Bài giảng Chương 8: Đột biến gen

 = C của mạch vòng và thymine bị đứt liên kết C = C mạch vòng nối 2 phân tử thành thymine dimer.Stone và các cộng sự đã nhận thấy tần số đột biến tăng lên ở Staphylococcus aureus khi môi trường nuôi chúng được chiếu tia UV trong thời gian ngắn trước khi cấy vào. Đây là tác động gián tiếp của tia tử ngoại. Hiện tượng quang phục hồi (photoreactivation) là một đặc điểm trong tác động của tia UV. Sau khi chiếu tia tử ngoại lên tế bào, nếu để ngoài ánh sáng, thì các sai hỏng phần lớn được phục hồi. Ánh sáng có tác động hoạt hóa enzyme sửa sai, cắt đức các thymine dimer. 3. Các tác nhân gây đột biến hóa chất Ngay từ đầu những năm 1930, Xakharov và Lobashov (Liên xô) đã tiến hành thử nghiệm gây đột biến bằng hóa chất, nhưng hiệu quả chưa rõ. Vào những năm 40, trong thế chiến thứ hai, ở Anh Auerbach và Robson đã chứng minh hơi ngạt nitrogen và sulfur có khả năng gây đột biến ở Drosophila (thời này Đức bắn hơi ngạt sang nước Anh, nên họ phải nghiên cứu tác động sinh học của các chất độc này). Về sau, nhiều nhóm hóa chất gây đột biến đã được tìm ra.Có nhiều hóa chất gây biến dị di truyền, đến nay tìm ra những hóa chất cho hiệu quả cao hơn cả phóng xạ.	Các hóa chất gây đột biến có đặc điểm là có thể chỉ gây hiệu quả đột biến đối với một số lượng ít đối tượng.Ví dụ: Streptomycine chỉ gây đột biến ở tảo đơn bào và một số vi sinh vật, không gây đột biến trên nhiều đối tượng khác.	Các tác nhân gây đột biến hóa học có thể chia thành các nhóm sau:	– Nhóm 1: Các chất ức chế tổng hợp nitrogenous base trong cấu trúc DNA như coffein, ethyl uretan...	– Nhóm 2: Các chất đồng đẳng với nitrogenous base như coffein, 5-bromuracil, các chất gần giống với nitrogenous base, nên nó làm DNA gắn nhằm khi tổng hợp.Ví dụ Bromodeoxiuridine (BUdR) và 5-bromouracil (BU) là các base đồng đẳng của thymine. Chúng thường ở dạng keto, nhưng ngẩu nhiên đôi khi chuyển sang dạng enol và có khả năng bắt cặp với guanine. Như vậy, BU có thể xâm nhập vào bắt cặp bổ sung với A (A-BU) và ở vòng sao chép tiếp theo gắn bắt cặp với G và (BU-G), A-T được thay thành G-C. BU như vậy có thể xâm nhập sai, khi gắn thay chỗ cho cytosine tạo G-BU, tiếp theo A bắt cắp với BU tạo A-BU và vòng sao chép tiếp A bắt cặp với T thành A-T. Trong cả hai trường hợp, chất đồng đẳng Brom-uracil (BU) đều có khả năng tạo thay đổi trên DNA, cặp A-T G-C và ngược lại G-C  A-T.–Nhóm 3: Các chất alkyl hóa làm đứt mạch DNA như ethyl methanesulfonate (EMS), methyl methanesulfonate MMS), ethylene imine (EI), nitrosoguanidine (NG),...	Các tác nhân alkyl hóa (akylating agent) như khí ngạt nitrogen và ethyl methanosulfonate có thể gây đột biến ít nhất bằng 3 cách:- Thêm nhóm methyl (-CH3) hay ethyl (-C2H5) vào guanine tạo ra base đồng đẳng của adenine dẫn đến bắt cặp bổ sung sai.- Mất guanine đã bị alkyl hóa (mất purine) tạo lỗ hỏng trên DNA, khi sao chép có thể làm đứt mạch.