Giáo án Sinh 12 tiết 5: Kỹ thuật di truyền

chương iV
ứng dụng di truyền học vào chọn giống
Đ 5 - Kỹ thuật di truyền
I. Mục đích yêu cầu:
Qua bài học này học sinh phải:
- Giải thích được kỷ thuật di truyền
- Nêu được các khâu của kỷ thuật cấy gen bằng sơ đồ kỷ thuật cấy gen.
- Giải thích được nội dung của từng khâu trong kỷ thuật cấy gen.
- Nêu được những ứng dụng kỷ thuật di truyền trong thực tiễn tạo giống mới.
- Từ những thành tựu của kỷ thuật di truyền trong chọn tạo giống mới, học sinh hình thành được niềm tin vào khoa học.
II. Đồ dùng dạy học : 
Tranh vẽ phóng to hình 13 và 14 SGK hoặc 1 sơ đồ cấy gen khác. 
III. Tiến trình bài giảng :
 1- ổn định kiểm diện lớp.
 2- Kiểm tra bài cũ : Chữa bài tập hoặc bài thực hành.
 3- Nội dung bài mới:
- Giống là gì?
 Giống là một tập hợp cá thể sinh vật do con người chọn tạo ra, có phản ứng như nhan trước cùng một Đ/K ngoại cảnh, có những tập tính di truyền đặc trưng chất lượng tốt, NS cao và ổn định, thích hợp với những Đ/K khí hậu, đất đai và KT SX nhất định
- Nhiệm vụ của ngành chọn giống là gì?
 Nhiệm vụ của ngành chọn giống là cải tiến những giống hiện có, tạo ra những giống mới nhằm đáp ứng yêu cầu của SX và đời sống
- Đặc điểm của công tác chọn giống cổ truyền và hiện đại là gì?
 Từ xưa, loài người đã biết chọn giống theo kinh nghiệm 
- Đặc điểm của công tác chọn giống cổ truyền: 
+ Chủ yếu là chọn lọc các cá thể có những biến dị tốt đã nảy sinh ngẫu nhiên, tự phát.
 Hiện nay: các thành tựu về lai tạo, gây đột biến nhân tạo, đặc biệt là những thành tựu về KT di truyền phát triển...
- Đặc điểm của công tác chọn giống hiện đại
+ Chủ động tạo ra nguồn biến dị cho chọn giống đồng thời hoàn thiện các phương pháp CL nhằm củng cố và tăng cường những tính trạng mong muốn
- Thế nào KT di truyền?
I. Khái niệm về KT DT
+ KT là gì? (là phương pháp SD các phương tiện, công cụ để chế tạo ra những giá trị vật chất)
+ Công nghệ là gì ? (Là KT sử dụng công cụ, máy móc, trang thiết bị để SX ra những SP công nghiệp. )
+ Phân biệt KT di truyền và CNSH ?
 Công nghệ sinh học được hiểu là KT sử dụng các đối tượng sống, các quá trình sinh học theo quy trình công nghệ và trên quy mô công nghiệp.
 KT di truyền làđ
- Là kỷ thuật thao tác trên vật liệu DT dựa vào những hiểu biết về cấu trúc hoá học của axit nuclêic và DT VSV
 Tuy rằng KT DT được sử dụng có hiệu qủa trong CNSH nhưng đặt trong chương CG Đ5 chỉ đề cập KT DT dưới góc độ là một hướng cải biến tính DT ở cấp độ phân tử phục vụ cho việc cải tiến giống và tạo giống mới. 
 Một trong những KT DT được sử dụng phổ biến và có nhiều ý nghĩa thực tiện là KT cấy gen.
- KT cấy gen là gì?
- KT cấy gen là chuyển ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận bằng cách dùng plasmit làm thể truyền
- Plasmit là gì? 
