Bài 13. Di truyền học người và di truyền y học – Tóm tắt Sinh học 12

1. Di truyền học người và các phương pháp nghiên cứu

Định nghĩa

Di truyền học người nghiên cứu tính di truyền và biến dị ở người, trong đó có sự di truyền các tính trạng hình thái, sinh lí bình thường và tính trạng bệnh tật. Di truyền y học là nhánh của di truyền học người, nghiên cứu vai trò của yếu tố di truyền trong sức khỏe và bệnh tật, góp phần chẩn đoán, điều trị và phòng ngừa bệnh di truyền.

Đặc điểm khi nghiên cứu di truyền người

Không thể tự ý lai tạo trên người vì lí do đạo đức và pháp lí.
Người sinh sản muộn, đẻ ít con, thời gian thế hệ dài nên khó thu thập số liệu thống kê lớn.
Kiểu gene không thể quan sát trực tiếp qua kiểu hình, nhất là allele lặn ở trạng thái dị hợp, nên cần kĩ thuật phân tích tế bào, phân tử để xác định.
Nhiều tính trạng do nhiều gene cùng chi phối và chịu tác động mạnh của môi trường, làm cho phân tích di truyền trở nên phức tạp.

Do những khó khăn đó, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau.

Các phương pháp nghiên cứu chính

1.
Phương pháp phả hệ: vẽ sơ đồ theo dõi sự di truyền của một tính trạng qua nhiều thế hệ trong gia đình.
2.
Nghiên cứu trẻ đồng sinh: so sánh trẻ đồng sinh cùng trứng (cùng kiểu gene) và khác trứng để đánh giá vai trò của kiểu gene và môi trường đối với tính trạng.
3.
Phương pháp tế bào học: nuôi cấy tế bào (như tế bào bạch cầu lympho) ngoài cơ thể, làm tiêu bản và phân tích bộ nhiễm sắc thể (karyotype) để phát hiện đột biến số lượng, cấu trúc NST.
4.
Phương pháp sinh học phân tử và công nghệ gene: dùng kĩ thuật PCR định kiểu gene, giải trình tự gene để phát hiện đột biến.

2. Phả hệ và các kiểu di truyền ở người

Phả hệ là sơ đồ ghi lại thành viên các thế hệ trong một gia đình, kí hiệu bằng hình học: hình vuông là nam, hình tròn là nữ; hình được tô đậm là cá thể mang tính trạng cần theo dõi.

Các bước phân tích phả hệ

1.
Xác định tính trạng là trội hay lặn bằng cách phân tích sự xuất hiện của tính trạng bệnh qua các thế hệ.
2.
Xác định gene nằm trên nhiễm sắc thể thường hay liên kết với nhiễm sắc thể giới tính bằng cách quan sát tỉ lệ giới tính của người bệnh và cách tính trạng truyền từ cha sang con.
3.
Xác định kiểu gene của từng cá thể khi có đủ dữ kiện.
4.
Dự đoán xác suất sinh con mang bệnh cho các cặp vợ chồng.

Dấu hiệu nhận biết qua phả hệ

Trội do gene trên NST thường: người mang tính trạng có bố hoặc mẹ mang tính trạng; tính trạng xuất hiện ở hầu hết các thế hệ; hai bố mẹ mang tính trạng có thể sinh con không mang tính trạng.
Lặn do gene trên NST thường: bố mẹ không mang tính trạng vẫn có thể sinh con mang tính trạng; tính trạng thường xuất hiện "nhảy cóc" qua nhiều thế hệ.
Liên kết với NST giới tính: nam mắc bệnh do gene lặn trên nhiễm sắc thể X nhiều hơn nữ; allele lặn trên X ở con trai luôn nhận từ mẹ; bố mang tính trạng trội do gene trên X truyền cho tất cả con gái.

3. Một số tính trạng di truyền ở người

Tính trạng do một gene quy định

Nhóm máu ABO: do một gene với ba allele $I^A$ , $I^B$ , $i$ . Hai allele $I^A$ và $I^B$ đồng trội, cùng trội hoàn toàn so với allele $i$ .

