Gen liên kết

Gen liên kết (linkage genes) là các gen cùng ở một nhiễm sắc thể, được di truyền cùng nhau cho thế hệ sau (xem hình bên).,

Điều này có nghĩa là:

Các tính trạng được quy định bởi các gen liên kết (linked genes) sẽ cùng biểu hiện với nhau ở một cơ thể, gây ra hiện tượng di truyền liên kết (genetic linkage);
Các gen ở các nhiễm sắc thể khác nhau sẽ không cùng di truyền nên không cùng biểu hiện, là nguyên nhân của di truyền độc lập (independent genetics). nhờ William Bateson, Edith Rebecca Saunders - mẹ đẻ của Di truyền học thực vật Anh và Reginald Punnett. Các nhà khoa học này nghiên cứu sự di truyền của hai gen sau đây ở cây đậu thơm (Lathyrus odoratus):

Gen quy định màu hoa có alen trội P quy định màu tím, còn alen lặn p quy định màu đỏ;
Gen quy định hình dạng của hạt phấn có alen trội L quy định hạt phấn dài, còn alen lặn l quy định hạt phấn tròn.

Khi thí nghiệm "lai theo kiểu Mendel" về hai tính trạng thuần chủng giữa dòng đậu thơm hoa tím, hạt phấn dài với dòng thuần hoa đỏ, hạt phấn tròn thì thu được 100 % cây F1 hoa tím, hạt phấn dài. Cho F1 tự thụ phấn với dự đoán sẽ được F2 phân li là 9 tím, dài: 3 tím, tròn: 3 đỏ, dài: 1 đỏ, tròn theo định luật Mendel mới được phát hiện lại cách đấy không lâu (năm 1900), thì kết quả thu được lại là 284: 21: 21: 55 (xem sơ đồ tóm tắt ở hình 2). Kiểm tra chỉ số χ2 (Khi bình phương) thì thấy rõ ràng các gen này không thể di truyền độc lập như Mendel đã chỉ ra. Do đó, họ khẳng định các gen này cặp đôi (coupling) hoặc kết nối (connection) nhau, rồi đưa ra giả thuyết sự lặp lại (reduplication) của các gen để giải thích.

Thí nghiệm của Morgan (1910)

Thí nghiệm về gen liên kết giới tính
Sau đó ít lâu ở Mỹ, Morgan (Thomas Hunt Morgan) đã tình cờ phát hiện ra trong một quần thể ruồi giấm (Drosophila melanogaster) nuôi ở "phòng thí nghiệm ruồi" của mình có cá thể đực mắt trắng, khác hẳn tất cả các cá thể ruồi đã biết luôn có mắt đỏ. Ông thí nghiệm "lai theo kiểu Mendel" về 1 tính trạng thuần chủng: cho lai ruồi đực mắt trắng mới phát hiện này với ruồi cái mắt đỏ thuần chủng (P), thì thu được tất cả ruồi F1 mắt đỏ. Khi cho F1 giao phối với nhau đã thu được F2 có trung bình 75% số ruồi mắt đỏ: 25% số ruồi mắt trắng, nghiệm đúng tỉ lệ 3 trội: 1 lặn mà Mendel đã chỉ ra; nhưng có điều đặc biệt là ruồi con mắt trắng đều là giống đực (thí nghiệm 1, hình 3).,

Bởi vậy, ông cho rằng màu mắt ruồi di truyền bị giới hạn bởi giới tính (sex limited inheritance). gọi là lô-cut (locus). Từ đó, ông hoàn thiện Học thuyết di truyền nhiễm sắc thể (giải Nobel 1934). Nhờ đó ta hình dung được siêu cấu trúc của nhiễm sắc thể - bào quan lưu giữ và bảo quản thông tin di truyền như bây giờ: tất cả các gen cùng thuộc về một phân tử DNA đã được cuộn xoắn phức tạp nhưng có tổ chức, lại được mê-tyl hóa thì sẽ cùng nhau truyền cho thế hệ sau (hình 7).
Tập tin:Critique of the Theory of Evolution Fig 035.jpg|Hình 3: Sơ đồ lai thuận (phép lai I) của Morgan.
Tập tin:Sex-linked inheritance.svg|Hình 4: So sánh lai thuận (bên trái) và lai nghịch (phải) ở thí nghiệm của Morgan.
Tập tin:Drosophila Gene Linkage Map.svg|Hình 5: Phân bố một số lô-cut ở NST số 2 của ruồi giấm.
Tập tin:H.4'. Cách viết các gen liên kết.png|Hình 6: Kí hiệu chuẩn cho kiểu gen có 2 gen: A liên kết với B, và a liên kết với b.
Tập tin:Chromosome DNA Gene.svg|Hình 7: Mỗi NST gồm khoảng 10 triệu đến 10 tỉ cặp base nitơ (bp) cuộn xoắn lại. Trong đó, mỗi gen khoảng 1000 đến 1 triệu bp.

