Bài 15. Di truyền gene ngoài nhân – Tóm tắt Sinh học 12

1. Khái niệm gene ngoài nhân

Định nghĩa

Gene ngoài nhân là các gene nằm ngoài nhân tế bào, trong tế bào chất, tập trung ở những bào quan như lục lạp và ti thể. Mỗi tế bào thường có nhiều bản sao của các gene ngoài nhân.
Di truyền gene ngoài nhân là sự di truyền các gene nằm trong tế bào chất từ nguồn mẹ sang các thế hệ sau.

Năm 1909, C. Correns lai thuận nghịch ở cây hoa phấn (Mirabilis jalapa) giữa cây lá xanh và cây lá đốm, thấy đời con luôn có kiểu hình lá giống cây mẹ; ông giải thích tính trạng này do gene nằm trong tế bào chất (lục lạp) quy định. Gene ngoài nhân có thể bị đột biến, làm thay đổi kiểu hình. Ví dụ ở thực vật, gene lục lạp thường bình thường cho cây có lá xanh; nếu đột biến mất chức năng tổng hợp sắc tố thì cây có mảng lá trắng hoặc lá trắng hoàn toàn.

2. Cơ chế di truyền gene ngoài nhân

Vì sao gene ngoài nhân được truyền theo dòng mẹ?

1.
Khi thụ tinh, giao tử đực chủ yếu truyền cho hợp tử bộ nhiễm sắc thể nằm trong nhân; giao tử đực gần như không truyền tế bào chất cho con.
2.
Giao tử cái mang đầy đủ nhân và cả tế bào chất, trong đó có lục lạp, ti thể.
3.
Do đó, các gene ngoài nhân trong hợp tử đến từ mẹ, nên kiểu hình do gene ngoài nhân của F1 thường giống mẹ.

Khi quan sát phép lai thuận – nghịch, nếu hai chiều lai cho cùng kết quả thì tính trạng thường do gene trên nhiễm sắc thể thường quyết định; nếu kết quả khác nhau và F1 mang đặc điểm của mẹ thì cần nghĩ đến gene ngoài nhân.

3. Đặc điểm của di truyền gene ngoài nhân

Di truyền theo dòng mẹ: F1 mang gene ngoài nhân của mẹ.
Không tuân theo quy luật phân li của Mendel; tỉ lệ phân li kiểu gene và kiểu hình không xác định.
Gene ngoài nhân không tồn tại thành cặp allele trên nhiễm sắc thể tương đồng nên không phân li, không trao đổi chéo như gene trong nhân.
Trên cùng một cơ thể có thể xuất hiện hiện tượng xanh – trắng: một số mảng tế bào có gene ngoài nhân bình thường, một số mảng có gene đột biến, do sự phân chia tế bào chất không đều trong quá trình phát triển phôi.

4. So sánh di truyền gene nhân và gene ngoài nhân

Nội dung	Di truyền gene nhân	Di truyền gene ngoài nhân
Vị trí gene	Nhiễm sắc thể trong nhân	Tế bào chất: lục lạp, ti thể
Gene đến từ	Do cả bố và mẹ truyền cho	Do mẹ truyền cho
Lai thuận – nghịch	Thường cho kết quả giống nhau	Thường cho kết quả khác nhau
Phân li kiểu hình	Theo quy luật Mendel	Không theo quy luật xác định
Trao đổi chéo	Có thể có	Không có
Biểu hiện trên cơ thể	Thường đồng loạt theo cơ thể	Có thể xen kẽ từng mảng (xanh – trắng)

Lưu ý

Gene ngoài nhân vẫn hoạt động dưới sự tác động của gene trong nhân. Nếu gene nhân bị đột biến hoặc thiếu protein cần thiết ở lục lạp, ti thể thì tính trạng do gene ngoài nhân cũng có thể thay đổi hoặc không biểu hiện.

