CHUYÊN ĐỀ BDQG TIẾN HÓA PHÂN TỬ - HỆ GEN

- Yếu tố di truyền vận động có thể làm tăng số lượng bản sao của chúng nằm rải rác trong hệ
gen cung cấp các vị trí xảy ra tái tổ hợp tương đồng dẫn đến các đột biến tái cấu trúc nhiễm sắc
thể, tái tổ hợp các exon.

- Yếu tố di truyền vận động khi di chuyển có thể gây ra các đột biến gen gây ra các sản phẩm
bất thường của gen hoặc gây sai sót trong biểu hiện của những gen nhất định (gen biểu hiện nhầm
thời điểm, nhầm vị trí, hoặc biểu hiện quá mức khi chèn vào vùng điều hoà của gen).

- Yếu tố di truyền vận động cũng có thể chuyển các gen bình thường từ vị trí này sang vị trí
khác trong hệ gen ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen.
b) Khác biệt:

- Khi yếu tố di truyền vận động chèn vào vùng mã hoá của một gen qui định tổng hợp chuỗi
polypeptit thì chỉ gây ra sản phẩm bất thường hoặc không tạo ra sản phẩm và chỉ ảnh hưởng tới
một số ít tính trạng.

- Khi yếu tố di truyền vận động chèn vào giữa vùng điều hoà có thể gây nên hậu quả nghiêm
trọng do nó làm cho gen biểu hiện nhầm thời điểm hoặc nhầm vị trí dẫn đến quái thai hoặc gây
chết. Vì vậy hậu quả gây ra trong trường hợp này sẽ nguy hiểm hơn so với đột biến ở vùng cấu
trúc, đặc biệt là đối với gen điều hoà mà sản phẩm của nó điều hoà hoạt động của hàng loạt gen

khác.

Câu 7:
Transposon là gì? Bằng cách nào transposon có thể tạo ra tính biến dị của từng bộ gen?

Gợi ý trả lời:
Transposon là một loại yếu tố di truyền di động, có thể di chuyển trong hệ gen thông qua 1

ADN trung gian.
Khi di chuyển, các transposon gây ra việc sắp xếp, tổ chức lại hệ gen của từng cá thể như tạo

các đoạn ADN mới, hoặc thay đổi chức năng hoạt động của các đoạn ADN ở vị trí chúng ghép

vào và tách ra.
Khi tách khỏi vị trí cũ, transposon có thể mang theo các đoạn ADN phụ cận, gây nên sự mất

đoạn tại vị trí cũ. Ngược lại, khi ghép vào vị trí mới, chúng gây nên hiện tượng thêm đoạn hoặc
chuyển đoạn ở vị trí mới. Do đó, transposon giống như các vectơ chuyên chở ADN từ nơi này
đến nơi khác trong một hệ gen, hoặc từ hệ gen này sang hệ gen khác. Ngoài ra, trao đổi chéo giữa
các transposon tương đồng ở 2 vị trí khác nhau trên 1 hoặc trên 2 NST cũng tạo nên những biến
đổi tương tự. Những biến đổi đó dẫn đến sự sắp xếp lại hệ gen, tạo tính đa dạng giữa chúng và
tính đặc thù riêng của từng cá thể.

Đặc biệt, sự thay đổi vị trí của các transposon còn có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động của các
gen phân bố xung quanh ngay khi chúng không làm thay đổi trật tự nucleotit của những gen này.

Câu 8:
Phân biệt transposon với retrotransposon.

Gợi ý trả lời:
- Transposon di chuyển trong hệ gen thông qua 1 ADN trung gian.
- Retrotransposon: di chuyển trong hệ gen thông qua một ARN trung gian, đây là bản phiên
mã của chính ADN retrotransposon. Các retrotransposon luôn để lại một bản sao tại vị trí đích
trong quá trình chuyển vị, do chúng được phiên mã thành ARN trung gian. Trước khi cài vào vị
trí đích, phân tử ARN trung gian được phiên mã ngược trở lại thành ADN bởi enzim phiên mã
ngược do chính retrotransposon mã hoá. Hoạt động cài trình tự ADN được phiên mã ngược vào
vị trí mới được xúc tác bởi enzim trong tế bào.

Câu 9:
Hãy nêu các đặc điểm của hệ gen động vật có vú làm chúng trở nên lớn hơn so với các hệ gen

của sinh vật nhân sơ.
Gợi ý trả lời:

101

- Số lượng gen trong hệ gen của động vật có vú là cao hơn so với trong hệ gen của sinh vật
nhân sơ.

- Tỉ lệ ADN không mã hoá trong hệ gen của chúng là lớn hơn so với trong hệ gen của sinh vật
nhân sơ.

- Ngoài ra, sự có mặt của các intron ở các gen của động vật có vú làm chúng có kích thước
trung bình dài hơn so với các gen của sinh vật nhân sơ.

Câu 10:
Các intron, các yếu tố vận động và các trình tự AND lặp lại đơn giản phân bố trong hệ gen

khác nhau như thế nào?
Gợi ý trả lời:

- Các intron nằm rải rác giữa các trình tự mã hoá của gen.
- Nhiều bản sao của các yếu tố di truyền vận động phân tán khắp hệ gen.
- Các trình tự ADN lặp lại đơn giản tập trung tại tâm động và các đầu mút hoặc kết cụm tại
một số vị trí khác trong hệ gen.

Câu 11:
Thế nào là gen giả? Các nguyên nhân có thể làm xuất hiện gen giả?

Gợi ý trả lời:
Gen giả (pseudogene) là những gen cấu trúc giống như gen thực nhưng không được phiên mã

hay trình tự bazơ của chúng có những sai sót làm cho chúng không có khả năng chứa những
thông tin sinh học hữu ích.

Gen giả (pseudogene) không tạo được sản phẩm cuối cùng là protein, mặc dù chúng có thể
được phiên mã tổng hợp mARN. Cấu trúc gen giả có thể chỉ gồm toàn exon, hoặc gồm các exon
và intron, hoặc có trình tự nucleotit giống hay tương tự các gen hoạt động khác nhưng không có

promoter.
Các gen này có thể xuất hiện do:
- Sai lệch trong trao đổi chéo giữa các alen của cặp NST tương đồng. Theo thời gian, các
đột biến thêm, bớt, chuyển đoạn hoặc thay thế nucleotit ngày càng tích tụ trên gen giả.
- Enzim reverse transcriptase tổng hợp phân tử ADN trên khuôn mẫu các mARN và các
bản sao ADN này được ghép vào hệ gen, do đó, gen giả thường không chứa promoter,
không chứa intron.

Câu 12:
Gen giả được hình thành bằng những con đường nào? Gen giả có vai trò gì trong tiến hoá hệ

gen? (Trích đề thi chọn đội tuyển olympic Quốc tế 2014)
Trả lời:

- Gen giả (pseudogene) là những gen cấu trúc giống như gen thực nhưng không được phiên
mã hay trình tự bazơ của chúng có những sai sót làm cho chúng không có khả năng chứa những
thông tin sinh học hữu ích.

- Cơ chế hình thành gen giả:
+ Do trao đổi chéo không cân dẫn đến lặp đoạn → lặp gen, sau đó là do đột biến gen đặc biệt
là đột biến ở promoter → gen giả.
+ Do quá trình phiên mã ngược từ mARN trong tế bào chất thành gen sau đó gen này xen cài
vào nhiễm sắc thể → gen giả gia công.
+ Do quá trình dịch khung trong tái bản ADN dẫn đến lặp gen, sau đó phát sinh đột biến đặc
biệt là đột biến ở promoter → gen giả.
- Vai trò của gen giả trong tiến hoá hệ gen: Gen giả không chịu áp lực chọn lọc nên dễ dàng
tích luỹ đột biến và khi có cơ hội sẽ trở lại hoạt động và cung cấp nguyên liệu cho tiến hoá.

Câu 13:

102

Thế nào là họ gen? Nêu sự khác nhau trong cấu trúc của các họ gen mã hoá rARN và mã hoá
các protein globin ở người. Với mỗi họ gen, hãy giả thích lợi thế của việc tồn tại cấu trúc kiểu họ
gen đối với sinh vật.
Gợi ý trả lời:

- Họ đa gen là tập hợp của 2 hay nhiều gen giống hệt hoặc rất giống nhau.
- Trong các họ đa gen gồm các trình tự ADN giống hệt nhau, các trình tự ADN lặp lại liền kề
nhau, ngoại trừ các gen mã hoá cho protein histon, chúng mã hoá cho sản phẩm cuối cùng là

ARN.
- Họ các trình tự ADN giống hệt nhau là cụm gen mã hoá cho 3 phân tử rARN lớn nhất.

Những phân tử rARN này được phiên mã thành các bản phiên mã duy nhất gồm hàng trăm, thậm
chí hàng nghìn lần lặp lại kế tiếp nhau và tập hợp thành một hoặc một số cụm trong hệ gen sinh
vật nhân thực.

Ý nghĩa: Với nhiều bản sao cùng có mặt trong một đơn vị phiên mã như vậy, tế bào có thể
nhanh chóng tạo ra hàng triệu riboxom cần cho quá trình tổng hợp protein. Bản phiên mã sơ cấp
của các gen rARN sau đó được cắt xén đi để hình thành nên 3 loại phân tử rARN.

- Hai họ gen có quan hệ với nhau mã hoá cho globin – là một nhóm các protein gồm các
chuỗi polipeptit α và β của hemoglobin. Có 1 họ gen nằm trên NST số 16 ở người mã hoá cho các
dạng khác nhau của α-globin; họ gen còn lại nămg trên NST số 11 mã hoá cho các dạng khác
nhau của β-globin.

Ý nghĩa: Các dạng khác nhau của mỗi tiểu phần globin được biểu hiện vào các thời điểm khác
nhau của quá trình phát triển, qua đó giúp hemoglobin biểu hiện chức năng hiệu quả trong các
điều kiện môi trường thay đổi ở các giai đoạn phát triển khác nhau.

Câu 14:
Tại sao nói: Hiện tượng đa bội hoá thường gây chết đối với thể đột biến, nhưng trong một số

trường hợp, chúng lại thúc đẩy sự tiến hoá của hệ gen?
Gợi ý trả lời:

Hiện tượng đa bội hoá thường gây chết đối với thể đột biến do chúng làm phá vỡ trạng thái cân
bằng đã được hình thành và duy trì qua tiến hoá.

Ở một cơ thể đa bội, một bộ các gen có thể cung cấp đủ các chức năng thiết yếu cho cơ thể đó.
Những gen ở bộ NST bổ sung có thể phân hoá trong quá trình tích luỹ các đột biến. Những biến
dị này có thể được duy trì nếu như thể đột biến sống sót và sinh sản được. Bằng cách đó, các gen
có thể tiến hoá với các chức năng mới. Cùng với việc một bản sao của gen thiết yếu được biểu
hiện, sự phân hoá của một bản sao khác có thể dẫn đến một loại protein vẫn do gen đó mã hoá
nhưng hoạt động theo một cách mới, qua đó làm thay đổi kiểu hình của sinh vật. Kết quả của sự
tích luỹ các đột biến này có thể dẫn đến sự phân nhánh tiến hoá của một loài mới, thường thấy ở
thực vật.

Câu 15:
Nêu những nguyên nhân có thể dẫn tới lặp đoạn NST.

Gợi ý trả lời:
+ Trao đổi chéo không cân giữa các cromatit.
+ Đoạn NST bị đứt được nối xen vào NST tương đồng.
+ “Trượt” trong sao chép ADN: * Mạch làm khuôn xê dịch so với mạch tương đồng mới được
tổng hợp.

* Một phần của mạch làm khuôn bị sao chép 2 lần.

Câu 16:
Một gen được lặp lại có thể xảy ra theo những cơ chế nào? Vì sao lặp gen có vai trò quan

trọng đối với sự tiến hóa của gen?
Gợi ý trả lời:

103

- Hiện tượng "trượt" có thể xảy ra trong sao chép ADN, chẳng hạn như mạch làm khuôn xê
dịch so với mạch tương đồng mới được tổng hợp hoặc một phần của mạch làm khuôn được dùng
làm khuôn 2 lần. Kết quả là một đoạn ADN bị lặp lại.

- Trao đổi chéo không cân trong kỳ đầu giảm phân I của cặp nhiễm sắc thể tương đồng
(giữa các nhiễm sắc tử chị em hoặc không chị em) dẫn đến một nhiễm sắc thể lặp đoạn đưa đến
lặp gen.

- Các gen được lặp lại có thể xảy ra đột biến gen tạo ra alen mới và cứ như vậy có thể tạo
ra nhiều alen khác nhau với những chức năng mới làm phong phú vốn gen của quần thể, từ đó tạo
nguyên liệu cho quá trình tiến hóa.

- Lặp gen làm tăng cường độ biểu hiện tính trạng. Lặp gen có thể hình thành gen giả, gen giả này
có thể tích lũy đột biến và khi có cơ hội biểu hiện thì nó là nguồn nguyên liệu cho tiến hóa.

Câu 17:
Quá trình tiến hóa tạo ra gen có chức năng mới có thể được hình thành theo những cách nào ?
(Trích đề thi HSG Quốc gia 2015)
Đáp án:

Sự tiến hóa tạo ra gen có chức năng mới có thể được hình thành theo những cách thức

sau:
- Đột biến gen: Mỗi lần đột biến gen làm xuất hiện alen mới với chức năng mới. Theo

thời gian các alen cũ và mới lại tiếp tục phát sinh đột biến tạo nên các alen mới với các chức năng
mới, nhờ đó tạo ra hiện tượng dãy alen. Qua chọn lọc, các alen mới có giá trị phù hợp với hoàn
cảnh sống được chọn lọc bảo tồn trở thành gen có chức năng mới. Một vùng trong hệ gen vốn
không mã hóa tích lũy các đột biến trở thành gen có chức năng với ưu thế chọn lọc nào đó được
chọn lọc tự nhiên bảo tồn.

- Lặp gen kèm theo đột biến gen:
+ Các gen mới được hình thành qua đột biến từ các bản sao của các gen có sẵn do lặp
gen tạo ra. Các gen lặp tích lũy các đột biến, đặc biệt là các đột biến thay thế có lợi được chọn lọc
tăng cường trở thành gen mới.
+ Sự lặp gen có thể được tạo thành do trao đổi chéo không cân của cặp nhiễm sắc thể
tương đồng xảy ra ở kì đầu giảm phân 1 đưa đến lặp đoạn ở nhiễm sắc thể, do đó đưa đến lặp
gen. Lặp gen còn có thể xảy ra do hiện tượng “trượt” trong tái bản ADN do mạch làm khuôn xê
dịch so với mạch tương đồng mới được tổng hợp hoặc một phần của mạch làm khuôn được dùng
làm khuôn 2 lần, vì vậy một đoạn AND bị lặp lại.