- Liên kết chéo giữa các mạch của một hoặc các phân tử DNA khác nhau làmmất nucleotide.Ngược với sai hỏng sao chép, các tác nhân gây đột biến như nitrous acid và khí ngạt nitrogen (nitrogen mustard) có thể gây biến đổi trực tiếp trên DNA. Theo Schuster và một số khác, nitrous acid tác động trước hết tách nhóm amino (mất amine - desamination) khỏi adenine và cytosine và tương ứng biến các base này thành hypoxanthine (H) và uracil (U). Sau biến đổi, H có thể bắt cặp với C và U với A, các vòng sao chép tiếp theo làm G thay chỗ A và T thay C.Các chất khác như hydroxylamine (H2NOH) và các chất cho nhóm OH có thể gây nên đồng chuyển. Theo Freese và các cộng sự, hydroxylamine có lẽ là chất có tính đặc hiệu cao nhất trong các tác nhân gây đột biến, nhờ đó có thể chuyển cytosine sang dạng bắt cặp được với adenine.- Nhóm 5: các chất chêm vào DNA. 	Nhóm các chất gồm proflavin, màu acridine và các chất được gọi là ICR (ICR compound) là những chất có phân tử mặt phẳng tương tự cặp base. Chúng có thể chêm vào phân tử DNA làm thêm hoặc mất base. Chúng thường gây đột biến lệch khung do thêm hay mất base.Tất cả các tác nhân gây đột biến đều là tác nhân gây ung thư (cancerogen), nhưng các tác nhân gây ung thư không phải đều gây đột biến. Hiện nay nhiều tác nhân gây đột biến được sử dụng trong chọn giống nhằm tăng nguồn biến dị. Bên cạnh đó với nạn ô nhiễm trên thế giới người ta phát hiện nhiều tác nhân đột biến hóa học mới xuất hiện trong môi trường.VI. HỒI BIẾNQuá trình đột biến, nói chung , có tính thuận nghịch, nghĩa là nếu một gen A đột biến thành a (A –> a) thì, ngược lại allel a cũng có thể đột biến quay lại thành A ( a –>A). Thông thường một dạng được gọi là đột biến khi nó mang kiểu hình khác với dạng hoang dại. Ví dụ, ruồi dấm hoang dại được bắt từ thiên nhiên vào phòng thí nghiệm có mắt đỏ. Trong quá trình nuôi xuất hiện dạng đột biến mắt trắng. Đột biến từ mắt đỏ hoang dại sang mắt trắng gọi là thuận vì từ hoang dại thành đột biến. Hồi biến là trường hợp từ trạng thái đột biến do biến dị di truyền quay trở về kiểu hình hoang dại như đột biến từ mắt trắng trở lại thành mắt đỏ. Hồi biến do đột biến nghịch (back mutation) hoặc do đột biến ức chế hay kìm hãm (supression). 1. Các đột biến nghịchĐột biến nghịch có được khi gen đột biến có sự biến đổi quay trở lại có y cấu trúc như gen hoang dại ban đầu. Trường hợp này khó xảy ra và khi lai trở lại với dòng hoang dại thì thế hệ con tất cả đều có kiểu hình hoang dại.2. Đột biến ức chế Đột biến ức chế (suppressor mutation) là đột biến có tác động ngược lại hay kìm hãm của một đột biến khác. Các đột biến ức chế có những tính chất sau:- Đột biến ức chế xảy ra ở điểm khác với đột biến bị ức chế. Khi lai thể hồi biến (revertant) với dạng hoang dại sẽ xuất hiện dạng đột biến bị ức chế do tái tổ hợp làm tách rời không bị kìm hãm bởi đột biến ức chế.- Đột biến ức chế có thể xảy ra trong cùng một gen, ngoài gen hoặc ở gen khác.