5. Ý nghĩa và ứng dụng

Trong chọn giống: các gene ngoài nhân liên quan đến năng suất, sức đề kháng, chất lượng cây trồng được truyền theo dòng mẹ, nên cần chọn dòng mẹ tốt để con cái hưởng đặc tính mong muốn.
Dùng phép lai thuận – nghịch: nếu hai chiều lai cho kết quả khác nhau và F1 giống mẹ, có thể nhận biết tính trạng do gene ngoài nhân quyết định.
Trong tạo giống ưu thế lai: dùng dòng mẹ mang gene bất thụ đực trong tế bào chất (ví dụ ở ngô, lúa) để không phải khử nhị thủ công khi lai.
Trong y học: một số bệnh do đột biến gene ti thể được truyền từ mẹ sang tất cả các con; DNA ti thể còn được dùng để truy tìm nguồn gốc theo dòng mẹ.
Nếu tuyển chọn được dòng không mang gene ngoài nhân gây hại, ta có thể hạn chế kiểu hình xấu, ví dụ cây trồng xuất hiện mảng trắng làm giảm quang hợp.

6. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1

Ở một loài thực vật, lá xanh do gene ngoài nhân ở lục lạp mang allele $C$ ; lá trắng do allele $c$ đã mất khả năng tạo sắc tố lá. Thực hiện:

Lai (1): cây mẹ lá trắng × cây bố lá xanh.
Lai (2): cây mẹ lá xanh × cây bố lá trắng.

Dự đoán kiểu hình của $F_1$ trong hai phép lai.

Lời giải · 2 bước

Vì gene $C$ hay $c$ nằm ở lục lạp trong tế bào chất, chỉ được truyền từ mẹ sang con. Giao tử đực chỉ mang bộ nhiễm sắc thể nhân nên không quyết định sắc tố lá do lục lạp.

Lai (1): mẹ mang $c$ truyền lục lạp mang $c$ cho con nên $F_1$ toàn lá trắng.
Lai (2): mẹ mang $C$ truyền lục lạp mang $C$ cho con nên $F_1$ toàn lá xanh.

Bước 2

Hai phép lai thuận – nghịch cho kết quả khác nhau, phù hợp với di truyền gene ngoài nhân.

Lưu ý

Nếu trong quá trình phát triển phôi, các lục lạp được phân chia không đều, $F_1$ có thể vừa có mảng lá xanh, vừa có mảng lá trắng trên cùng một cơ thể. Đó là hiện tượng xanh – trắng, chứng tỏ tính trạng không do gene trong nhân.

7. Câu hỏi vận dụng và gợi ý

Câu hỏi 1

Một phép lai thuận và phép lai nghịch giữa hai dòng cho $F_1$ khác nhau. Điều đó cho biết gì?

Gợi ý trả lời

Có thể tính trạng được xét do gene ngoài nhân quyết định hoặc do gene trên nhiễm sắc thể giới tính quy định. Nếu $F_1$ luôn có kiểu hình giống mẹ ở cả hai chiều lai (không phụ thuộc giới tính của con) thì đó là di truyền gene ngoài nhân.

Câu hỏi 2

Trong chăn nuôi, muốn đàn con mang tính trạng do gene ti thể của dòng đã được chọn lọc thì nên chọn bố hay mẹ?

Gợi ý trả lời

Nên chọn mẹ, vì gene ti thể nằm trong tế bào chất và được truyền theo dòng mẹ.

Ghi nhớ nhanh

Gene ngoài nhân nằm ở tế bào chất: lục lạp, ti thể.
Truyền từ mẹ sang con; giao tử đực không đóng góp đáng kể tế bào chất.
Di truyền theo dòng mẹ, không phân li Mendel, không hoán vị gene.
Lai thuận – nghịch có kết quả khác nhau là dấu hiệu nghi ngờ di truyền gene ngoài nhân.
Hiện tượng lá đốm xanh – trắng là do lục lạp (mang gene bình thường hoặc đột biến) phân chia không đều về các tế bào con.
Ứng dụng: chọn dòng mẹ tốt để lựa chọn giống cây trồng, vật nuôi.