- Lặp và xáo trộn êxôn:
+ Giống như quá trình trao đổi chéo không cân ở cặp nhiễm sắc thể tương đồng, một
êxôn nhất định trong gen có thể lặp lại trên một nhiễm sắc thể này, song lại mất đi trên một
nhiễm sắc thể kia. Loại prôtêin do gen mang các êxôn lặp lại mã hóa chứa hai bản sao của một
miền prôtêin làm tăng cường sự biểu hiện chức năng của prôtêin nếu prôtêin này trở nên ổn định
hơn.
+ Sự kết cặp và đôi khi phối trộn giữa các êxôn khác nhau của cùng một gen hoặc giữa
2 gen không alen với nhau do các lỗi tái tổ hợp trong quá trình giảm phân, có thể dẫn đến sự hình
thành những prôtêin mới với những chức năng mới.
- Tác động của yếu tố di truyền vận động:
+ Yếu tố di truyền vận động khi di chuyển có thể mang theo một hoặc vài êxôn nằm ở
vùng lân cận đến cài vào intron của gen khác, tạo ra một tổ hợp êxôn mới có thể dẫn đến hình
thành gen mới.
+ Yếu tố di truyền vận động có thể tạo ra các trình tự nuclêôtit giống nhau nằm trên cùng
cặp nhiễm sắc thể tương đồng cung cấp các vị trí dễ xảy ra trao đổi chéo dẫn đến tái tổ hợp các

104

êxôn có thể dẫn đến hình thành các gen mới. Sự trao đổi chéo không cân dẫn đến hiện tượng lặp
gen, sau đó nhờ các đột biến điểm phát sinh và phân hóa các bản sao để tạo ra gen mới.
Câu 18:

Phân tích ví dụ về việc so sánh các trình tự gen trong một họ đa gen globulin có thể chỉ ra thứ
tự các gen xuất hiện.

Gợi ý trả lời:
Ví dụ các gen mã hoá cho α-globin và β-globin. Tất cả chúng đều có nguồn gốc từ 1 gen
globin tổ tiên chung. Gen tổ tiên này đã trải qua hiện tượng lặp gen rồi phân hoá thành các gen
mã hoá cho α-globin và β-globin. Mỗi gen tổ tiên này sau đó lại được lặp lại một hay nhiều lần,
rồi những bản sao của chúng phân hoá về trình tự, dẫn đến hình thành các gen thành viên thuộc
họ gen như hiện nay. Trong thực tế, gen globin tổ tiên chung cũng có thể là nguồn gốc của gen
mã hoá protein cơ liên kết với oxi là myoglobin và protein ở thực vật là leghemoglobin. Hai
protein này hoạt động ở dạng đơn phân và gen của chúng thuộc “siêu họ globin”.
Câu 19:

Giải thích bằng cách nào
nhiều exon có thể xuất hiện
trong các gen EGF tiền thân
và fibronectin?

Gợi ý trả lời:
Đối với cả 2 gen, do lỗi trong quá trình trao đổi chéo ở giảm phân có thể xuất hiện giữa 2 bản

sao của gen đó. Hậu quả là hình thành 1 gen có exon lặp lại. Hiện tượng này có thể xảy ra nhiều
lần dẫn đến ở mỗi gen có nhiều bản sao của 1 exon nhất định.
Câu 20:

Các yếu tố di truyền vận động có vai trò gì đối với tiến hoá?
Gợi ý trả lời:

- Các yếu tố di truyền vận động có trình tự tương đồng phân tán khắp hệ gen tạo điều kiện
cho sự tái tổ hợp có thể xảy ra giữa các NST không tương đồng.

- Sự vận động của các yếu tố này vào các vùng trình tự điều hoà hay mã hoá của gen có
thể làm thay đổi sự biểu hiện của gen.

- Các yếu tố di truyền vận động có thể mang theo các gen dẫn đến sự phân tán mới của
các gen, và trong một số trường hợp dẫn đến kiểu biểu hiện mới của chúng. Nếu yếu tố
di truyền vận động vận chuyển theo exon và cài nó vào 1 gen thì nó có thể bổ sung 1
miền chức năng mới vào phân tử protein ban đầu.

Câu 21:
Phân tích ý nghĩa của việc so sánh hệ gen giữa các loài có quan hệ họ hàng gần gũi?
105

Gợi ý trả lời:
- So sánh hệ gen của các loài có quan hệ gần gũi giúp làm sáng tỏ các sự kiện tiến hoá trong

thời gian gần đây.
Ví dụ: Việc phân tích các gen đồng thời có mặt trong hệ gen của tất cả các loài động vật có vú

nhưng không có trong hệ gen của các loài khác sẽ cung cấp manh mối về quá trình tiến hoá và
phát sinh lớp động vật này. Cùng lúc đó, các gen cùng có mặt ở 2 loài này nhưng không có mặt ở
loài khác có thể cung cấp bằng chứng về nguồn gốc gần gũi hơn giữa 2 loài đó.

- Giúp tăng tốc độ lập bản đồ gen của loài có họ hàng gần gũi với loài đã được giải trình tự hệ

gen.
Hệ gen của 2 loài có họ hàng gần gũi nhìn chung khá giống nhau bởi vì chúng mới chỉ phân li

khỏi nhau trong thời gian gần đây. Điều này cho phép hệ gen của một loài đã được giải trình tự
hoàn toàn có thể dùng làm khung lắp ráp các trình tự hệ gen của loài có quan hệ gần gũi với nó.

- Giúp đối chiếu những khác biệt hình thái so với những khác biệt di truyền
Sự phân li gần đây của 2 loài có quan hệ gần gũi cũng là cơ sở của hiện tượng chỉ có 1 số ít sự
khác biệt về gen giữa chúng. Điều này giúp dễ dàng chiếu những khác biệt hình thái so với những
khác biệt di truyền giữa 2 loài.

Câu 22:
Hệ gen của khỉ giống hệ gen của người hay giống hệ gen của chuột hơn? Tại sao?

Gợi ý trả lời:
Hệ gen của khỉ giống hệ gen của người hơn, do khỉ và người đều thuộc bộ Linh trưởng. Dòng

tiến hoá tách ly của chuột xuất hiện trước khi dòng tiến hoá tách ly của khỉ và người tách ly khỏi

nhau.

Câu 23:
Có thể giải thích như thế nào về sự giống nhau của các trình tự điều phối quá trình phát triển

homeobox giữa các loài sinh vật?
Gợi ý trả lời:

Những đặc điểm giống nhau này cho thấy trình tự ADN của homeobox đã hình thành từ rất
sớm trong lịch sử tiến hoá của sự sống và vai trò của chúng đối với các cơ thể quan trọng đến
mức dường như chúng không biến đổi qua hàng trăm triệu năm cả ở động vật và thực vật.

Câu 24:
Các homeobox giúp các gen điều khiển phát triển ở động vật có thể điều phối được quá trình

phát triển, rất giống nhau giữa ruồi và chuột. Hãy giải thích tại sao mặc dù có sự giống nhau này,
nhưng hình thái của các loài động vật này là rất khác nhau?
Gợi ý đáp án:

Các gen điều khiển phát triển giữa 2 loài khác nhau ở các trình tự không thuộc homeobox;
những trình tự này xác định mối tương tác giữa sản phẩm của gen điều khiển phát triển với các
yếu tố phiên mã khác; và qua đó xác định gen nào được điều hoà bởi các gen điều khiển phát
triển. Các trình tự không thuộc homeobox của 2 loài là khác nhau, cũng như các kiểu biểu hiện
của các gen homeobox là khác nhau.

Câu 25:
Bằng cách nào các homeobox có thể điều khiển quá trình phát triển của cơ thể?

Gợi ý trả lời:
Các miền điều khiển được mã hoá bởi homeobox là phần protein liên kết với ADN khi protein

có vai trò là một yếu tố phiên mã. Tuy nhiên, cấu hình của miền điều khiển cho phép nó liên kết
được với mọi đoạn ADN (không xác định được một trình tự ADN đặc thù). Các miền khác trong
phân tử protein chứa miền điều khiển thì có mức độ biến dị lớn hơn, chúng mới xác định gen nào
sẽ được những protein này điều khiển.

106

Các protein có homeodomain có thể đã điều hoà quá trình phát triển bằng việc điều phối hoạt
động phiên mã của những bộ gen sinh trưởng khác nhau, làm chúng “bật” hay “tắt”. Những tổ
hợp khác nhau của các gen homeobox được hoạt hoá ở các phần khác nhau về thời gian trong quá
trình phát triển của phôi là trung tâm của sự hình thành mẫu hình cơ thể.
Câu 26:

Các yếu tố Alu trong hệ gen người nhiều gấp 3 lần so với hệ gen tinh tinh. Vậy bằng cách nào
hệ gen người có thêm những bản sao của các yếu tố Alu? Hãy nêu 1 vai trò có thể có của yếu tố
Alu trong quá trình tiến hoá phân ly giữa 2 loài.
Gợi ý trả lời:

Các yếu tố Alu đã vận động tích cực hơn trong hệ gen của người. Vì vậy, số bản sao của chúng
trong hệ gen tăng lên làm tăng lỗi tái tổ hợp có thể xuất hiện trong hệ gen người, dẫn đến có
nhiều lặp đoạn khác nhau. Có thể giả thíêt rằng sự tách ly về cấu trúc và thành phần của 2 hệ gen
thúc đẩy sự tách ly của 2 loài bởi khả năng giao phối sinh con hữu thụ ngày càng giảm.

II- Các hình thức tiến hóa của hệ gen:
Cơ sở phân tử của tiến hóa hệ gen là đột biến. Những dạng sống đầu tiên có thể chỉ chứa

một số ít gen đó là gen thiết yếu cho sự tồn tại và sinh sản. Vậy chiều hướng tiến hóa của hệ gen
là sự tăng lên về kích thước hệ gen, bổ sung vật chất di truyền, cung cấp nguyên liệu để tăng tính
đa dạng cho hệ gen
1. Sự lặp lại cả bộ nhiễm sắc thể:

Do bất thường trong giảm phân, bộ nhiễm sắc thể có thể được tăng lên gấp bội gây hiện
tượng đa bội thể. Mặc dù phần lớn hiện tượng đa bội sẽ gây chết nhưng trong một số trường hợp
nó lại thúc đẩy cho sự tiến hóa của hệ gen. Trong cơ thể đa bội, một bộ gen đã có thể cung cấp đủ
các chức năng thiết yếu cho cơ thể đó, những gen được bổ sung có thể phân hóa trong quá trình
tích lũy các đột biến, những biến dị này có thể được duy trì nếu cơ thể mang đột biến sống sót và
sinh sản được. Bằng cách đó các gen có thể tiến hóa với những chức năng mới. Cùng với việc
một bản sao của gen thiết yếu được biểu hiện, sự phân hóa của một bản sao của gen thiết yếu
được biểu hiện, sự phân hóa của một bản sao khác có thể dẫn đến một loại protein vẫn do gen đó
mã hóa song hoạt động theo cách mới, qua đó làm thay đổi kiểu hình của sinh vật. Kết quả của sự
tích lũy các đột biến này có thể dẫn đến sự phân nhánh tiến hóa của một loài mới thường thấy ở
thực vật.
2. Sự thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể:

Nhiều nghiên cứu đã cho rằng 6 triệu năm trước, từ tổ tiên chung đã phân ra hai nhánh,
một tiến hóa thành người và một thành tinh tinh. Một trong những biến đổi quan trọng để dẫn đến
bộ NST đơn bội của người bằng 23 là sự sáp nhập của hai cặp NST ở loài tổ tiên. Đây là một
minh chứng cho thấy sự thay đổi cấu trúc NST đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của hệ
gen.

Khi đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể hình thành hai quần thể không còn khả năng giao phối
sẽ là dấu hiệu hình thành các loài mới.
3. Lặp đoạn và sự phân hóa các vùng ADN có kích thước tương ứng với gen:

Một trong các cơ chế dẫn đến đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể là trao đổi chéo không cân
của cặp nhiễm sắc thể tương đồng. Hậu quả của đột biến này dẫn đến một nhiễm sắc thể bị mất
đoạn và một nhiễm sắc thể lặp đoạn.

107

Yếu tố di động trong hệ gen là những vị trí mà các nhiễm sắc tử không chị em có thể trao
đổi chéo với nhau, thậm chí ngay cả khi chúng không có những trình tự tương đồng xếp thẳng
hàng chính xác với nhau.

Hiện tượng "trượt" có thể xảy ra trong sao chép ADN, chẳng hạn như mách khuôn xê dịch
so với mạch tương đồng mới được tổng hợp hoặc một phần của mạch khuôn bị bộ máy sao chép
bỏ qua hoặc lại được sao chép 2 lần. Kết quả là một đoạn ADN bị mất hoặc được lặp lại. Hiện
tượng trao đổi chéo không cân hoặc trượt của mạch khuôn trong sao chép ADN dẫn đến lặp gen
thấy ở nhiều họ đa gen tồn tại trong hệ gen hiện nay.
4. Sự tiến hóa các gen có chức năng liên quan với nhau:

Do hiện tượng lặp đoạn nhiễm sắc thể hoặc lặp gen dẫn tới sự tiến hóa của các gen có
chức năng liên quan đến nhau.

Thông thường những đột biến có thể gây chết, gây hại cho cơ thể, tuy nhiên trong một số
trường hợp đột biến lại có lợi bằng cách thay đổi chức năng protein theo hướng có lợi cho cơ thể.

Một ví dụ minh họa cho điều này là các gen trong họ globin ở người ban đấu xuất phát từ
một gen globin tổ tiên, sau tiến hóa thành các gen α-globin và β-globin từ khoảng 450 đến 500
triệu năm trước.
5. Sự tiến hóa của các gen có chức năng mới:

Ngoài việc tạo ra các họ gen cùng chức năng hoặc chức năng liên quan với nhau, một số
đột biến lại tạo ra các alen mà sản phẩm của nó mang chức năng hoàn toàn mới.

Ví dụ minh họa cho hiện tượng này là gen mã hóa lysozim - một loại enzim giúp cơ thể
động vật được bảo vệ khỏi sự lây nhiễm của vi khuẩn bằng việc xúc tác thủy phân thành tế bào vi
khuẩn.
6. Sắp xếp lại các phần của gen: lặp và xáo trộn exon:

108

Sự sắp xếp lại trình tự ADN sẵn có trong hệ gen cũng góp phần vào sự tiến hóa của hệ

gen.
Phần lớn gen ở sinh vật nhân thực là gen phân mảnh. Việc gia tăng hiện tượng lặp exon

cũng như sắp xếp lại exon thúc đẩy sự tiến hóa của hệ gen.
Tương tự như quá trình trao đổi chéo không cân, một exon nhất định trong hệ gen có thể

lặp lại trên nhiễm sắc thể này và mất đi trên nhiễm sắc kia. Hiện tượng lặp exon có thể dẫn đến sự
tăng cường biểu hiện chức năng của protein.

Sự xáo trộn các đoạn exon cũng có thể tạo ra protein với những tổ hợp chức năng mới.
7. Các yếu tố di truyền động góp phần vào sự tiến hóa của hệ gen:

Như đề cập ở phần trên, yếu tố di truyền động chiếm một phần lớn trong hệ gen, vậy
chúng có ý nghĩa gì trong sự tiến hóa của hệ gen?