 Plasmit là những cấu trúc nằm trong tế bào chất của vi khuẩn. Tuỳ loài VK, mỗi TB chứa từ vài chục đến vài trăm plasmit. Plasmit chứa ADN dạng vòng, gồm khoảng 8.000 - 200.000 cặp nucleotit. ADN của plasmit tự nhân đôi độc lập với ADN của NST
- Quá trình cấy gen thông qua sử dụng plasmit làm thể truyền gồm 3 khâu chủ yếu:
 Bước 1:đ
 KT cấy gen gồm 3 khâu:
 1- Tách ADN NST của tế bào cho và tách plasmit ra khỏi tế bào.
 Tiến trình như sau: 
- Chọn, phân lập đoạn ADN mang gen mong muốn từ cơ thể sống.
- Cắt ADN bằng E đặc hiệu.Trong nhiều trường hợp số đoạn ADN được cắt ra rất lớn, do đó phải chọn đúng đoạn ADN có gen mong muốn. (Phương pháp được dùng phổ biến là dùng mẫu ARN đặc hiệu có đánh dấu phóng xạ: các đoạn ADN được lai với mẫu ARN đánh dấu để chọn đúng ADN có mang gen, được phát hiện qua ảnh chụp phóng xạ tự ghi , sau đó được tách ra). Đôi khi đoạn ADN mong muốn được tổng hợp in vitro (trong phòng thí nghiệm)
- Tách plasmit ra khỏi tế bào VK
 Bước 2:đ
 2- Cắt và nối ADN của tế bào cho và ADN plasmit ở những điểm xác định, tạo nên ADN tái tổ hợp.
 Thao tác cắt, tách đoạn ADN được thực hiện nhờ Ecắt (restrictaza) . Các phân tử E này nhận ra và cắt đứt ADN ở những nucleotít xác định nhờ đó người ta có thể tách các gen mã hoá những protein nhất định. Đoạn ADN đã được phân lập mang gen mong muốn và plasmit được cắt bởi cùng một loại enzim cắt (cho phép tạo nên các đầu mút ăn khớp với nhau theo nguyên tắc bổ sung trên đoạn ADN mang gen mong muốn và plasmit,tạo d/k cho việc gắn nối đoạn ADN vào plasmit). Plasmit sẽ bị cắt và mở vòng.
- Ecắt ↓ Ecắt ↓ 
 ADNcủa TB cho 
 ¯ ↓
 Đoạn bị cắt ra
 ( 2 ) (1) 
 Đặc điểm của E cắt (restrictaza) là nhận ra và cắt phân tử ADN ở những nucleotit xác định. VD: restrictaza E coli RI chỉ cắt ADN ở giữa G và A, restritaza Hind III lại cắt ADN giữa A và A. Nhờ các ''dao cắt '' chính xác đó, có thể cắt tách các gen mã hoá những protein xác định.
 Thao tác nối đoạn ADN được thực hiện nhờ E nối (ligaza): Qua sự xúc tác của enzim ligaza, đoạn ADN mang gen mong muốn được gắn vào ADN của plasmit, plasmit đóng vòng tạo thành phân tử plasmit mang ADN tái tổ hợp.
 Gắn đoạn bị cắt vào 
 plasmit nhờ Enối
 ADN tái tổ hợp
 + Cắt nhờ E cắt 
 + Nối nhờ E nối 
 Bước 3:đ
 3- Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận, tạo điều kiện cho gen đã ghép được biểu hiện.
- Quá trình chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận được làm như sau:
+ Trộn plasmit ADN tái tổ hợp với VK chủ (VK được dùng phổ biến hiện nay là E.coli), đã được xử lý bằng CaCl2.
+ Thông qua vai trò CaCl2, plasmit dễ xâm nhập qua màng E.coli. ADN tái tổ hợp trong plasmit vẫn còn nguyên vẹn và VK chủ vẫn sống bình thường.
+ Các VK chủ sau đó được kiểm tra để bảo đảm là đã nhận được plasmit tái tổ hợp
- Sự biểu hiện của ADN tái tổ hợp trong TB VK chủ :
+ ADN tái tổ hợp sẽ được nhân lên cùng với sự nhân lên của VK theo cơ chế tương tự cơ chế tự nhân đôi của ADN VK.