Kiểu gene Nhóm máu
$I^AI^A$ , $I^Ai$ A
$I^BI^B$ , $I^Bi$ B
$I^AI^B$ AB
$ii$ O
Một số tính trạng khác do một gene quy định khác cũng tuân theo quy luật di truyền của Mendel hoặc mở rộng, có thể phân tích bằng phả hệ.

Kiểu gene	Nhóm máu
$I^AI^A$ , $I^Ai$	A
$I^BI^B$ , $I^Bi$	B
$I^AI^B$	AB
$ii$	O

Tính trạng do nhiều gene quy định

Chiều cao, cân nặng, màu da do nhiều gene cùng chi phối, đồng thời chịu tác động mạnh của chế độ ăn, vận động, môi trường sống nên kiểu hình có mức độ biến dị liên tục, khó phân tích theo phả hệ đơn giản.

4. Bệnh di truyền ở người

Định nghĩa

Bệnh di truyền là bệnh do đột biến gene hoặc đột biến nhiễm sắc thể gây ra, có thể truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.

1.
Bệnh do đột biến một gene.
- Gene lặn trên NST thường: bệnh tan máu bẩm sinh (thalassemia), bệnh phenylketonuria (PKU) do thiếu enzyme phenylalanine hydroxylase. Người bệnh thường sinh ra từ hai bố mẹ không bệnh nhưng đều mang gene bệnh.
- Gene trội trên NST thường: bệnh Huntington.
- Gene trên NST giới tính: bệnh máu khó đông (hemophilia) và mù màu do gene lặn trên NST X.
2.
Bệnh do đột biến số lượng nhiễm sắc thể: Hội chứng Down (thể ba nhiễm sắc thể 21), hội chứng Turner (thiếu một nhiễm sắc thể X), hội chứng Klinefelter (thừa một nhiễm sắc thể X ở nam).
3.
Bệnh do đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể: ví dụ hội chứng tiếng mèo kêu (mất đoạn NST số 5); một dạng ung thư máu do chuyển đoạn giữa NST số 9 và 22.

Bệnh	Nguồn gốc	Đặc điểm cơ bản
Thalassemia	Gene lặn trên NST thường	Thiếu máu, hồng cầu dễ vỡ; thể nặng cần truyền máu
Hemophilia	Gene lặn trên NST X	Đông máu kém, chảy máu kéo dài; nam mắc nhiều hơn nữ
Hội chứng Down	Thể ba NST số 21 (47,+21)	Khuôn mặt dẹt, mũi tẹt, lưỡi thè, chậm phát triển trí tuệ
Hội chứng Turner	Thiếu một NST X (45,X)	Nữ, vô sinh, cơ quan sinh dục kém phát triển
Hội chứng Klinefelter	Thừa một NST X ở nam (47,XXY)	Nam, tinh hoàn nhỏ, vô sinh

5. Ý nghĩa và ứng dụng của di truyền y học

Ứng dụng chủ yếu

Chẩn đoán, sàng lọc bệnh di truyền: qua siêu âm, xét nghiệm huyết thanh, sinh thiết gai nhau, chọc ối hoặc xét nghiệm DNA trong chẩn đoán trước sinh và sơ sinh.
Điều trị: chế độ dinh dưỡng phù hợp (ví dụ ăn kiêng phenylalanine với bệnh PKU), điều trị triệu chứng; liệu pháp gene là đưa bản sao bình thường của gene vào tế bào người bệnh để thay thế chức năng gene đột biến (một số liệu pháp đã được ứng dụng, nhiều liệu pháp đang thử nghiệm).
Tư vấn di truyền: đánh giá nguy cơ mắc bệnh, giải thích khả năng truyền bệnh, giúp gia đình chủ động lựa chọn sinh con hợp lí và áp dụng các can thiệp y tế phù hợp.

6. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1

Một cặp vợ chồng đều không mắc bệnh thalassemia nhưng đều mang gene bệnh (kiểu gene $Tt$ ). Tính xác suất sinh con bị bệnh thalassemia.

Lời giải · 2 bước

Ta có phép lai: $Tt \times Tt$ . Các tổ hợp gene ở con là $TT : Tt : tt = 1 : 2 : 1$ . Chỉ cá thể có kiểu gene $tt$ mới biểu hiện bệnh thalassemia, nên

P(\text{con bị bệnh}) = \dfrac{1}{4} = 25\% .