- Thứ nhất: chúng thúc đẩy các hiện tượng tái tổ hợp.
- Thứ hai: chúng làm đứt gãy các gen hoặc trình tự điều hòa biểu hiện gen.
- Thứ ba: chúng chuyển toàn bộ một gen nào đó hoặc các vùng exon riêng lẻ tới các vị trí
mới.
Các yếu tố di động có trình tự giống nhau nằm rải rác khắp hệ gen là điều kiện thúc đẩy
hiện tượng tái tổ hợp giữa các nhiễm sắc thể khác nhau bởi nó cung cấp những vùng tương đồng
cho hoạt động trao đổi chéo.
Trong quá trình di chuyển, các yếu tố động có thể mang theo một hoặc một nhóm gen tới
vị trí mới trong hệ gen.
PHẦN 9
5. Sự tiến hóa trong tổ chức và cấu trúc của gen
5.1. Về tổ chức của gen
Hầu hết các gen phân bố ngẫu nhiên trên nhiễm sắc thể, tuy nhiên có một số gen được tổ
chức thành nhóm, hoặc cụm. Có hai kiểu cụm gen, đó là các operon và các họ gen.
Operon là các cụm gen ở vi khuẩn. Chúng chứa các gen được điều hoà hoạt động đồng
thời và mã hoá cho các protein thường có chức năng liên quan với nhau. Ví dụ như
operon lac ở E. coli chứa ba gen mã hoá cho các enzym mà vi khuẩn cần để thủy phân lactose.
Khi có lactose làm nguồn năng lượng (và vắng mặt glucose) thì vi khuẩn cần ba enzym do
operon lac mã hoá. Sự dùng chung một trình tự khởi đầu phiên mã (promoter) của các gen trong
operon, cho phép các gen đó được điều khiển biểu hiện đồng thời và sinh vật có thể sử dụng
nguồn năng lượng một cách hiệu quả.
Ở các sinh vật bậc cao không có các operon, các cụm gen được gọi là các họ gen. Không
giống như các operon, các gen trong một họ gen rất giống nhau, nhưng không được điều khiển
biểu hiện đồng thời. Sự cụm lại của các gen trong họ gen có lẽ phản ánh nhu cầu cần có nhiều
bản sao của những gen nhất định và xu hướng lặp đoạn của nhiều gen trong quá trình tiến hóa.
Một số họ gen tồn tại thành nhiều cụm riêng biệt trên nhiều nhiễm sắc thể khác nhau. Hiện tượng
này có lẽ là do sự tái cấu trúc ADN trong quá trình tiến hoá đã phá vỡ các cụm gen. Các họ gen
có thể có cấu trúc đơn giản hoặc phức tạp. Ở các họ gen đơn giản, các bản sao của gen giống hệt
nhau. Ví dụ như họ gen mã hóa ARN ribosom 5S (rARN 5S). Ở mỗi tế bào người, có khoảng
2000 cụm gen của gen này, phản ánh tế bào cần số lượng lớn sản phẩm của gen này. Trong khi
đó, các họ gen phức tạp , ε, và ζ chỉ khác nhau vài axit amin. Các chuỗi polypeptit globin tương
tác với nhau thành một phức hệ, và kết hợp với các phân tử hem để tạo ra hemoglobin (một loại

protein vận chuyển oxy trong máu).  chứa các gen tương tự nhưng không giống hệt nhau. Ví dụ
như họ gen globin ở người mã hóa cho cho các chuỗi polypeptit tương ứng với các loại globin α,
β.
5.2. Về cấu trúc của gen

109

Ở các sinh vật bậc cao (sinh vật nhân chuẩn), thông tin di truyền mã hoá trên các nhiễm
sắc thể thường bị phân cắt thành nhiều đoạn trình tự ADN cách biệt được gọi là các exon. Các
exon bị ngăn cách bởi những trình tự không mang thông tin có ích được gọi là các intron. Số
lượng các intron trong một gen biến động lớn, có thể từ 0 đến trên 50 phân đoạn. Độ dài của các
intron và exon cũng rất biến động, nhưng các intron thường dài hơn và chiếm phần lớn trình tự
của gen. Trước khi thông tin trong gen được sử dụng để tổng hợp phân tử protein tương ứng, thì
các intron phải được cắt bỏ khỏi phân tử ARN nhờ quá trình được gọi là quá trình cắt bỏ (quá
trình hoàn thiện phân tử mARN). Trong quá trình đó, các exon được giữ lại và nối lại với nhau
thành một trình tự mã hoá liên tục.

Sự có mặt của của intron trong phần lớn các gen ở sinh vật nhân thực đa bào góp phần có
thể đã thúc đẩy sự tiến hóa của các phân tử protein có tiềm năng hữu dụng mới bằng việc gia tăng
các lặp exon hay sắp xếp lại vị trí các exon trong hệ gen.

Sự trao đổi chéo không cân trong quá trình giảm phân đã dẫn đến hiện tượng lặp gen trên
một nhiễm sắc thể đồng thời làm mất gen trên một nhiễm sắc thể tương đồng với nó. Bằng cách
tương tự các exon cũng có thể được lặp lại trên một nhiễm sắc thể này và bị mất trên nhiễm sắc
thể kia. Các gen mang các exon lặp lại có thể mã hóa một loại protein chứa hai bản sao của một
miền protein. Sự thay đổi này có thể làm tăng cường chức năng của protein.

Sự kết cặp và đôi khi là sự phối trộn giữa các exon của cùng một gen hoặc giữa hai gen
không alen với nhau do lỗi tái tổ hợp trong giảm phân (quá trình xáo trộn exon) có thể hình thành
protein mới có chức năng mới.
B. Một số câu hỏi và hướng dẫn trả lời

Câu 1:
a) Nêu hai khác biệt chính giữa một gen cấu trúc điển hình của sinh vật nhân sơ (vi khuẩn)
với một gen điển hình của sinh vật nhân thực. Cấu trúc của các loại gen này có ý nghĩa gì
cho các sinh vật nhân sơ và nhân thực?
b) Các thể đột biến chuyển đoạn giữa các nhiễm sắc thể có những đặc điểm gì khác biệt với
các loại thể đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể khác? Nêu ý nghĩa của đột biến này trong chọn
giống và trong tiến hóa.
Hướng dẫn trả lời:

Gen của sinh vât nhân sơ (vi khuẩn) là gen không phân mảnh, có vùng mã hoá bao gồm
toàn trình tự các nucleotit mã hoá cho các axit amin. Gen điển hình của sinh vật nhân thực là
phân mảnh, vùng mã hoá bao gồm các exon và intron (vùng không mã hoá cho các axit amin).
Gen của sinh vật nhân thực thường dài hơn nhiều so với gen của sinh vật nhân sơ.

Gen của sinh vật nhân sơ không có các trình tự nucleotit "thừa" (intron), do vậy tiết kiệm
được vật chất di truyền và năng lượng cần cho nhân đôi ADN và trong quá trình phiên mã -dịch mã.

Do có sự đan xen của các trình tự không mã hóa (intron) với các trình tự mã hóa
(exon) nên thông qua sự cắt bỏ các intron và nối các exon sau khi phiên mã, từ cùng một gen
của sinh vật nhân thực có thể tạo ra các mARN trưởng thành khác nhau, từ đó dịch mã ra
các loại chuỗi polipeptit khác nhau ở những mô khác nhau của cùng một cơ thể. Điều này rất
có ý nghĩa với sinh vật đa bào vì chúng có thể tiết kiệm được thông tin di truyền nhưng vẫn tạo
ra được nhiều loại protein trong cơ thể.

Intron cũng cung cấp vị trí để tái tổ hợp các exon (trao đổi exon) tạo ra các gen khác
nhau từ một bộ các exon để tạo nên các gen khác nhau trong quá trình biệt hoá tế bào cũng
như trong quá trình tiến hoá tạo nên các gen mới.
b) Thay đổi nhóm gen liên kết (chuyển gen từ nhóm gen liên kết này sang nhóm gen liên kết

khác).
Thay đổi số lượng nhiễm sắc thể nếu đó là chuyển đoạn Robertson.
Trong giảm phân, ở cá thể chuyển đoạn dị hợp tử, các nhiễm sắc thể tham gia vào

110

chuyển đoạn có sự tiếp hợp thành hình chữ thập.
Đột biến chuyển đoạn tạo nên sự đa dạng di truyền và có thể góp phần hình thành

loài mới.
Trong chọn giống, chuyển đoạn có thể tạo ra nhóm gen liên kết có các tổ hợp gen mới

phù hợp với mục đích của nhà chọn giống.
Câu 2: Các vùng khác nhau của cùng một gen ở sinh vật nhân thực có thể tiến hóa với tốc
độ khác nhau. Hãy giải thích.
Hướng dẫn trả lời:

Gen tiến hoá nhanh hay chậm có nghĩa là trên một đơn vị thời gian tiến hoá nó bị
thay đổi nhiều hay ít. Thực tế cho thấy, không những các gen tiến hoá với tốc độ khác nhau
mà những vùng khác nhau của cùng một gen có thể có tốc độ thay đổi khác nhau. Tuy nhiên,
vùng gen thay đổi chậm không hoàn toàn đồng nghĩa với việc vùng đó ít xảy ra đột biến mà
chủ yếu ở chỗ vùng này có tầm quan trọng đối với chức năng của protein như thế nào. Nếu
vùng gen có chức năng quan trọng đối với chức năng của protein, thì một khi đột biến xảy ra ở
đó sẽ rất dễ làm mất chức năng của protein. Những thể đột biến gen như vậy có thể sẽ nhanh
chóng bị chọn lọc tự nhiên đào thải. Do vậy, chúng ta nhận thấy vùng đó tiến hoá chậm.
Ngược lại, những vùng của gen tiến hoá nhanh không hẳn là vùng đó dễ xảy ra đột biến, mà đó
là những vùng khi bị thay đổi ít làm ảnh hưởng đến chức năng của gen nên thể đột biến ít hoặc
không bị chọn lọc tự nhiên đào thải, do vậy đột biến được tích luỹ theo thời gian.

Bằng chứng thực nghiệm cho thấy các vùng exon của các gen quan trọng rất ít thay
đổi còn những vùng intron của chúng lại thay đổi nhiều trong quá trình tiến hóa. Người ta
cũng nhận thấy, có những vùng trong gen được gọi là "điểm nóng" vì dễ xảy ra đột biến.
Câu 3: a) Tại sao lặp gen là một cơ chế phổ biến trong quá trình tiến hoá dẫn đến sự hình
thành một gen có chức năng mới?
b) Từ một vùng không mã hoá của hệ gen, hãy chỉ ra một cách khác cũng có thể dẫn đến sự
hình thành một gen mới.
Hướng dẫn trả lời:
a. Đột biến lặp đoạn nhiễm sắc thể dẫn tới lặp gen. Quá trình lặp đoạn xẩy ra do sự trao đổi chéo
không cân giữa các đoạn crômatit trong cặp tương đồng. Khi trao đổi nếu sự bắt chéo xảy ra ở
một vị trí giữa một gen nào đó thì dẫn tới gen này được lặp nhưng không còn nguyên vẹn (bị thay
đổi vị trí của vùng prômôtơ, bị mất một đoạn nuclêôtit) khi đó sẽ hình thành một gen mới.
b. Các vùng không mã hoá thường do không có prômotơ (không có prômôtơ thì không phiên
mã). Nếu đột biến chuyển đoạn, đảo đoạn hoặc lặp đoạn làm cho các đoạn prômôtơ gắn vào các
vùng không mã hoá thì các vùng này có khả năng phiên mã tổng hơp mARN và dịch mã tổng hợp
prôtêin làm vùng không mã hoá trở thành gen mới.
Câu 4: Gen giả được hình thành bằng những con đường nào? Gen giả có vai trò gì trong
tiến hoá hệ gen?
Hướng dẫn trả lời:
- Gen giả (pseudogene) là những gen cấu trúc giống như gen thực nhưng không được phiên mã
hay trình tự bazơ của chúng có những sai sót làm cho chúng không có khả năng chứa những
thông tin sinh học hữu ích.
- Cơ chế hình thành gen giả: Do trao đổi chéo không cân dẫn đến lặp đoạn dẫn đến lặp gen, sau
đó là do đột biến gen đặc biệt là đột biến ở promoter tạo thành gen giả.

+ Do quá trình phiên mã ngược từ mARN trong tế bào chất thành gen sau đó gen này
xen cài vào nhiễm sắc thể tạo thành gen giả gia công.

+ Do quá trình dịch khung trong tái bản ADN dẫn đến lặp gen, sau đó phát sinh đột biến
đặc biệt là đột biến ở promoter tạo thành gen giả.

111

- Vai trò của gen giả trong tiến hoá hệ gen: Gen giả không chịu áp lực chọn lọc nên dễ dàng tích
luỹ đột biến và khi có cơ hội sẽ trở lại hoạt động và cung cấp nguyên liệu cho tiến hoá.
Câu 5. Cấu trúc ADN dạng mạch vòng phổ biến ở hầu hết hệ gen của vi khuẩn giúp cho
chúng có ưu thế tiến hoá gì so với dạng cấu trúc ADN mạch thẳng?
Hướng dẫn trả lời:

Cấu trúc ADN dạng mạch vòng có ưu thế tiến hoá so với dạng cấu trúc ADN mạch thẳng
biểu hiện ở vi khuẩn bởi những điểm sau:

- Phân tử ADN không bị ngắn lại tại đầu mút sau mỗi chu kỳ sao chép (tái bản), giúp tế
bào luôn bảo toàn được đầy đủ thông tin di truyền của hệ gen (vì vậy có thể nói vi khuẩn hầu như
không có hiện tượng “già hoá”); cũng do vậy vi khuẩn không cần cơ chế phục hồi đầu mút như ở
sinh vật nhân thật.

- Phân tử ADN dạng mạch vòng cho phép có thể tạo ra các cấu trúc siêu cuốn (ví dụ
như ADN plasmid) với kích thước và điện tích bề mặt toàn phân tử cuối cùng nhỏ hơn nhiều so
với ADN dạng mạch thẳng, tạo thuận lợi cho các cơ chế di truyền ngang như biến nạp (ADN
thấm qua màng sinh chất) có thể diễn ra phổ biến hơn ở vi khuẩn (cùng một loại ADN có trình tự
nucleotit như nhau, ADN mạch vòng dạng siêu cuốn có hiệu quả biến nạp cao hơn so với dạng
ADN dạng mạch thẳng).

- Hai phân tử ADN dạng mạch vòng khi tái tổ hợp ở một vị trí (dễ xảy hơn cả) ít có xu
hướng làm mất hay thay đổi thông tin và tạo ra sản phẩm là một phân tử ADN dạng mạch vòng
duy nhất mang thông tin của cả 2 phân tử tiền thân (cơ chế ở vi khuẩn chủng F+ tạo chủng Hfr);
trong khi đó, hai phân tử mạch thẳng khi tái tổ hợp ở một vị trí dễ có xu hướng làm mất hay thay
đổi thông tin và sẽ tạo ra 2 phân tử ADN mạch thẳng có trình tự nucleoti mới.

Câu 6
a) Một gen được lặp lại có thể xảy ra theo những cơ chế nào? Vì sao lặp gen có vai trò quan
trọng đối với sự tiến hóa của gen?
b) Vì sao yếu tố di truyền vận động có những vai trò nhất định có thể góp phần tạo nên sự tiến
hóa của gen?
Hướng dẫn trả lời:
a) Cơ chế lặp gen

- Hiện tượng "trượt" có thể xảy ra trong sao chép ADN, chẳng hạn như mạch làm khuôn
xê dịch so với mạch tương đồng mới được tổng hợp hoặc một phần của mạch làm khuôn được
dùng làm khuôn 2 lần. Kết quả là một đoạn ADN bị lặp lại.