+ Dựa vào cơ sở vật chất của VK chủ , ADN tái tổ hợp sẽ thực hiện sao mã qua xúc tác của enzim polimeraza và sau đó tham gia vào quá trình giải mã để tổng hợp nên các prôtêin do nó mang tính trạng.
+ Do VK có chế độ phân chia cực nhanh, nên ADN tái tổ hợp trong chúng cũng nhân đôi nhanh chóng cho phép sản xuất 1 lượng prôtêin tương ứng rất lớn đem lại hiệu quả kinh tế rất cao
 ADN tái tổ hợp được phân phối cho các tế bào con khi phân bào hoặc di chuyển vào tế bào vi khuẩn khác bằng cách xuyên qua màng tế bào (Cơ chế biến nạp). Một số plasmit có khả năng đính vào NST của TBVK nhận
 Tế bào nhận được dùng phổ biến là VK E.coli do khả năng sinh sản của nó
 Tế bào E.coli cứ 30 phút sinh sản 1 lần . Sau 12h1TB đ 16 triệu TB . Có nhiều trong đường ruột.
- Vai trò của plasmit trong KTDT?
Plasmit nhận đoạn ADN của TB cho tạo thành plasmit mang ADN tái tổ hợp .
Plasmit mang ADN tái tổ hợp đi vào TB nhận.
Trong TB nhận, plasmit mang ADN tái tổ hợp này tồn tại và tự nhân đôi độc lập với ADN trong NST. ở 1 số plasmit có khả năng cấy đoạn ADN tái tổ hợp vào ADN NST của TB nhận.
- Phân biệt ADN của NST và ADN của plasmit?
+ Giống nhau: Đều có cấu trúc là các nuclêôtit và có khả năng tự nhân đôi đúng mẫu.
+ Khác nhau:
ADN NST
ADN plasmit
Dạng chuỗi dài
Dạng vòng
Trong nhân TB (ở SV có nhân)
Trong TBC của VK
Số nuclêôtit lớn
Số nuclêôtit ít hơn nhiều
Không làm thể truyền các gen
Có thể làm thể truyền các gen từ TB cho đến TB nhận
- Trong KT cấy gen người ta còn dùng thể thực khuẩn làm thể truyền
- Thể thực khuẩn là gì? (Thể thực khuẩn là những vi rút ký sinh trong các TBVK). 
 Thường dùng thể thực khuẩn lambđa để chuyển gen vào VK. ADN của thể thực khuẩn lambđa chứa khoảng 5 nghìn cặp nucleotit.
 Tiến trình như sau: 
+ Dùng enzim cắt giới hạn cắt 1 đoạn của ADN thể cho (tương ứng với 1 hay 1 số gen) và 1 đoạn ADN tương ứng ở ADN của thể thực khuẩn lambđa nhằm tạo các đầu nối ăn khớp với nhau.
 ADN thực khuẩn thể ADN TB cho
 ư ư ư ư
 Ecắt 
 ¯ ¯
 (1) (2)
+ Sử dụng enzim nối để gắn đoạn ADN thể cho vào ADN của thể thực khuẩn tạo thành ADN tái tổ hợp.
+ Cho thực khuẩn thể mang ADN tái tổ hợp xâm nhập vào TB VK nhận như E.coli
+ Hỗn hợp thể lai ADN và VK được cấy vào MT trên đĩa petri để phân lập các dòng VK có mang ADN tái tổ hợp bằng cách căn cứ các vết tan trên đĩa thạch petri
 E nối
 ADN tái tổ hợp (lai)
 ↓
Hỗn hợp ADN lai và E.coli
¯
Vết phân lập trên đĩa petri
Sơ đồ cấy gen nhờ thực khuẩn thể
II. ứng dụng KT di truyền
 Dùng KTDT để tạo ra các chủng VSV có khả năng SX 1 số lượng rất lớn các chế phẩm sinh học có hoạt tính cao như: axit amin, prôtêin, VTM, E, hoocmon, kháng sinh...