- Các đột biến ức chế có thể thực hiện tác động bằng nhiều cách khác nhau. Ví dụ, các đột biến ức chế có thể tác động lên sự phiên mã, dịch mã hay những biểu hiện sinh lí khác của tế bào.Đột biến kìm hãm thường gặp hơn, nó có được do 1 đột biến thứ hai làm cho biểu hiện kiểu hình của đột biến không biểu hiện ra được nên có kiểu hình hoang dại. Đột biến kìm hãm có thể xảy ra ngay trên cấu trúc gen. Ví dụ: Đột biến thuận mất một nucleotide, đột biến kìm hãm xảy ra gần chỗ đó thêm vào một nucleotide. Đột biến kìm hãm có thể do sự bổ sung trong chu trình trao đổi chất. Sai hỏng do đột biến thứ hai tạo sản phẩm bù trừ được đột biến thứ nhất.Vào năm 1962, S.Benzer và Chemp mô tả đột biến được gọi là đột biến amber ở locus rII của phage T4. Chúng có thể trở về kiểu hình hoang dại do đột biến khác (đột biến ức chế) ở bộ gen của tế bào chủ. Các đột biến ức chế được phát hiện ở nhiều gen khác của phage T4 và E.coli. Các nghiên cứu sử dụng hệ thống gen- enzyme cho thấy, các đột biến amber dẫn đến sự kết thúc sớm hơn bình thường sự mọc dài của mạch polypeptide và ở trong các tế bào chỉ các đoạn có đầu NH2 của các polypeptide tương ứng được tổng hợp. Nhờ các đột biến ức chế sự tổng hợp mạch polypeptide được hồi phục.A.Haren, khi nghiên cứu sự kiểm soát di truyền đối với tổng hợp enzyme phosphatse kiềm ở E.coli, đã so sánh thành phần các gốc amino acid trên phân tử enzyme của dạng hoang dại và ở các thể hồi biến trong gen mã hóa cho enzyme . Kêt quả trên hình cho thấy các ức chế đối với amber liên quan đến một thay thế nucleotide trong codon.Trên cơ sở các số liệu này đã xác định được codon - amber là UAG. Sau đó, 2 codon chấm dứt khác được tìm ra là ochre UAA và opal UGA Các biến dị ức chế được dùng để nghiên cứu sâu hơn về cơ chế dịch mã. Vì dụ, các đột biến ảnh hưởng tới anticodon của tRNA, làm thay đổi tính đặc hiệu mã hóa của nó , có thể tạo khả năng ức chế đột biến khác ở mức phiên mã. Các đột biến ức chế đối với codon vô nghĩa (nonsens-suppressor) thường xảy ra trên các tRNA, mà anticodon của nó có thể bị biến thành anticodon bổ sung với codon kết thúc do sự thay thế một nucleotide. Các nonsens - suppressor như vậy thường là trội.Có thể xảy ra các đột biến ức chế đối với các đột biến nhầm nghĩa. Ví dụ, tRNAgly của amino acid glycine có anticodon CCC thường bắt cặp với GGG (gly) trên mRNA. Sự biến đổi đột biến của anticodon thành CUC dẫn đến chỗ tRNAgly đột biến bắt cặp với GAG (glutamic acid). Như vậy, nếu như đột biến thuận ở một gen cấu trúc nào đó biến codon GGG (glycine) thành GAG (glutamic acid) của đột biến nhầm nghĩa (missens mutation), thì sự ức chế đối với đột biến này có thể do đột biến của tRNAgly với anticodon CUC sẽ gắn glycine vào chỗ bị đột biến (ở đột biến nhầm nghĩa là glutamic acid).Các đột biến xảy ra trên tRNA có thể là đột biến ức chế đối với các đột biến lệch khung.Sự ức chế ở mức phiên mã có thể xảy ra do các đột biến trên các gen mã hóa một số protein của ribosome.