- Trao đổi chéo không cân trong kỳ đầu giảm phân I của cặp nhiễm sắc thể tương đồng
(giữa các nhiễm sắc tử chị em hoặc không chị em) dẫn đến một nhiễm sắc thể lặp đoạn đưa đến
lặp gen.

- Các gen được lặp lại có thể xảy ra đột biến gen tạo ra alen mới và cứ như vậy có thể tạo
ra nhiều alen khác nhau với những chức năng mới làm phong phú vốn gen của quần thể, từ đó tạo
nguyên liệu cho quá trình tiến hóa.

- Lặp gen làm tăng cường độ biểu hiện tính trạng. Lặp gen có thể hình thành gen giả, gen
giả này có thể tích lũy đột biến và khi có cơ hội biểu hiện thì nó là nguồn nguyên liệu cho tiến

hóa.
b) Vai trò của yếu tố di truyền vận động

- Yếu tố di truyền vận động có thể tạo ra các trình tự nuclêôtit giống nhau nằm rải rác trong
hệ gen cung cấp các vị trí dễ xảy ra trao đổi chéo dẫn đến tái tổ hợp các exon có thể dẫn đến hình
thành gen mới.

- Yếu tố di truyền vận động khi di chuyển có thể mang theo một hoặc một vài exon của gen
nằm ở vùng lân cận đến cài vào một intron của một gen khác, tạo ra một tổ hợp exon mới có thể
dẫn đến hình thành gen mới.

112

- Yếu tố di truyền vận động có thể tạo ra trình tự nuclêôtit giống nhau nằm trên cùng một
cặp nhiễm sắc thể tương đồng, cung cấp các vị trí dễ xảy ra trao đổi chéo không cân dẫn đến hiện
tượng lặp gen sau đó nhờ các đột biến điểm phân hóa các bản sao để tạo ra gen mới.

Câu 7:
a) Trong hệ gen của người có khoảng 20.500 gen, nhưng tế bào của người có thể sản sinh ra
nhiều hơn 20.500 loại protein. Những quá trình sinh học nào trong tế bào giúp con người
giải quyết vấn đề này ?
b) Hiện tượng lặp đoạn ADN xảy ra do lỗi xảy ra trong các quá trình của tế bào. Hãy trình
bày cơ chế có thể xảy ra dẫn đến hiện tượng lặp đoạn ADN?
Hướng dẫn trả lời:
a. - Có các cách cắt intron khác nhau từ cùng một bản phiên mã mARN tạo ra trên hai loại
mARN trưởng thành.

- Tế bào có các quá trình biến đổi các chuỗi polipeptit sau dịch mã tạo nên các phân tử
protein khác nhau, có các chức năng khác nhau.
b) Trong giảm phân

- Nếu có sự không phân chia của nhiễm sắc thể nên có hai bản sao của hệ gen trong một tế

bào.
- Lỗi xảy ra trong trao đổi chéo không cân có thể dẫn tới một đoạn ADN bị lặp lại.
Trong nhân đôi của ADN: Hiện tượng trượt ngược chiều mạch khuôn của ADN

polymerase cũng có thể dẫn đến lặp đoạn ADN.
Câu 8 : Yếu tố di truyền vận động là gì ? yếu tố di truyền vận động đóng góp vào sự tiến
hóa của hệ gen như thế nào ?
Hướng dẫn trả lời:

Yếu tố di truyền vận động là các trình tự ADN có thể di chuyển từ vị trí này sang vị trí
khác trong hệ gen. Trong qúa trình chuyển vị này, một yếu tố di truyền vận động sẽ di chuyển từ
một vị trí trên ADN trong tế bào đến một vị trí đích khác nhờ một quá trình tái tổ hợp.

Yếu tố di truyền vận động đóng góp vào sự tiến hóa của hệ gen.
- Các yếu tố di truyền vận động có trình tự tương đồng phân tán khắp hệ gen nên tạo điều
kiện tái tổ hợp có thể xảy ra giữa các nhiễm sắc thể khác nhau (không tương đồng).
- Sự vận động của các yếu tố này có vào các vùng trình tự điều hòa hay mã hóa của gen có
thể làm thay đổi biểu hiện của gen.
- Các yếu tố di truyền vận động có thể mang theo các gen dẫn đến sự phân tán mới của gen
và có thể dẫn đến kiểu biểu hiện mới của gen.
- Nếu yếu tố di truyền vận động vận chuyển theo exon và nó cài vào một gen thì thì nó có
thể bổ sung thêm một miền protein mới vào phân tử protein, làm cho protein có chức năng mới.
Câu 9: Nêu một số vai trò của intron? Intron có vai trò gì trong tiến hóa của hệ gen?
Hướng dẫn trả lời:
Vai trò của intron
- Bảo vệ hệ gen, giúp làm giảm thiểu hậu quả của đột biến vì chúng mang vị trí cắt cắt nối

các intron.
- Việc cắt chính xác các intron trong hoàn thiện mARN phụ thuộc vào một số trình tự

biểu hiện ở hai đầu intron và một số trình tự bên trong intron, gồm các trình tự là vị trí liên kết
của yếu tố phụ thuộc phức hệ cắt xén. Nếu đột biến vào các vị trí này đẫn đến cắt không đúng
tạo sản phẩm mARN bị đột biến.

- Nhiều gen mã hóa protein ở eukaryote có nhiều cách cắt xén khác nhau nên tạo nhiều

mARN.
- Ở gen này trình tự này là Intron nhưng ở gen khác trình tự này lại là exon

113

- Một số Intron của một số gen là trình tự mã hóa ARN kích thước nhỏ của hệ gen gARN
có vai trò trong quá trình biến đổi của các ARN (sự cải biến các bazo nito).

- Một số Intron là vị trí liên kết của yếu tố điều hòa phiên mã của chính gen đó hoặc của
gen khác (tham gia điều hòa biểu hiện gen).

- Intron có vai trò trong tiến hóa của hệ gen: Sự có mặt của của intron trong phần lớn các
gen ở sinh vật nhân thực đa bào góp phần có thể đã thúc đẩy sự tiến hóa của các phân tử protein
có tiềm năng hữu dụng mới bằng việc gia tăng các lặp exon hay sắp xếp lại vị trí các exon trong
hệ gen.
Câu 10: Cấu trúc gen phân mảnh của sinh vật nhân thực có ưu thế gì trong tiến hóa của hệ

gen?
Hướng dẫn trả lời:

- Ít gen nhưng nhiều protein đáp ứng yêu cầu của tế bào và các hoạt động sống.
- Hạn chế ảnh hưởng của đột biến.
- Tích lũy được các đột biến.
- Cắt nối intron và exon theo nhiều cách khác nhau tạo đa dạng protein đáp ứng nhu cầu.
- Cung cấp vị trí tái tổ hợp vật chất tạo đa dạng vật chất di truyền.

Câu 11:
a) Những biến đổi nào trong ADN góp phần quan trọng tạo ra sự tiến hóa của sinh giới ?
b) Hãy nêu các cơ chế xảy ra trong tế bào dẫn đến lặp gen? Vai trò của đột biến lặp đoạn
trong tiến hóa?
Hướng dẫn trả lời:
a) Những biến đổi

- Lặp gen: được hình thành do trao đổi chéo không cân, do trượt ngược của ADN
polymerase trong nhân đôi ADN, do yếu tố di truyền vận động.

- Xáo trộn exon, lặp exon.
- Thay đổi trong trình tự điều hòa: những biến đổi trong trình tự điều hòa biểu hiện gen
dẫn đến sự phát sinh các tính trạng mới.
- Sự thay đổi trình tự nu có thể thay đổi chức năng của protein làm thay đổi tính trạng.
- Đột biến.
- Tái tổ hợp vật chất di truyền.
b) Lỗi xảy ra trong giảm phân: Hai bản sao của một gen tồn tại trong một tế bào.
Lỗi trong trao đổi chéo trong giảm phân (có thể cả nguyên phân) dẫn đến lặp đoạn ADN.
Hiện tượng trượt ngược chiều mạch khuôn của AND polymerase đẫn đến lặp đoạn ADN.
Vai trò: Lặp gen tạo ra các gen mới nhờ đột biến phát sinh ra các gen mới.
Câu 12: Một số exon được lặp lại đồng thời có ở một số gen không alen hoặc cùng một gen do
kết quả của xáo trộn exon. Hãy giải thích vì sao có hiện tượng xáo trộn exon. Khi phiên mã
có tạo ra sản phẩm protein bất thường không vì sao?
Hướng dẫn trả lời:
- Do tái tổ hợp không bình thường trong giảm phân.
- Do hoạt động của yếu tố di truyền vận động làm exon từ một gen này có thể được cài

vào gen khác.
- Do trượt ngược của ADN polymerase trong nhân đôi ADN.
- Khi xáo trộn exon, sản phẩm do chúng mã hóa sẽ mang thêm một miền prtein mới làm

cho chúng có chức năng mới hoặc mang hai lần một miền protein. Sự thay đổi này có thể làm
tăng cường biểu hiện chức năng của protein, hoặc làm tăng khả năng liên kết của protein. Sự thay
đổi này có thể có lợi cho sinh vật hoặc có hại cho sinh vật.

- Sự xáo trộn exon ở các gen không alen dẫn đến Pr có thêm một miền mới có thể thêm
chức năng mới.

114

Câu 13:
a) Hãy kể tên một đột biến không gây ảnh hưởng đến chức năng của protein? Vai trò của
chúng trong tiến hóa?
b) Đặc điểm nào của hệ gen ở sinh vật động vật có vú làm cho hệ gen của chúng lớn hơn ở
sinh vật nhân sơ ? Đem lại lợi ích gì cho chúng?
Hướng dẫn trả lời:

a) Đột biến điểm dạng thay thế cặp nucleotit không làm ảnh hưởng tới trật tự axit amin
hoặc làm thay đổi một axit amin nhưng không làm thay đổi chức năng của protein.

Đột biến nhiều nucleotit không ảnh hưởng tới cấu trúc của gen ví dụ chuyển đoạn nhiễm
sắc thể, trao đổi chéo không cân.

Sự hoạt động của yếu tố di truyền vận động.
b)- Số lượng gen của chúng lớn.
- Đoạn intron lớn.
- Tỉ lệ ADN không mã hóa nhiều.
- Lợi ích: Mã hóa đủ thông tin cho các hoạt động phức tạp của chúng và thúc đẩy sự tiến
hóa của sinh vật.

Câu 14:
a) Trong một hệ gen, tốc độ tiến hóa của các gen rất khác nhau vì sao ?
b) Trong gen tất cả các vùng không mã hóa (intron) tiến hóa nhanh hơn vùng mã hóa đúng

hay sai vì sao?
Hướng dẫn trả lời
a) - Sự tiến hóa của một gen phụ thuộc vào

+ Vai trò của sản phẩm do gen đó mã hóa
+ Gen đó có được biểu hiện thường xuyên trong quá trình phát triển của sinh vật hay

không
- Với các gen bảo thủ cao

+ Những gen mà sản phẩm mã hóa của chúng có vai trò quan trọng trong cấu trúc, trong
sinh trưởng của sinh vật. khi đột biến thường gây ảnh hưởng nghiêm trong nên bị dễ bị chọn lọc
tự nhiên đào thải.

+ Những gen biểu hiện trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển của cá thể sản phẩm
của chúng thường xuyên tác động đến sinh trưởng phát triển nên những đột biến dễ bị đảo thải.
- Với các gen có tốc độ tiến hóa cao thì ngược lại.
b) Trong gen tất cả các vùng không mã hóa (intron) tiến hóa nhanh hơn vùng mã hóa đúng hay

sai vì sao?
- Sai vì : Vùng intron không mã hóa nhưng có chức năng rất quan trọng

+ Có thể mang trình tự điều hòa hoạt động của các gen khác.
+ Vùng mang các trình tự cắt nối Intron và exon.
+ Một số vùng intron không mã hóa khi bị đột biến có thể trở thành Exon làm cho prtein
tổng hợp có thêm một miền mới.
Câu 15. Quá trình tiến hóa tạo ra gen có chức năng mới có thể được hình thành theo những

cách nào ?
Hướng dẫn trả lời

Sự tiến hóa tạo ra gen có chức năng mới có thể được hình thành theo những cách thức

sau:
- Đột biến gen: Mỗi lần đột biến gen làm xuất hiện alen mới với chức năng mới. Theo thời gian
các alen cũ và mới lại tiếp tục phát sinh đột biến tạo nên các alen mới với các chức năng mới,
nhờ đó tạo ra hiện tượng dãy alen. Qua chọn lọc, các alen mới có giá trị phù hợp với hoàn cảnh
sống được chọn lọc bảo tồn trở thành gen có chức năng mới. Một vùng trong hệ gen vốn không

115

mã hóa tích lũy các đột biến trở thành gen có chức năng với ưu thế chọn lọc nào đó được chọn
lọc tự nhiên bảo tồn.
- Lặp gen kèm theo đột biến gen:

+ Các gen mới được hình thành qua đột biến từ các bản sao của các gen có sẵn do lặp
gen tạo ra. Các gen lặp tích lũy các đột biến, đặc biệt là các đột biến thay thế có lợi được chọn lọc
tăng cường trở thành gen mới.

+ Sự lặp gen có thể được tạo thành do trao đổi chéo không cân của cặp nhiễm sắc thể
tương đồng xảy ra ở kì đầu giảm phân 1 đưa đến lặp đoạn ở nhiễm sắc thể, do đó đưa đến lặp
gen. Lặp gen còn có thể xảy ra do hiện tượng “trượt” trong tái bản ADN do mạch làm khuôn xê
dịch so với mạch tương đồng mới được tổng hợp hoặc một phần của mạch làm khuôn được dùng
làm khuôn 2 lần, vì vậy một đoạn ADN bị lặp lại.

- Lặp và xáo trộn êxôn
+ Giống như quá trình trao đổi chéo không cân ở cặp nhiễm sắc thể tương đồng, một

êxôn nhất định trong gen có thể lặp lại trên một nhiễm sắc thể này, song lại mất đi trên một
nhiễm sắc thể kia. Loại prôtêin do gen mang các êxôn lặp lại mã hóa chứa hai bản sao của một
miền prôtêin làm tăng cường sự biểu hiện chức năng của prôtêin nếu prôtêin này trở nên ổn định
hơn.

+ Sự kết cặp và đôi khi phối trộn giữa các êxôn khác nhau của cùng một gen hoặc giữa
2 gen không alen với nhau do các lỗi tái tổ hợp trong quá trình giảm phân, có thể dẫn đến sự hình
thành những prôtêin mới với những chức năng mới.
- Hoạt động của yếu tố di truyền vận động

+ Yếu tố di truyền vận động khi di chuyển có thể mang theo một hoặc vài êxôn nằm ở
vùng lân cận đến cài vào intron của gen khác, tạo ra một tổ hợp êxôn mới có thể dẫn đến hình
thành gen mới.

+ Yếu tố di truyền vận động có thể tạo ra các trình tự nuclêôtit giống nhau nằm trên cùng
cặp nhiễm sắc thể tương đồng cung cấp các vị trí dễ xảy ra trao đổi chéo dẫn đến tái tổ hợp các
êxôn có thể dẫn đến hình thành các gen mới. Sự trao đổi chéo không cân dẫn đến hiện tượng lặp
gen, sau đó nhờ các đột biến điểm phát sinh và phân hóa các bản sao để tạo ra gen mới.