Bước 2

Xác suất sinh con mang gene bệnh nhưng không mắc bệnh (kiểu $Tt$ ) là $\dfrac{2}{4} = 50\%$ .

Ví dụ 2

Bố nhóm máu A, kiểu gene $I^Ai$ ; mẹ nhóm máu B, kiểu gene $I^Bi$ . Tính xác suất sinh con có nhóm máu O.

Lời giải · 2 bước

Con có nhóm máu O khi nhận allele $i$ từ cả bố và mẹ. Xác suất bố truyền allele $i$ là $\dfrac{1}{2}$ ; xác suất mẹ truyền allele $i$ là $\dfrac{1}{2}$ . Vậy:

P(\text{con nhóm máu O}) = \dfrac{1}{2}\cdot\dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{4} = 25\% .

Bước 2

Xác suất con nhóm máu AB cũng là $25\%$ do nhận $I^A$ từ bố và $I^B$ từ mẹ.

Ví dụ 3

Người mẹ mang gene bệnh máu khó đông (kiểu gene $X^H X^h$ ) kết hôn với người cha hoàn toàn bình thường ( $X^H Y$ ). Hỏi xác suất sinh con trai bị bệnh là bao nhiêu?

Lời giải · 2 bước

Phép lai: $X^H X^h \times X^H Y$ . Các khả năng sinh con:

Nhận $X^H$ của mẹ, gặp $X^H$ của cha: $X^H X^H$ (gái, bình thường).
Nhận $X^h$ của mẹ, gặp $X^H$ của cha: $X^H X^h$ (gái, bình thường, mang gene).
Nhận $X^H$ của mẹ, gặp $Y$ của cha: $X^H Y$ (trai, bình thường).
Nhận $X^h$ của mẹ, gặp $Y$ của cha: $X^h Y$ (trai, bị bệnh).

Bước 2

Vậy xác suất sinh con trai bị bệnh là $\dfrac{1}{4} = 25\%$ trong tổng số con; nếu đã biết đó là con trai thì xác suất bị bệnh là $\dfrac{1}{2} = 50\%$ .

7. Câu hỏi vận dụng

Câu hỏi 1

Trong một gia đình, bố mẹ hoàn toàn bình thường nhưng sinh một con trai mù màu. Hãy cho biết tính trạng mù màu do gene trội hay lặn? Gene đó nằm trên nhiễm sắc thể thường hay giới tính? Giải thích.

Gợi ý trả lời

Tính trạng mù màu là do gene lặn, vì bố mẹ không mang tính trạng vẫn sinh con mang tính trạng. Nếu trong họ chỉ nam giới mắc bệnh, còn nữ ít mắc hoặc chỉ mang gene thì gene có khả năng nằm trên NST X; người mẹ mang gene lặn ở dị hợp tử truyền NST X mang allele bệnh cho con trai.

Câu hỏi 2

Hai vợ chồng là anh chị em họ (họ hàng gần) cùng sinh con bị bệnh do gene lặn có nguy cơ cao hơn hai vợ chồng không có quan hệ huyết thống. Hãy giải thích hiện tượng đó.

Gợi ý trả lời

Do cùng mang nguồn gene từ tổ tiên chung, hai vợ chồng họ hàng có xác suất cao mang cùng gene lặn. Khi cả hai đều dị hợp tử cho allele bệnh, xác suất sinh con đồng hợp tử lặn tăng lên, dẫn đến nguy cơ sinh con mắc bệnh do gene lặn lớn hơn.

Câu hỏi 3

Tư vấn di truyền giúp ích gì cho một cặp vợ chồng trước khi sinh con?

Gợi ý trả lời

Tư vấn giúp xác định nguy cơ sinh con mang bệnh, giải thích mức độ nặng của bệnh, đưa ra lời khuyên về khả năng sinh con, sàng lọc trước sinh và các can thiệp y tế phù hợp để phòng ngừa bệnh.

Nhớ nhanh

1. Di truyền học người và các phương pháp nghiên cứu

2. Phả hệ và các kiểu di truyền ở người

3. Một số tính trạng di truyền ở người

4. Bệnh di truyền ở người

5. Ý nghĩa và ứng dụng của di truyền y học

6. Ví dụ minh hoạ

7. Câu hỏi vận dụng