 Người ta đã nắm được cấu trúc của nhiều loại hoocmôn (hoocmôn tuyến giáp, trên thận...) nhưng việc tổng hợp hoá học của các hoocmôn này rất tốn kém. ứng dụng KTDT, người ta đã cắt tách gen mã hoá cấu trúc của hoocmôn cấy vào VK để chúng SX ra hoocmôn đó. Đã có dự án XDXN hoocmôn bằng plasmit VK , có thể đạt hiệu suất 2mg hoocmôn/25g sinh khối VK
 VD1: Insulin là hoocmôn của tuyến tuỵ nội tiết, có chức năng điều hoà lượng gluco trong máu. Cơ thể thiếu insulin dẫn đến bệnh đái tháo đường. Chuyển gen tổng hợp hoocmôn insulin của người vào VK E.coli đã tổng hợp ra 1 số lớn insulin để chữa bệnh đái tháo đường cho người với giá thành rẻ hơn rất nhiều
+ Tạo chủng VK Ecoli có khả năng tổng hợp insulin để chữa bệnh đái tháo đưòng nhờ chuyển gen mã hoá hoocmôn insulin của người vào VK 
 VD2: Hoocmôn somatostatin do vùng dưới đồi thị của não người và ĐV SX có vai trò điều hoà hoocmon sinh trưởng và insulin đi vào máu. Gen mã hoá somatostatin được tổng hợp trong phòng thí nghiệm, được gắn vào ADN plassmit cấy vào E.coli. Với 7.5l VK E.coli nuôi cấy , SX được 5mg somatostatin nguyên chất, để có lượng somatostatin này phải chiết tách từ não của nửa triệu con cừu
+ SX somatostatin bằng KT plasmit.
+ Tạo các chủng VK SX kháng thể miễn dịch cúm, VK SX hoocmon sinh trưởng, interferon...
 Interferon được tổng hợp trong các TB ĐVCXS và người, có vai trò bảo vệ cơ thể chống virut. Trước đây interferon được tách từ bạch cầu, dùng chống cúm, chữa viêm gan rất đắt. Người ta đã tách dòng gen interferon từ cơ thể sống và ghép vào ADN plasmit, đưa vào VK E.coli SX interferon đưa ra thị trường từ năm 1982
 Một số chủng VK có khả năng cắt mạch cácbua hiđro dầu mỏ ở những vị trí xác định. Bằng KT cấy gen, người ta đã tổ hợp 4 gen của 4 chủng VK khác nhau vào cùng 1 chủng và sử dụng chủng VK này để phá huỷ lớp dầu mỏ bị loang trên mặt biển khi đắm tàu chở dầu
+ Tạo các chủng VK làm sạch nước thải công nghiệp, nước thải công rãnh thành phố.
+ Tạo chủng VK SX các loại kháng sinh...
 Nhóm xạ khuẩn có khả năng tổng hợp các loại kháng sinh quý nhưng với tốc độ rất chậm nên giá thành cao. Để khắc phục người ta cấy gen tổng hợp kháng sinh của xạ khuẩn vào các chủng VK dễ nuôi và có tốc độ sinh sản nhanh, từ đó tạo ra một lượng chất kháng sinh rất lớn với giá thành rẻ
- Dùng KTDT để chuyển gen từ SV này sang SV khác từ đó tạo ra những giống vật nuôi, cây trồng mang các gen quy định các tính trạng mong muốn. 
 Tạo ra khả năng cho tái tổ hợp (lai) thông tin DT giữa các loài mà với phương pháp lai hữu tính truyền thống không thể thực hiện được
+ Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ từ loài thuốc lá cảnh petunia vào cây bông và cây đỗ tương ( 1909)
+ Cấy gen quy định khả năng chống được một số chủng virut vào một giống cây khoai tây ( 1990)
 Trước kia, người ta gây biến dị bằng cách lai giống hoặc gây ĐB nhân tạo. Nghĩa là tác động vào vật liệu DT ở cấp độ cơ thể hay TB thì ngày nay đã có thể chủ động gây những biến đổi định hướng trên vật liệu DT ở cấp độ phân tử.
4- Củng cố kiến thức
- Dựa vào sơ đồ để mô tả lại 3 khâu chủ yếu của KT cấy gen.
5- Hướng dẫn học tập
- Tiếp tục làm bài tập thuộc chương biến dị