PHẦN 10
I. ĐỘT BIẾN GEN – CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA TIẾN HÓA

Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc của gen. Những biến đổi này có thể liên
quan đến sự thay đổi của một cặp nucleotit hoặc thay đổi một số cặp, thậm chí cả một trình tự
nucleotit nào đó trong gen. Trong di truyền hiện nay thuật ngữ đột biến gen được dùng với nghĩa
hẹp chỉ các đột biến điểm.Trong giới hạn chuyên đề này, chúng tôi cũng chỉ đề cập đến loại đột
biến gen làm thay đổi một cặp nucleotit được gọi là đột biến điểm.

Nếu đột biến điểm xuất hiện trong các tế bào giao tử hoặc trong các tế bào phát sinh giao
tử thì nó có thể truyền cho các thế hệ con cháu sau này. Nếu đột biến điểm gây ảnh hưởng bất lợi
về kiểu hình thì trạng thái đột biến gây nên được gọi là các rối loạn hoặc các bệnh di truyền.

Đột biến gen là nguồn gốc tận cùng của mọi biến dị di truyền do vậy nó được coi là nguồn
nguyên liệu sơ cấp của quá trình tiến hóa. Các cơ chế tái tổ hợp di truyền thực chất là sự tổ
hợp lại các biến dị di truyền, còn chọn lọc có vai trò định hướng nhằm duy trì những tổ hợp gen
thích nghi với các điều kiện môi trường sống. Nếu không có đột biến mọi gen đều chỉ tồn tại ở
một trạng thái duy nhất sẽ không có khái niệm về alen và không có sự phân ly về tính trạng.
Quan trọng hơn là các quần thể không thể tiến hóa để thích nghi với các điều kiện sống luôn biến
đổi. Nhưng nếu đột biến gen xảy ra thường xuyên với tần số quá cao thì sự truyền tải thông tin di
truyền giữa các thế hệ không còn nguyên vẹn.
II. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA SỰ PHÁT SINH ĐỘT BIẾN GEN

116

1. Đột biến tế bào mầm sinh dục và đột biến soma
Các tế bào trong cơ thể được chia làm hai loại cơ bản là : Các tế bào mầm sinh dục sản

sinh ra các tế bào sinh tinh và tế bào sinh trứng từ đó hình thành nên các tế bào sinh dục trưởng
thành là tinh trùng và trứng. Những tế bào này gọi chung là tế bào sinh dục. Còn các tế bào còn
lại là các tế bào soma.

Các đột biến xảy ra ở tế bào sinh dục được gọi là đột biến giao tử, còn đột biến xảy ra ở tế
bào soma gọi là đột biến soma.

Đột biến soma chỉ duy trì qua nguyên phân của các tế bào đột biến mà không được truyền
qua giao tử cho các thế hệ sau. Còn đối với đột biến giao tử, nếu đột biến giao tử là trội thì có thể
xuất hiện kiểu hình đột biến ngay ở thế hệ con. Nếu đột biến giao tử là lặn thì kiểu hình đột biến
không được biểu hiện ở kiểu gen dị hợp. Các đột biến giao tử có thể xuất hiện ở mọi giai đoạn
của quá trình sinh sản và nếu đột biến xảy ra trong tế bào tiền sinh dục thì sẽ có nhiều giao tử
mang gen đột biến và khả năng đột biến được duy trì sang thế hệ sau là rất cao. Vì vậy tính trội -
lặn của gen đột biến, thời điểm xuất hiện đột biến trong chu kỳ sinh sản ở sinh vật là những yếu
tố quyết định khả năng một gen đột biến có được biểu hiện và phát tán trong quần thể hay không.
2. Đột biến tự phát và đột biến nhân tạo

Đột biến tự phát là các đột biến mà tác nhân gây đột biến thường không cụ thể. Đột biến
nhân tạo là đột biến xuất hiện khi tế bào hoặc cơ thể sinh vật được xử lý bởi các tác nhân vật lý
hoặc hóa học khác nhau làm thay đổi cấu trúc và trình tự nucleotit trong phân tử ADN. Những tác
nhân này được gọi là tác nhân đột biến.

Để phân biệt đột biến tự phát và đột biến gây tạo phải làm thí nghiệm so sánh đối chứng.
Nếu xử lý một tác nhân nào đó mà đột biến nhất định tăng thêm 100 lần thì có thể coi 99% là do
tác nhân đột biến còn 1% là tự phát.
3. Đột biến có phải là ngẫu nhiên vô hướng

Một số ví dụ : nhiều quần thể chuột trở nên kháng với thuốc diệt chuột truyền thống.
Nhiều quần thể côn trùng trở nên kháng với thuốc trừ sâu. Ngày càng nhiều chủng vi khuẩn gây
bệnh trở nên kháng các chất kháng sinh. Việc con người sử dụng các loại thuốc trừ sâu và kháng
sinh mới tạo nên môi trường sống mới ở các sinh vật này và chính đột biến đã tạo cho chúng khả
năng kháng với các thuốc trừ sâu và kháng sinh nói trên. Các cá thể không mang các đột biến
mẫn cảm với các thuốc thì bị chết. Còn các thể đột biến thì sinh sản nhanh và thành những quần
thể kháng thuốc mới.

Những ví dụ trên đặt ra một số vấn đề cơ bản là : liệu sự xuất hiện các đột biến có đúng là
sự kiện ngẫu nhiên hoàn toàn còn yếu tố môi trường chỉ duy trì các đột biến có sẵn ? Hay sự xuất
hiện các đột biến được điều khiển bởi các yếu tố môi trường ?
Ví dụ : Một quần thể E.coli được cấy vào môi trường không có Streptomycin thì phần lớn vi
khuẩn chết. Nhưng có một số tế bào kháng được kháng sinh streptomycin có thể sinh trưởng và
phát triển mạnh. Một câu hỏi đặt ra là : Đột biến kháng kháng sinh streptomycin tồn tại sẵn trong
quần thể hay khi có chất kháng sinh nó mới xuất hiện ?

Để giải quyết vấn đề này năm 1952 Joshua và Lederberg đã phát triển một kỹ thuật quan
trọng gọi là phương pháp đóng dấu.

Lederberg đã hòa loãng dung dịch nuôi vi khuẩn và trải chúng lên bề mặt môi trường
Agar và nuôi trong buồng nuôi đến khi mỗi tế bào vi khuẩn phát triển thành từng khuẩn lạc riêng
biệt. Dùng một viên gỗ tròn bọc vải nhung (gọi là con dấu) ấn lên bề mặt môi trường. Tế bào vi
khuẩn tương ứng với vị trí khuẩn lạc được in vết lên bề mặt vải nhung của con dấu.

Bước tiếp theo con dấu được dùng để in vi khuẩn lên bề mặt nuôi cấy chứa kháng sinh
streptomycin. Họ lặp lại quy trình này với nhiều đĩa petri mỗi đĩa gồm khoảng 200 khuẩn lạc.
Sau khi nuôi qua đêm họ nhận được một số khuẩn lạc có khả năng kháng streptomycin.

117

Lederberg sau đó đã kiểm tra các khuẩn lạc trong môi trường không có streptomycin kết
quả những khuẩn lạc trong môi trường không có streptomycin tương ứng với các khuẩn lạc mọc
trong môi trường có streptomycin hầu như luôn có các tế bào kháng được kháng sinh. Chứng tỏ
các đột biến kháng kháng sinh streptomycin đã xuất hiện trước trong quần thể khi chưa có

streptomycin.
4. Đột biến có thể đảo ngược

Đột biến từ alen kiểu dại thành alen đột biến gọi là đột biến thuận hay trực tiếp. Alen đột
biến cũng có thể đột biến ngược lại để trở về dạng kiểu dại. Đột biến này được gọi là hồi biến:

Hồi biến thật hay đột biến nghịch, đột biến trở lại: là khi đột biến thứ hai xảy ra ở cùng vị
trí trên gen, khôi phục lại trình tự nucleotit ban đầu của gen.

Đột biến ức chế hay kìm hãm - là khi đột biến thứ hai xảy ra ở vị trí khác trong hệ gen,
ngăn cản sự biểu hiện của đột biến thứ nhất, cả hai đều tạo kiểu hình gần như hoang dại. Đột biến
kìm hãm ngoài gen: xảy ra ở gen khác với gen bị đột biến. Đột biến kìm hãm trong gen: xảy ra ở
nucleotit khác trong gen, đưa gen trở về trạng thái kiểu hình dại.

Như vậy, đột biến trở lại thì phục hồi trình tự nucleotit kiểu dại còn đột biến ức chế thì
không. Đột biến trở lại xảy ra cùng vị trí với đột biến kiểu dại, còn đột biến ức chế xảy ra ở vị trí
khác trong gen, ở gen khác thậm chí ở nhiễm sắc thể khác.
5. Đột biến và hiệu quả kiểu hình

Hiệu quả của đột biến có thể rất yếu song cũng có thể rất lớn. Các đột biến trong vùng mã
hóa của gen thường tạo ra alen mới của gen đó. Các alen không tạo ra hiệu quả kiểu hình khác
biệt với kiểu dại gọi là các alen đồng đẳng. Còn những đột biến làm sản phẩm của gen mất chức
năng, gen không còn được dùng để dịch mã thì alen sinh ra được gọi là alen vô nghĩa. Các đột
biến alen vô nghĩa liên quan đến các gen thiết yếu cho sự phát triển của sinh vật thì sẽ gây chết
cho thể đồng hợp, các alen đó được gọi là alen gây chết.

Cần phân biệt đột biến alen vô nghĩa và đột biến vô nghĩa. Đột biến alen vô nghĩa nghĩa
là đột biến làm sản phẩm của gen mất chức năng hoặc gen không còn được dùng để dịch mã. Còn
đột biến vô nghĩa là kiểu đột biến hình thành một trong ba bộ ba kết thúc trong vùng mã hóa của

gen (UAA; UAG và UGA trên mARN).
Hiệu quả kiểu hình đột biến của các gen mã hóa Globin ở người : Người trưởng thành

Hemoglobin chủ yếu ở dạng A gồm hai chuỗi α và hai chuỗi β. Chuỗi α có 141 acid amin, chuỗi
β có 146 acid amin. Bệnh hồng cầu hình liềm (HbS) gây nên bởi đột biến thay thế acid amin thứ
6 là Glu (acid amin tính acid) trên chuỗi β thành Val (acid amin trung tính). Sự thay đổi này dẫn
đến hình thành liên kết mới nội phân tử làm thay đổi cấu hình của hemoglobin. Cơ sở phân tử
dẫn đến sự thay thế acid amin trên chuỗi β là do đột biến thay thế cặp A = T trên alen kiểu dại
(HbAβ) thành T = A trên alen đột biến.
III. CÁC DẠNG ĐỘT BIẾN GEN, CƠ CHẾ PHÁT SINH ĐỘT BIẾN GEN VÀ VAI TRÒ
CỦA ĐỘT BIẾN GEN
3.1. Các dạng đột biến gen

* Đột biến thay thế một cặp bazơ (hình 1a)
Các đột biến thay thế cặp bazơ là những đột biến mà ở đó một cặp nucleotit này được
thay thế bằng một cặp nucleotit khác.
Đột biến thay thế cặp bazơ này bằng cặp bazơ khác thường xảy ra trong tự nhiên do có sự
sai sót trong quá trình nhân đôi ADN. Một số đột biến kiểu này không để lại hậu quả gì khi sự
thay thế cặp bazơ không làm thay đổi trình tự axit amin trong chuỗi polipeptit. Loại đột biến này
được gọi là đột biến yên lặng hay đột biến đồng nghĩa. Những đột biến thay thế cặp bazơ dẫn đến
làm thay đổi axit amin trong chuỗi polipeptit được gọi là đột biến nhầm nghĩa.

118

Hình 1: Các dạng đột biến gen

Hậu quả của đột biến loại này lớn hay nhỏ tùy thuộc vào vị trí xảy ra đột biến cũng như
phụ thuộc vào đặc điểm của axit amin thay thế có khác biệt nhiều hay ít với axit amin ban đầu.
Nếu đột biến làm thay đổi axit amin ở những vị trí quan trọng như trung tâm hoạt động của các
enzim và axit amin thay thế quá khác biệt thì chúng thường tạo ra các enzim bị mất chức năng.
Nếu đột biến thay thế axit amin ở những vùng không ảnh hưởng mấy đến cấu hình không gian
của protein hoặc axit amin thay thế tương tự như axit amin ban đầu thì chức năng của protein
cũng không hoặc ít bị thay đổi. Tuy vậy, những đột biến thay thế cặp bazơ được quan tâm hơn cả
là những đột biến làm thay đổi lớn ở protein.

Một số đột biến thay thế cặp bazơ được gọi là đột biến vô nghĩa khi sự thay thế biến bộ ba
mã hóa cho một axit amin thành bộ ba kết thúc. Loại đột biến này thường làm mất chức năng của

119

protein vì chúng làm ngắn chuỗi polipeptit. Một số đột biến thay thế cặp bazơ có thể dẫn đến kéo
dài chuỗi polipeptit do biến bộ ba kết thúc thành bộ ba mã hóa axit amin.

