
5. Nuôi cấy mô tế bào thực vật.
+ Cơ sở:
- Khi tách tế bào ra khỏi cơ thể sống nếu tạo môi trường thuận lợi thì tế bào vẫn sinh trưởng và phân chia bình thường.
- Tế bào xoma nhờ quá trình nguyên phân mà trong nhân tế bào mang toàn bộ hệ gen quy định một cơ thể.
- Tính toàn năng của tế bào thực vật: Tế bào thực vật có khả năng phản biệt hoá hình thành tế bào phôi từ tế bào sinh dưỡng (Tính chất này không có ở tế bào động vật)
+ Phương pháp:
- Lấy tế bào xoma (rễ, lá, đỉnh sinh trưởng…miễn là tế bào sống) – đưa vào môi trường dinh dưỡng phù hợp – áp dụng chất kích thích làm khối tế bào đó ra rễ và ra lá – tạo ra cây hoàn chỉnh – đưa ra trồng trong thực tế.
+ Ứng dụng:
- Nhân nhanh giống tốt trong một thời gian ngắn
- Tạo giống sạch bệnh.
- Bảo tồn giống quý hiếm.
- Nhân giống cho những giống không có khả năng sinh sản hữu tính hoặc giống khó sinh sản bằng hạt.
6. Phân cắt phôi trong nhân giống tế bào động vật.
+ Cơ sở: Tế bào phôi của động vật nếu ở giai đoạn đầu tiên bị phân cắt thì mỗi phần bị phân cắt sẽ tự tái lập lại một phôi bình thường
+ Thực hiện:
- Thu nhận phôi – phân cắt phôi – phôi bị phân cắt tái lập nên phôi mới – đưa phôi đã phân cắt vào tử cung.
+ Ứng dụng:
- Nhân nhanh giống quý hiếm hoặc giống sinh sản chậm.
7. Nhân bản (đối tượng động vật)
- Quá trình tạo nên cơ thể mới bằng tế bào sinh dưỡng (không cần đến quá trình thụ tinh giữa trứng và tinh trùng)
- Thực hiện:
Loại bỏ nhân của tế bào trứng – đưa nhân của tế bào sinh dưỡng vào trong trứng (đã bị loại bỏ nhân) - sử dụng các biện pháp kỹ thuật cho trứng phân bào thành phôi – đưa vào tử cung của cơ thể mẹ.
* Câu hỏi:
1. yêu cầu của vật liệu khởi đầu là thuần chủng hay không thuần chủng?
2. Để tạo nên dòng thuần chủng người ta dùng phương pháp nào?
3. Tạ