Các kiểu gen liên kết
Qua trên, ta đã biết rằng các tính trạng di truyền liên kết với nhau là do các gen quy định những tính trạng đó ở trên cùng một nhiễm sắc thể. Tuy nhiên sự liên kết giữa chúng có thể theo nhiều kiểu đã phát hiện, đưa đến các kết quả khác nhau:

Liên kết hoàn toàn (complete linkage) hay liên kết không hoàn toàn (incomplete linkage);
Liên kết với nhiễm sắc thể thường (autosomal linkage) hay với giới tính (sex linkage).
Các gen được xem là liên kết hoàn toàn khi chúng nằm sát nhau trên một phân tử DNA của nhiễm sắc thể và không có trao đổi chéo gây hoán vị các alen đang xét. Các gen được xem là liên kết không hoàn toàn khi chúng nằm xa nhau trên một phân tử DNA của nhiễm sắc thể và có xảy ra hoán vị gen tạo ra tái tổ hợp di truyền.
Các gen quy định những tính trạng thường (tính trạng không thuộc về giới đực, cái) mà lại ở nhiễm sắc thể giới tính (X hay Y, W hay Z) thì gây ra hiện tượng di truyền liên kết giới tính (sex linked). Nếu lô-cut đó ở nhiễm sắc thể X, người ta gọi là gen liên kết X (X-linked); nếu lô-cut đó ở nhiễm sắc thể Y, người ta gọi là gen liên kết Y (Y-linked). Ở người, gen liên kết X đã được phát hiện từ lâu, như gen đột biến lặn gây chứng máu khó đông (hemophilia), gen đột biến trội (gen MECP2) gây hội chứng Rêt do Andreas Rett (1924-1997) phát hiện. Khác hẳn với liên kết X, các tính trạng hình thái ngoài có liên kết Y hiện chưa được xác minh về cơ sở di truyền phân tử ở người. Một số tài liệu giáo khoa đã từng đưa ví dụ tính trạng hình thái ngoài được xem là liên kết Y như chứng hói đầu hay "túm lông tai" (hairy ears) chỉ ở đàn ông mới có, tuy nhiên vài năm gần đây đã được kiểm chứng lại.
Chứng hói đầu đã từng được cho rằng do gen ở Y gây ra có liên quan tới cả sự phát triển của tóc và sự hình thành một số hormone. Ngày nay, người ta gọi gen này SOX21, còn có bí danh (alias) là SRY-Box21, nằm trên nhiễm sắc thể số 13, chứ không ở Y.
Từ lâu, đặc điểm có một túm lông ở tai đã được coi là tính trạng liên kết Y. Một số giáo trình di truyền học nước ngoài đã trình bày hiện tượng này như là một ví dụ điển hình về liên kết Y và gen "túm lông tai" gọi là gen holandric. Tuy nhiên, có nhà khoa học (Lee và cộng sự) cho rằng đây là một ngộ nhận, vì các nghiên cứu về giải trình tự nhiễm sắc thể Y hiện chưa định vị được gen này, hơn nữa đặc điểm này không phổ biến trên thế giới, mà chỉ gặp ở một số quần thể người ở Ấn Độ. Gần đây các nghiên cứu ở cấp độ phân tử cho rằng kiểu hình này là đột biến từ nhiều nhóm quần thể và có tính địa phương, nghĩa là các quần thể người Ấn Độ này có "ông tổ Adam" riêng.

Tóm lại, gen liên kết là các gen cùng thuộc một phân tử DNA của một nhiễm sắc thể, các gen này có thể liên kết hoàn toàn hoặc liên kết không hoàn toàn, có thể liên kết giới tính hoặc không.
Nguồn trích dẫn