* Đột biến thêm hoặc mất một cặp bazơ (hình 1b)
Các đột biến điểm thêm nucleotit và mất nucleotit là sự bổ sung thêm vào hoặc mất đi
một cặp nucleotit ở trong gen. Những đột biến này thường gây hậu quả lớn hơn nhiều đến sản
phẩm protein do gen mã hóa so với các đột biến thay thế nucleotit. Loại đột biến thêm hoặc mất
một cặp bazơ thường được gọi là đột biến dịch khung vì khi thêm hoặc bớt cặp bazơ làm cho
khung đọc mã di truyền bị dịch đi khiến cho trình tự các axit amin sẽ thay đổi kể từ điểm xảy ra
đột biến. Đột biến dịch khung xuất hiện bất cứ khi nào số nucleotit thêm vào hoặc mất đi không
phải là bội số của ba. Tất cả các nucleotit nằm xuôi dòng sau vị trí đột biến đều bị xếp vào nhóm
bộ ba mã hóa không đúng, dẫn đến kết quả là gen dịch mã sai nghĩa trầm trọng. Ngoài ra, nó
thường kết thúc dịch mã sớm hoặc muộn hơn ở dạng đột biến vô nghĩa, trừ các trường hợp khung
đọc bị thay đổi xuất hiện ở rất gần đầu cuối của gen. Đột biến dịch khung thường tạo ra các
protein mất chức năng.
3.2. Cơ chế phát sinh đột biến gen
Đột biến gen trong tự nhiên thường xảy ra với tần số rất thấp, dao động từ 10-5 đến 10-8 và
nguyên nhân thường do có sự sai sót trong quá trình nhân đôi ADN. Trong quá trình nhân đôi
ADN thường xảy ra các sai sót nhưng phần lớn các sai sót này đều được các enzim sửa chữa. Vậy
tại sao trong quá trình tiến hóa, chọn lọc tự nhiên không chọn lọc và giữ lại các cá thể có enzim
có khả năng sửa sai hoàn hảo hơn, thậm chí không để lại đột biến nào? Câu trả lời nằm ở chỗ nếu
enzim sửa sai hoàn toàn hoặc để lại quá ít đột biến thì sẽ không có nguyên liệu cho quá trình tiến
hóa và do đó, khi môi trường thay đổi, những cá thể nào không tạo ra được biến dị di truyền ở đời
sau thì sẽ khó có cơ hội duy trì giống nòi.
Để dễ dàng nghiên cứu quá trình phát sinh đột biến gen, các nhà di truyền học thường sử
dụng các tác nhân đột biến để làm tăng tần số đột biến gen. Tác nhân đột biến có thể là tác nhân
hóa học như các chất hóa học, tác nhân vật lý như các loại tia phóng xạ. Các tác nhân đột biến
này có thể gây đột biến theo các cách: làm thay thế cặp bazơ; làm biến đổi cặp bazơ dẫn đến bazơ
bị biến đổi bắt đôi với bazơ khác; làm hỏng bazơ nên trong điều kiện bình thường bazơ bị hỏng
cũng không thể bắt cặp được với bất kỳ bazơ nào khác làm cho quá trình nhân đôi ADN không
thể xảy ra được.
3.2.1. Cơ chế phát sinh đột biến do thay thế cặp bazơ
Các nucleotit bình thường tồn tại ở dạng bền vững là kêto (đối với G và T) và amino (đối
với A và X) thì bắt đôi bổ sung với nhau theo kiểu A – T, G – X, nhưng đôi khi chúng lại chuyển
sang dạng hiếm hơn hay dạng kém bền (*) được gọi là enol (đối với G và T) và imino (đối với A
và X) (dạng hỗ biến) thì các cặp bazơ được hình thành là A* – X, T* – G và ngược lại dẫn đến
phát sinh đột biến. Nguyên nhân là do các nguyên tử hidro có thể chuyển từ một vị trí này sang vị
trí khác trong purine hay pirimidine, ví dụ từ một nhóm amino sang một nguyên tử nitơ vòng.
Những biến đổi hóa học như vậy được gọi là hỗ biến hóa học.
Mặc dù hỗ biến hóa học hiếm khi xảy ra và thời gian tồn tại ở dạng kém bền của các bazơ
nitơ rất ngắn nhưng nếu đúng lúc các bazơ nitơ tồn tại ở dạng hỗ biến hóa học kém bền mà chúng
được huy động tham gia vào quá trình sao chép ADN và lắp ráp vào mạch ADN đang tổng hợp
thì đột biến (thay thế nucleotit) sẽ xảy ra.
Sự bắt đôi nhầm dẫn đến thay thế cặp bazơ cũng xảy ra dưới tác động của các hợp chất
thay thế bazơ nitơ. Các hợp chất này có cấu trúc phân tử giống với các bazơ nitơ nên có thể gắn
vào chuỗi polynucleotit đang tổng hợp, nhưng đồng thời chúng cũng đủ khác các bazơ nitơ để
gây nên sự kết cặp sai trong quá trình sao chép. Có hai hợp chất gây đột biến điển hình hoạt động
theo cơ chế thế bazơ nitơ là 5-BU (5 – Bromouracil).

120

Hình 2: Sự kết cặp của các nucleotit đúng theo nguyên tắc bổ sung

Hình 3: Công thức cấu tạo của các nucleotit ở dạng bền và dạng hỗ biến
121

Hình 4: Sự kết cặp nhầm của các nucleotit ở dạng hỗ biến
5-BU là đồng đẳng của timin (ở vị trí C5 của 5-BU có nhóm brom thay vì nhóm methyl ở

vị trí này của timin). Nguyên tử brom làm thay đổi sự phân bố của các điện tử trong vòng nên dễ
xảy ra hỗ biến hóa học. Ở dạng bền keto 5-BU liên kết với A nhưng khi bị hỗ biến về dạng enol
5-BU lại liên kết với G. Hậu quả của đột biến do 5-BU gây ra là biến A – T thành G – X hoặc G
– X thành A – T tùy vào trạng thái tồn tại của 5-BU. Do dạng enol là dạng hiếm khó gặp nên tần
số đột biến ngược nhỏ hơn tần số đột biến thuận.

Hình 5: Sự kết cặp của các dạng 5-BU với các bazơ nitric
3.2.2. Cơ chế phát sinh đột biến do bazơ bị biến đổi

Một số tác nhân đột biến không thể tự gắn vào phân tử ADN trong quá trình nhân đôi như
thể một đồng đẳng của bazơ mà chúng lại làm biến đổi các bazơ trên ADN theo kiểu alkyl hóa

122

(sự gắn thêm một gốc alkyl như methyl hay ethyl vào vị trí có hydro hoạt động của bazơ). Điều
này làm cho các bazơ không còn kết cặp đúng với nhau được nữa. Ví dụ tác nhân đột biến hóa
học như EMS (ethylmethanesulphonat) gây đột biến theo cách này khiến cho bazơ bị thay đổi bắt
đôi nhầm với bazơ khác dẫn đến đột biến thay thế G – X bằng A – T hoặc T – A bằng X – G.
Kiểu đột biến này được gọi là kiểu đồng hoán: các pyrimidin thay cho nhau và các purin thay cho
nhau.

Hình 6: Cơ chế gây biến đổi guanin của EMS
Sự alkyl hóa đối với guanin cũng có thể gây ra sự loại nó ra khỏi ADN trong một phản

ứng gọi là khử purin. Khi bazơ nitơ guanin bị tách khỏi đường deoxyribozơ, để lại ở đó một
khoảng trống thì quá trình tái bản ADN sẽ bị dừng lại ở đó và một hệ thống sửa chữa gọi là SOS
sẽ hoạt động và quá trình tái bản lại được tiếp tục. Tuy nhiên trong mạch ADN con, ở vị trí đối
diện với purin bị khử lại hầu như luôn luôn là một adenin (mà lẽ thường nó phải là xytosin). Vì
thế, ở lần tái bản tiếp theo, ở nơi đáng lẽ là cặp G – X thì bây giờ lại là là cặp T – A. Kiểu đột
biến mà các pyrimidin thay thế cho purin hoặc purin thay thế cho pyrimidin được gọi là kiểu dị
hoán. Ở một số phgơ, khi bị xử lý bằng dung dịch đệm có pH = 4 cũng có hiện tượng khử purin
dẫn đến sự dị hoán như vậy.
3.2.3. Cơ chế sửa chữa của tế bào làm phát sinh đột biến

Tia UV mặc dù không đủ mức năng lượng để gây ra hiệu ứng ion hóa nhưng nó lại được
hấp thụ nhiều bởi các phân tử hữu cơ trong đó có purin và pyrimidin của ADN, và nguyên tử của
các phân tử này sau đó chuyển sang trạng thái kích thích. Các pyrimidin sau khi hấp thụ tia UV ở
bước sóng 254nm chúng trở nên có khả năng phản ứng mạnh. Hiệu ứng nổi bật của tia UV đối
với pyrimidine là sự hình thành các pyrimidin hydrat (gắn thêm gốc –OH) và sự hình thành phức
kép pyrimidin. Ví dụ như sự hình thành vòng cyclobutan hay dime timin do sự gắn kết giữa hai
timin gần nhau dưới tác dụng cuả tia UV (hình 7). Sự hình thành dime timin đã gây ra tổn thương
ADN, phân tử ADN bị vặn xoắn và vì thế quá trình tái bản ADN hoặc quá trình phiên mã sẽ
không còn chính xác nữa (hình 8).

123

Hình 7: Sự hình thành dime timin dưới tác dụng của tia UV

Hình 8: Sai sót trong quá trình tái bản AND do phân tử ADN bị vặn xoắn
Ngoài cơ chế gây đột biến bằng cách làm biến dạng cấu trúc ADN dẫn đến sao chép sai,
những biến đổi của bazơ nitơ dưới tác động của tia UV còn có thể khởi động hệ thống sửa ADN
theo cơ chế SOS – cơ chế sửa chữa cấp cứu. Khi tia UV làm hỏng một hoặc một số bazơ thì để
tránh cho tế bào khỏi bị chết do ADN không thể nhân đôi được, tế bào đã khởi động hệ thống
enzim sửa chữa SOS nhằm giúp tổng hợp được đoạn ADN bị tổn thương bởi nó cho phép sao
chép bỏ qua sai hỏng. Hệ thống sửa sai này được tìm thấy đầu tiên ở E. coli. Điều đặc biệt là
chính hệ thống sửa sai này nhằm cứu tế bào khỏi bị chết lại gây nên các đột biến gen. Ví dụ, khi
sửa chữa các bazơ hỏng do tia UV hệ thống SOS thường gây ra đột biến kiểu X thành T.
Như vậy, hệ thống SOS đã cho phép tế bào sống sót thay cho bị chết, mặc dù nó thường
tạo ra những đột biến.
3.2.4. Cơ chế phát sinh đột biến thêm hoặc mất cặp nucleotit
Trong quá trình nhân đôi ADN, sợi mới được tổng hợp đôi khi tạo ra một vòng gồm một
hoặc một số cặp nucleotit nhô ra không bắt đôi bổ sung với sợi khuôn ở một vị trí nào đó rồi đoạn
sau lại bắt đôi bình thường ở lần nhân đôi tiếp theo. Như vậy, đến lần nhân đôi tiếp theo, sợi
ADN có vòng nhô ra đó sẽ tổng hợp sợi mới có thêm một hoặc một vài cặp nucleotit. Trường hợp
ngược lại, trong quá trình nhân đôi, sợi làm khuôn tạo nên vòng nhô ra không làm khuôn tổng
hợp nên mạch mới dẫn đến hiện tượng đột biến mất một hoặc một vài cặp nucleotit.

124

Các vòng ADN nhô ra này thường hình thành ở các đoạn các trình tự nucleotit ngắn lặp
lại liên tục. Đoạn trình tự ngắn lặp lại liên tục được gọi là đơn vị lặp lại. Nếu đơn vị lặp lại không
phải là bội số của 3 thì đột biến do sao chép lệch mục tiêu có xu hướng dẫn đến đột biến dịch
khung.

Hình 9: Cơ chế phát sinh đột biến thêm và mất cặp nucleotit
Đột biến mất hoặc thêm cặp nucleotit cũng có thể phát sinh do tác động của các thuốc

nhuộm acridin là các chất gây đột biến mạnh theo kiểu dịch khung. Các phân tử thuốc nhuộm
acridin có tính kiềm luôn có xu hướng tạo liên kết và xen vào giữa các cặp bazơ nitơ xếp chồng
lên nhau trên chuỗi ADN. Khi acridin xen vào mạch mới đang tổng hợp sẽ tạo nên đột biến mất
một cặp nucleotit. Ngược lại, khi acridin xen vào mạch khuôn cũ thì sẽ tạo nên đột biến thêm một
cặp nucleotit.

Hình 10: Đột biến mất và thêm cặp nucleotit dưới tác động của acridin
3.3. Vai trò của đột biến gen đối với tiến hóa

Đột biến gen làm xuất hiện các alen khác nhau, cung cấp nguyên liệu cho quá trình tiến
hóa của sinh vật. Tuy tần số đột biến của từng gen rất thấp, nhưng số lượng gen trong tế bào rất
lớn và số cá thể trong quần thể cũng rất nhiều nên nhìn chung trong mỗi quần thể sinh vật, số
lượng gen đột biến tạo ra trên mỗi thế hệ là đáng kể, tạo nên nguồn biến dị di truyền chủ yếu cho
quá trình tiến hóa.

So với đột biến NST, đột biến gen phổ biến hơn và ít ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức
sống và sự sinh sản của sinh vật. Các nghiên cứu bằng thực nghiệm cũng đã chứng tỏ các nòi, các

125

loài phân biệt nhau thường không phải bằng một vài đột biến lớn mà bằng sự tích lũy nhiều đột
biến nhỏ. Do vậy, đột biến gen là nguồn nguyên liệu chủ yếu của quá trình tiến hóa.

Bên cạnh các đột biến điểm còn có nhiều loại đột biến gen khác. Ví dụ như các đột biến
lặp 3 nucleotit nhất định trong gen ở người gọi là bệnh lặp 3 nucleotit gây nhiều bệnh khác nhau:
hội chứng NST X dễ gẫy…Bệnh do bộ ba XGG được lặp lại nhiều lần ở vùng điều hòa của gen
khiến gen được phiên mã nhưng không thể dịch mã, gây nên tình trạng chậm phát triển trí tuệ có
tính di truyền. Ngoài ra, khi tế bào nhiễm một số loại virut cũng có thể làm phát sinh đột biến
gen. Lý do là khi virut gắn vào ADN của tế bào chủ thì nó làm thay dổi trật tự các nucleotit, làm
bất hoạt các gen do đó gây ra đột biến. Một số đột biến gen cũng được gây nên do các yếu tố di
truyền vận động có trong hệ gen.
IV. CÁC YẾU TỐ DI TRUYỀN DI ĐỘNG VÀ VAI TRÒ CỦA CHÚNG TRONG QUÁ
TRÌNH TIẾN HÓA HỆ GEN

Như chúng ta đã biết kích thước và cấu trúc hệ gen của các loài rất khác nhau. Nguyên
nhân của sự đa dạng này là do: (1) trao đổi chéo giữa các cặp NST tương đồng xảy ra trong giảm
phân đã dẫn đến sự đa dạng trong loài; (2) trong hệ gen trật tự các đoạn ADN cũng như cấu trúc
các gen được sắp xếp lại, đặc trưng cho từng cá thể. Chính các yếu tố di truyền có khả năng di
chuyển giữa các vị trí trong một hệ gen hoặc giữa các hệ gen khác nhau đã góp phần làm đa dạng
di truyền giữa các cá thể trong loài.

Các yếu tố di truyền có khả năng di chuyển được xếp vào ba nhóm chính tùy thuộc vào
tính độc lập của chúng:

- Nhóm 1: gồm các yếu tố có khả năng di chuyển giữa các vị trí khác nhau trong hệ gen.
- Nhóm 2: gồm các yếu tố có khả năng ghép vào và tách ra khỏi hệ gen để tồn tại độc lập
trong tế bào (các episome như plasmit F, bacteriophage).
- Nhóm 3: chỉ di chuyển dưới sự kiểm soát của tế bào ở những giai đoạn sinh trưởng, phát
triển nhất định để sắp xếp khởi động một số gen đặc biệt.
Sự di chuyển của các yếu tố ở nhóm hai và nhóm ba liên quan tới tái tổ hợp tương đồng
hoặc tái tổ hợp ở các vị trí đặc hiệu. Mặc dù không có khả năng tồn tại độc lập bên ngoài hệ gen,
nhóm thứ nhất tự kiểm soát sự di chuyển của chúng trong hệ gen và không đòi hỏi sự tương đồng
giữa chúng với vị trí ghép vào. Do đó, có thể nói chúng di chuyển một cách tự do trong hệ gen và
được gọi tên chung là các yếu tố di chuyển (yếu tố di động) (transposable elements, transposons).
4.1. Các yếu tố di chuyển – transposon (gen nhảy)
Các yếu tố di chuyển có thể chia làm 2 loại dựa vào cách thức di chuyển của chúng:
- Loại thứ 1: là các đoạn ADN hoặc được tách ra hoặc được tái bản tạo thêm bản sao để
ghép vào vị trí mới. Thông thường, loại này được gọi là transposon.
Sự tồn tại của các transposon là nét đặc trưng của tế bào thực vật. Ở sinh vật nhân thực,
các transposon còn được gọi là yếu tố kiểm soát (controlling elements). Transposon có thể di
chuyển từ NST này sang NST khác hoặc ở các vị trí khác nhau trên cùng một NST. Chúng có thể
“nhảy” vào giữa dãy mã của một gen đang hoạt động làm cho gen này bất hoạt hoặc ngược lại.

126

Hình 11:Transposon (Ds) chèn vào các vị trí khác nhau trên NST, gây kích hoạt hay ức chế
hoạt động của một gen (W)

Khi di chuyển, các transposon gây ra việc sắp xếp và tổ chức lại hệ gen của từng cá thể
như tạo ra các đoạn ADN mới ở vị trí chúng ghép vào và tách ra. Chúng có thể di chuyển tới vị
trí bất kỳ và hoàn toàn không cần một mối quan hệ nào giữa hai vị trí mới và cũ. Khi tách ra
transposon có thể mang theo các đoạn ADN bên cạnh, gây ra sự mất đoạn tại vị trí cũ. Ngược lại,
khi thêm vào vị trí mới, chúng gây ra hiện tượng thêm đoạn hoặc chuyển đoạn ở vị trí mới. Do
đó, transposon giống như các vectơ chuyên chở ADN từ nơi này đến nơi khác trong một hệ gen
hoặc từ hệ gen này sang hệ gen khác.

127

Hình 12: Sự di chuyển của transposon gây ra sự sắp xếp, tổ chức lại hệ gen
Ngoài ra, trao đổi chéo giữa các transposon tương đồng ở hai vị trí khác nhau trên một

hoặc trên hai NST cũng tạo ra những biến đổi tương tự. Những biến đổi đó dẫn đến việc sắp xếp
lại hệ gen, tạo ra tính đa dạng giữa chúng và tính đặc thù riêng của từng cá thể. Đặc biệt, sự thay
đổi của các transposon còn có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các gen phân bố xung quanh
ngay khi chúng không làm thay đổi trật tự nucleotit ở những gen này. Tần số ghép của các
transposon vào genome khoảng 10-5 – 10-7 sau mỗi thế hệ. Ngược lại, tần số tách ra là khoảng 10-
6 đến 10-10.

Các transposon có thể chia làm hai nhóm dựa vào khả năng di chuyển độc lập hay phải
phụ thuộc vào sự có mặt của transposon khác:

+ Nhóm 1 gồm các đoạn ADN có khả năng di chuyển độc lập. Chúng chứa gen mã hóa
cho các protein điều khiển quá trình đó, ví dụ như enzim nhận biết hai đầu transposon để tách
chúng ra khỏi vị trí cũ và ghép vào vị trí mới. Do đó, quá trình này được thực hiện hoàn toàn độc
lập. Nhở khả năng này chúng tạo ra các đột biến không bền vững.

+ Nhóm 2 gồm các transposon không có khả năng tự hoạt động, tức là chúng không có
khả năng di chuyển do không mang đủ thông tin di truyền mã hóa cho các enzim cần thiết. Vì
vậy, các transposon loại này tạo ra các đột biến gen một cách tự phát nhưng là đột biến bền vững.
Việc di chuyển của transposon ở nhóm này phụ thuộc vào sự có mặt của transposon có khả năng
hoạt động độc lập cùng nhóm. Hai transposon có thể xếp vào cùng nhóm khi chúng có cấu trúc
tương đồng nhau, đặc biệt là các đoạn oligonucleotit phân bố ở hai đầu transposon. Đây là vị trí
để enzim nhận biết và cắt nối transposon ở vị trí đi và đến.

Các transposon đơn giản nhất ở vi khuẩn được gọi là IS (insertion sequences). Chúng có
thể nằm trên chromosome hoặc trên các plasmit. Transposon trong vi khuẩn không giữ một chức
năng nào trong tế bào. Trình tự nucleotit ở một đầu IS thường lặp lại nhưng ngược chiều so với
đầu kia. Ví dụ như GGTAT-Xn-ATAXX. Do vậy, khi sợi đôi IS tách thành hai sợi đơn thì mỗi
sợi này có khả năng hình thành liên kết bổ sung tại hai đầu của IS tạo cấu trúc thân-quai/ cán-
thòng lọng.

128

Hình 13: Một đoạn transposon có đoạn lặp lại ngược chiều gồm 9 nucleotit gắn vào vị trí có 5

nucleotit

Transposon thường mã hóa cho các enzim transposase làm nhiệm vụ nhận biết chuỗi
nucleotit lặp lại ngược chiều để cắt transposon và di chuyển. Khi một IS được ghép vào vị trí bất
kỳ của genome thì một đoạn ngắn ADN ở vị trí này được nhân đôi, tức là hai đầu của IS được
chặn bởi các nucleotit giống nhau, sắp xếp theo cùng một chiều. Vì vậy, đoạn ngắn ADN này
được gọi là “lặp lại xuôi chiều”. Chiều dài của chúng thường khoảng 9bp. Dựa vào sự có mặt của
các đoạn cùng chiều và ngược chiều có thể xác định được vị trí transposon ghép vào hoặc chuyển
đi.

Ngoài các IS, ở vi khuẩn còn có các đoạn ADN có khả năng di chuyển với kích thước dài
hơn, gọi là Tn. Các Tn thường phân bố trên plasmit và có khả năng chèn vào bất kỳ vị trí nào
trong genome. Chúng thường mang thông tin di truyền mã hóa cho các protein kháng sinh. Giữa
Tn và IS có mối quan hệ về trình tự các nucleotit. Các Tn thường được giới hạn ở hai đầu bởi một
loại IS nào đó.

Quá trình chuyển một transposon từ vị trí cũ sang vị trí mới xảy ra theo hai cơ chế khác

nhau:
+ Cơ chế sao y bản chính – cơ chế “sao chép – dán” (transposon có mặt ở cả hai vị trí).

Theo cơ chế này, phiên bản sau khi được sao chép từ vị trí cho sẽ được ghép vào vị trí nhận. Như

129

vậy, mỗi lần di chuyển thì số lượng bản sao được tăng lên. Quá trình này liên quan đến hai loại
enzim: transposase (tác động vào hai đầu bản gốc transposon) và resolvase (tác động lên bản
sao).

+ Cơ chế tách ra khỏi vị trí cũ di chuyển đến vị trí mới – cơ chế “cắt – dán”. Theo cơ chế
này, một transposon có thể tách ra khỏi vị trí cũ và ghép vào vị trí mới. Như vậy, số lượng
transposon không thay đổi. Kiểu di chuyển này chỉ cần enzim transposase. Khi transposon
chuyển đi, vị trí cũ bị gãy và nó được nối lại nhờ cơ chế sửa chữa ADN trong tế bào.

Khi transposon ghép vào vị trí mới, một đoạn nucleotit ngắn ở đó được sao thành hai bản,
mỗi bản nằm ở một đầu transposon. Tại vị trí nhận, mỗi sợi đơn ADN bị cắt lệch nhau vài
nucleoit. Transposon nối vào các đầu cắt, tạo ra hai khoảng trống. Chúng được sửa chữa theo
nguyên tắc tạo cặp bổ sung. Do đó, đoạn nucleoit nằm giữa hai vết cắt được sao chép thành hai
bản, mỗi bản ở một đầu và trình tự sắp xếp các nucleotit giống nhau. Vì vậy, chúng được gọi là
lặp lại xuôi chiều.

- Loại thứ 2: Phần lớn các yếu tố di động trong hệ gen sinh vật nhân thực thuộc nhóm thứ
hai gọi là retrotransposon hay retroelement, chúng phải trải qua hình thức trung gian ARN trong
quá trình di chuyển (ARN genome được sao chép nhờ enzim phiên mã ngược (reverse
transcriptase – do chính retrotransposon mã hóa) tạo ra cADN để ghép vào vị trí mới).

Hình 14: Sự di chuyển của các yếu tố di động ở sinh vật nhân thực
130

4.2. Các yếu tố di chuyển góp phần vào sự tiến hóa của hệ gen như thế nào?
Sự có mặt ổn định của các yếu tố di chuyển vố chiếm một phần lớn hệ gen ở một số sinh

vật nhân thực. Chúng giữ một vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa hệ gen của những sinh
vật này. Những yếu tố này có thể góp phần vào sự tiến hóa của hệ gen theo một số cách: thúc đẩy
hiện tượng tái tổ hợp, làm đứt gãy các gen hoặc các trình tự điều hòa biểu hiện gen; hoặc vận
chuyển toàn bộ một gen nào đó hoặc các vùng exon riêng lẻ tới các vị trí mới.

Các yếu tố di chuyển có trình tự giống nhau nằm phân tán khắp hệ gen là điều kiện thúc
đẩy hiện tượng tái tổ hợp giữa các NST khác nhau bởi nó cung cấp những vùng tương đồng cho
hoạt động trao đổi chéo. Phần lớn những thay đổi đó gây hại, dẫn đến hiện tượng chuyển đoạn
NST hoặc tạo ra những thay đổi trong hệ gen vốn có thể gây chết cho sinh vật. Nhưng qua thời
gian tiến hóa lâu dài, một sự kiện tái tổ hợp ngẫu nhiên cũng có thể có lợi cho cơ thể sinh vật.

Trong quá trình di chuyển, các yếu tố này có thể mang theo một gen hoặc một nhóm gen
tới vị trí mới trong hệ gen, thậm chí tạo ra các trình tự mã hóa mới. Và trong một số ít trường
hợp, những thay đổi này có thể là có lợi. Qua nhiều thế hệ, sự đa dạng di truyền thu được sẽ là
nguồn nguyên liệu có giá trị cho chọn lọc tự nhiên. Sự đa dạng hóa các gen và sản phẩm của
chúng là một nhân tố quan trọng trong quá trình tiến hóa của một loài mới.

Khi nghiên cứu về tiến hóa, các nhà khoa học đã khẳng định rằng những loài có quan hệ
họ hàng xa thường có các gen cùng nguồn (các gen tương đồng có trong các loài khác nhau do
được di truyền trong quá trình hình thành loài). Các sinh vật có mức độ phức tạp khác nhau chỉ
khác biệt nhau rất ít về số lượng gen. Những sai khác rất ít này đã làm nên sự đa dạng của thế
giới sống qua các quá trình hình thành loài mới. Vì thế, chúng ta hoàn toàn có thể xem sự sống
như một cây cổ thụ. Nó mang thật nhiều cành lá trên một cái gốc có kích thước không thấm vào
đâu.

Hình 15: Cây phát sinh chủng loại

B. CÂU HỎI, BÀI TẬP
Câu 1: Trong tự nhiên, dạng đột biến gen nào là phổ biến nhất? Vì sao?
Trả lời: Đột biến gen phổ biến nhất là thay thế nucleotit. Vì:
+ Cơ chế phát sinh đột biến tự phát dạng thay thế nucleotit dễ xảy ra hơn cả ngay cả khi không có
tác nhân đột biến (do các nucleotit trong tế bào tồn tại ở các dạng phổ biến và hiếm; có cơ chế
methyl hóa ADN).

131

+ Trong phần lớn trường hợp, đột biến thay thế nucleotit là các đột biến trung tính (ít gây hậu quả
nghiêm trọng) do chỉ ảnh hưởng đến một codon duy nhất trên gen.
+ Trong thực tế, dạng đột biến gen này được tìm thấy (biểu hiện ở các thể đột biến) phổ biến hơn
cả ở hầu hết các loài.
Câu 2. Đột biến nguyên khung (thay thế cặp nuclêôtit) được tìm thấy là dạng đột biến phổ biến
nhất trong phạm vi một loài. Hãy cho biết:
a. Những dạng đột biến nguyên khung nào của gen cấu trúc không hoặc ít làm thay đổi hoạt tính
của prôtêin do gen đó mã hoá.
b. Những dạng đột biến nguyên khung nào của gen cấu trúc nhiều khả năng làm thay đổi hoặc
mất hoạt tính của prôtêin do gen đó mã hoá.
Trả lời:
a. Các đột biến thay thế nucleotit (nguyên khung đọc) trong trình tự mã hóa của một gen nhưng
không hoặc ít làm thay đổi hoạt tính của protein do gen đó mã hóa bao gồm:
- Đột biến theo kiểu tính thoái hóa của mã di truyền, tức là nhiều mã bộ ba khác nhau cùng mã
hóa cho 1 axit amin. Đột biến chuyển đổi giữa các bộ ba “thoái hóa” không làm thay đổi axit
amin nên không làm thay đổi hoạt tính protein.
- Đột biến làm thay đổi axit amin, song là các axit amin có tính chất hóa lý giống nhau (ví dụ
cùng có tính axit, hoặc cùng có tính bazơ, hoặc cùng nhóm axit amin trung tính phân cực, hoặc
cùng nhóm axit amin trung tính không phân cực) có thể không làm thay đổi hoạt tính của protein.
- Đột biến làm thay đổi axit amin, nhưng axit amin đó không thuộc vùng quyết định hoạt tính

protein.
- Đột biến làm thay đổi axit amin, nhưng axit amin đó không làm thay đổi cấu hình của protein,
vì vậy không gây ảnh hưởng đến hoạt tính protein.
b. Các đột biến thay thế nucleotit trong trình tự mã hóa của một gen nhiều khả năng làm thay đổi
hoặc mất hoạt tính của protein do gen đó mã hóa bao gồm:
- Đột biến vô nghĩa làm xuất hiện các mã bộ ba kết thúc (TAA, TAG hoặc TGA) trong vùng mã
hóa của gen.
- Đột biến thay thế làm mất mã bộ ba khởi đầu dịch mã (ATG) ở đầu 5’ của vùng mã hóa của

gen.
- Đột biến thay thế làm mất mã bộ ba kết thúc dịch mã (TAA, TAG hoặc TGA) ở đầu 3’ của
vùng mã hóa của gen.
- Đột biến thay thế ở vị trí quan trọng xảy trình tự điều hòa biểu hiện của gen (ví dụ như các trình
tự khởi đầu phiên mã - prômôtơ, trình tự tăng cường ở sinh vật nhân thực, trình tự 5’-UTR khởi
đầu dịch mã, v.v...) làm gen không được biểu hiện.
- Các đột biến thay thế axit amin nhiều khả năng làm thay đổi hoạt tính của protein là các đột
biến chuyển các axit amin ưa nước (phân cực, có tính bazơ, axit) thành các axit amin kị nước
(không phân cực) hoặc ngược lại.
Câu 3. Một đột biến thay thế nucleotit trên gen qui định chuỗi polipeptit α-globin của
hemoglobin ở người làm cho chuỗi polipeptit bị ngắn đi so với bình thường. Tuy nhiên, phiên
bản ARN sơ cấp được phiên mã từ gen này vẫn có chiều dài bình thường.
a. Nêu hai giả thuyết giải thích cơ chế đột biến làm ngắn chuỗi polipeptit này.
b. Trình bày cách chứng minh giả thuyết.
Trả lời
a. Giả thuyết 1: đột biến bộ ba bình thường thành bộ ba kết thúc.

Giả thuyết 2: đột biến làm thay đổi vị trí cắt intron trong quá trình tạo ra mARN làm cho
mARN ngắn hơn so với bình thường.
b. Dùng phương pháp điện di ARN: So sánh các băng điện di mARN (sau khi đã được cắt bỏ
intron) của gen bình thường với các băng điện di mARN của gen đột biến, nếu băng điện di

132

mARN đột biến di chuyển xa hơn so với mARN bình thường thì đột biến làm thay đổi vị trí cắt
intron. Nếu hai băng điện di có vị trí giống nhau thì đột biến làm xuất hiện bộ ba kết thúc sớm.
Câu 4. Đột biến trung tính là gì? Cơ chế phát sinh đột biến trung tính?
Trả lời :
- Đột biến trung tính là những đột biến không ảnh hưởng đển sức sống và khả năng sinh sản của
thể đột biến.
- Cơ chế phát sinh ĐB trung tính
+ ĐB làm thay đổi trình tự nuclêôtit trong gen nhưng không làm thay đổi trật tự axit amin trong
chuỗi polipeptit: sự thay thế một nuclêôtit trong gen làm thay đôit bộ ba mã hóa nhưng bộ ba mới
cùng mã hóa cho loại axit amin như bộ ba ban đầu (ĐB đồng nghĩa).

+ ĐB làm thay đổi axit amin trong chuỗi polipeptit nhưng không làm thay đổi hoạt tính
chức năng của protein: ĐB làm thay đổi một axit amin này bằng axit amin khác nhưng axit amin
mới có chức năng giống axit amin ban đầu hoặc aa bị thay thế nằm ngoài trung tâm hoạt tính của
prôtêin → không ảnh hưởng chức năng prôtêin.

+ ĐB làm thay đổi chức năng của prôtêin nhưng không làm ảnh hưởng đến sức sống và
khả năng sinh sản của thể đột biến.
Câu 5. Tại sao đột biến gen chủ yếu được phát sinh trong quá trình nhân đôi?
Trả lời:
- Khi ADN không nhân đôi, hai mạch ADN xoắn lại và liên kết với pr để tạo nên cấu trúc NST
do đó ít bị tác động của tác nhân đột biến
- Trong nhân đôi, tác nhân gây đột biến có thể làm thay đổi cấu trúc của các bazo nito do vậy làm
cho lắp ráp nhầm.
- Trong nhân đôi, do sai sót ngẫu nhiên của E ADN-pol làm cho một số nu bị lắp ráp không theo
nguyên tắc bổ sung → ĐB
Tuy nhiên, khi ADN không nhân đôi vẫn có thể phát sinh đột biến gen bởi virus hay yếu tố di
truyền vận động tuy nhiên xác suất thấp
Câu 6. Hãy đưa hai lý do giải thích tại sao hai gen khác nhau của cùng một loài sinh vật nhân
chuẩn có tần số đột biến khác nhau.
Trả lời :
- Gen qui định tổng hợp chuỗi polipeptit dài hơn có tần số đột biến cao hơn, vì càng có nhiều bộ
ba mã hóa thì sác suất xuất hiện đột biến càng lớn
- Tùy theo trình tự cụ thể của gen mà có những gen dễ xảy ra đột biến (những vùng dễ xảy ra đột
biến, điểm nóng), có gen khó xảy ra đột biến.
Câu 7. Tại sao đột biến gen lại là nguồn nguyên liệu sơ cấp chủ yếu cho tiến hóa
Trả lời:
- Mặc dù tần số đột biến gen rất thấp nhưng do cơ thể có rất nhiều gen nên cá thể mang gen đột
biến là đáng kể.
- ĐBG thường ít ảnh hưởng đến sức sống và khả năng sính ản của thể đột biến hơn so với đột
biên NST, do đó gen đột biến thường được di truyền cho thế hệ sau, qua giao phối tạo ra nguồn
biến dị tổ hợp là nguồn nguyên liệu thứ cấp cho tiến hóa
Câu 8: Tại sao đột biến gen gây hại cho thể đột biến nhưng vẫn được di truyền qua các thế hệ?
Trả lời:
- Mặc dù đa số đột biến là có hại nhưng gen đột biến thường là gen lặn, chỉ biểu hiện ra kiểu hình
khi ở trạng thái đồng hợp do đó nó không bao giờ bị loại bỏ hoàn toàn ra khỏi quần thể.
- Một số đb gây hại nhưng lại biểu hiện muộn (sau tuổi sinh sản) nên vẫn được di truyền lại cho
thế hệ sau.
- Một số gen gây hại nhưng lại liên kết chặt với gen có lợi, chọn lọc tự nhiên duy trì các gen có
lợi đồng thời duy trì các gen gây hại

133

- Một số gen gây hại nhưng có tác động đa hiệu, ảnh hưởng đến nhiều tính trạng trong đó có
những tính trạng thì gây hại nhưng có những tính trạng có lợi.
Câu 9: Trong trường hợp nào đột biến gen không được di truyền lại cho đời sau?
Trả lời:
- ĐBG là biến dị di truyền nhưng không phảo tất cả các ĐB gen được di truyền cho đời sau. ĐBG
chỉ được truyền cho đời sau thông qua sinh sản của cơ thể. ĐBG không truyền lại cho đơi sau
trong các trường hợp:
+ Đối với loài sinh sản hữu tính: ĐB xảy ra ở tế bào sinh dưỡng thì không truyền lại cho đời sau
vì đột biến đó không đi vào giao tử
+ ĐB đi vào giao tử nhưng giao tử đó không được thụ tinh. Giao tử không được thụ tinh do sức
sống kém hoặc bị đảo thải bởi yếu tố ngẫu nhiên.
+ ĐB gây chết hoặc làm cho cơ thể mất khả năng sinh sản thì không được truyền cho đời sau
+ ĐB xảy ra ở tế bào chất của cơ thể đực thì không được truyền lại cho đời sau bởi tế bào chất
con đực không đi vào hợp tử
Câu 10: Một số gen trội có hại trong quần thể vẫn có thể được di truyền từ thế hệ này sang thế hệ
khác. Hãy giải thích nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này?
Trả lời:
- Một số gen trội có hại ở mức độ nào đó vẫn được di truyền cho thế hệ sau nếu nó nếu nó liên
kết chặt chẽ với 1 gen có lợi khác. CLTN duy trì các gen có lợi nên cũng duy trì luôn các gen có
hại đi cùng
- Gen trội có hại vẫn có thể được di truyền cho thế hệ sau nếu đó là gen đa hiệu. Tức là gen đó
ảnh hưởng đến nhiều tính trạng, một số tính trạng có lợi được chọn lọc tự nhiên ủng hộ nhưng
một số tính trạng của gen đa hiệu lại có hại ở mức độ vừa phải không làm triệt tiêu giá trị của các
tính trạng có lợi.
Câu 11: Nêu hậu quả của các dạng đột biến sau:
- Đột biến ở mã bộ ba khởi đầu dịch mã.
- Đột biến ở vùng ranh giới nhận biết intron – êxôn.
- Đột biến mất 1 cặp nuclêôtit trong vùng êxôn của gen.
- Đột biến mất bộ ba kết thúc dịch mã.
Trả lời: Hậu quả của các dạng đột biến:
- Đột biến ở mã bộ ba khởi đầu dịch mã ngăn cản quá trình dịch mã bình thường.
- Đột biến ở vùng ranh giới nhận biết intron – êxôn ảnh hưởng đến quá trình hoàn thiện mARN
bình thường, tạo ra các phân tử mARN bất thường.
- Đột biến mất 1 cặp nuclêôtit trong vùng êxôn của gen dẫn đến đột biến dịch khung làm thay đổi
thành phần các bộ ba mã hóa tính từ điểm xảy ra đột biến, đưa đến hàng loạt axit amin bị thay
thế, vì vậy phần lớn trường hợp prôtêin mất chức năng.
Câu 12: Đột biến gen làm xuất hiện kiểu hình trội có thể thuộc một trong số các loại đột biến

sau:
(1) alen đột biến bị mất chức năng nên cơ thể dị hợp chỉ còn một alen bình thường, không tạo ra
đủ sản phẩm để tạo ra kiểu hình bình thường (cơ thể di hợp tử mang 1 alen đột biến có kiểu hình
bất thường).
(2) alen đột biến tạo ra nhiều sản phẩm hơn so với alen bình thường nên cơ thể dị hợp tử mang 1
alen đột biến có kiểu hình khác thường.
Bằng cách tạo ra các đột biến khác nhau người ta có thể phân biệt được hai loại đột biến này. Giải

thích cách làm.
Trả lời:
- Đối với loại đột biến làm mất chức năng của gen (đột biến trội kiểu 1), ta có thể kiểm tra bằng
cách lấy cơ thể đồng hợp tử có hai alen bình thường rồi xử lí đột biến làm mất hoàn toàn một gen.

134

Nếu cơ thể đột biến chỉ có một alen bình thường này cũng biểu hiện kiểu hình giống với kiểu
hình đột biến trội kiểu 1, thì đột biến đó đúng là đột biến làm mất chức năng.
- Nếu đột biến làm tăng lượng sản phẩm của gen, thì ở cơ thể dị hợp tử, lượng sản phẩm của gen
sẽ nhiều hơn lượng sản phẩm của cơ thể đồng hợp tử về gen bình thường. Ta có thể kiểm chứng
bằng cách làm mất đoạn NST của cơ thể dị hợp tử chứa alen bình thường, chỉ để lại alen đột biến,
khi đó lượng sản phẩm của gen ở thể đột biến mới này sẽ bị giảm đi so với cơ thể dị hợp tử khi
chưa xử lí đột biến mất đoạn NST. Ta cũng có thể lấy cơ thể dị hợp tử đột biến kiểu (2) gây đột
biến lặp thêm 1 alen bình thường, khi đó cơ thể đột biến mới có 2 alen bình thường và 1 alen đột
biến trội kiểu (2) có lượng sản phẩm nhiều hơn so với ở cá thể chỉ có đột biến trội kiểu 2.
Câu 13: Cấu trúc ADN dạng sợi kép, mạch thẳng phổ biến ở sinh vật nhân thực có những ưu thế
gì trong tiến hoá so với cấu trúc ADN dạng sợi kép, mạch vòng phổ biến ở sinh vật nhân sơ?
Trả lời:
Cấu trúc ADN dạng mạch thẳng có ưu thế tiến hóa so với dạng cấu trúc ADN mạch vòng biểu
hiện ở sinh vật nhân thực bởi những điểm sau:
- Đầu mút NST (phân tử ADN) dạng mạch thẳng ngắn lại một số nucleotit sau một lần tái bản
(tương ứng với số lần phân bào bắt nguồn từ tế bào tổ tiên) là cơ chế “đồng hồ phân tử” thông tin
mức độ “già hóa” của những tế bào thúc đẩy cơ chế “tế bào chết theo chương trình” (apotosis),
ngăn cản sự phát sinh ung thư (sự phân chia tế bào mất kiểm soát).
- Phân tử ADN dạng mạch thẳng cho phép hệ gen có thể mở rộng kích cỡ nhiều lần (tích lũy
được thêm nhiều thông tin), nhưng vẫn biểu hiện được chức năng thông qua các bậc cấu trúc “thu
nhỏ” các chất nhiễm sắc nhờ tương tác các chất protein histon (tạo nên cấu trúc nucleosome) và

phi histon.
- ADN dạng mạch thẳng (với kích thước hệ gen mở rộng mang nhiều trình tự lặp lại) tạo điều
kiện thuận lợi cho cơ chế tiếp hợp và trao đổi chéo dễ xảy ra, làm tăng khả năng biến dị tổ hợp
trong hình thức sinh sản hữu tính ở sinh vật nhân thực.
Câu 14: Tại sao lặp gen là một cơ chế phổ biến trong quá trình tiến hoá dẫn đến sự hình thành
một gen có chức năng mới? Từ một vùng không mã hoá của hệ gen, hãy chỉ ra một cách khác
cũng có thể dẫn đến sự hình thành một gen mới.
Trả lời:
- Lặp gen dẫn đến sự có mặt nhiều bản sao của cùng một gen trong hệ gen. Do gen gốc vẫn tồn tại

nên không bị tác động của chọn lọc tự nhiên, nhờ vậy các bản sao của gen có thể tự do tích luỹ
các đột biến. Sự tích luỹ dần các đột biến ở các bản sao của gen có thể dẫn đến sự hình thành các
gen có chức năng mới.
- Một cách khác là sự tích luỹ các đột biến trong vùng không mã hoá của hệ gen có thể chuyển
vùng không mã hoá thành vùng mã hoá, dẫn đến sự hình thành một gen mới.
Câu 15: Các nhà khoa học đã đề xuất hai giả thuyết về sự hình thành gen mới trong quá trình tiến
hóa như sau:

Theo giả thuyết 1, gen mới được hình thành qua tái tổ hợp các exon của các gen đã có
trước; giả thuyết 2 cho rằng một gen được lặp lại thành 2 hoặc nhiều bản sao, sau đó các bản sao
bị đột biến điểm phân hóa có thể dẫn đến hình thành gen mới.

Để tìm hiểu xem hai gen A và B (có chức năng khác nhau) ở các loài khác nhau có được
tiến hóa theo giả thuyết 1 hay giả thuyết 2, người ta đã nghiên cứu sản phẩm protein của chúng ở
các loài khác nhau. Hãy cho biết kết quả nghiên cứu như thế nào thì ủng hộ cho giả thuyết 1 và
kết quả nghiên cứu như thế nào thì ủng hộ cho giả thuyết 2.
Trả lời:
- Nếu các protein do các gen A và B mã hóa có những đoạn trình tự axit amin nhất định giống
nhau thì chứng tỏ trình tự đó được qui định bởi các exon giống nhau và do vậy ủng hộ giả thuyết
tái tổ hợp lại các exon.

135

- Nếu trình tự các axit amin trên toàn bộ chuỗi polipeptit về cơ bản là giống nhau và chỉ khác
nhau ở một số vị trí thì ủng hộ cách 2.
Câu 16: Trên quan điểm tiến hóa phân tử, hãy giải thích:

a) Trong hình thức chọn lọc nào, tốc độ tích lũy các đột biến sai nghĩa (thay thế axit amin)
trong vùng mã hóa của gen có xu hướng cao hơn tốc độ tích lũy các đột biến đồng nghĩa (thay
thế nucleotit nhưng không làm thay đổi axit amin)?

b) Trong các phân tử tARN, các vùng mang các bazơ bắt cặp bổ sung có tốc độ tích lũy đột
biến nhìn chung chậm hơn so với các vùng không có các bazơ bắt cặp bổ sung?
Trả lời:

a. Hình thức chọn lọc phân hóa:
Vì : Khi hình thức chọn lọc này xảy ra, các cá thể được chọn lọc ưu tiên giữ lại sẽ có khuynh
hướng mang các tính trạng (kiểu hình) khác biệt nhau và khác hầu hết với các cá thể thuộc quần
thể xuất phát (theo hình thức chọn lọc kiên định). Sự khác biệt này cần sự xuất hiện của các đột
biến thay thế axit amin mới dẫn đến sự thay đổi kiểu hình/ tính trạng; những đột biến này đồng
thời được giữ lại. Trong khi đó, 2 hình thức còn lại khuynh hướng ưu tiên giữ lại các cá thể có
kiểu hình giống nhau (alen kiểu dại trong chọn lọc kiên định và alen đột biến trong chọn lọc vận
động); do đó, hầu hết các đột biến được giữ lại là các đột biến đồng nghĩa, thay thế nuclêotit.
b. Vì: Cấu trúc hai bậc của các tARN giữ vai trò quan trọng trong việc quy định cấu hình
không gian và sự biểu hiện chức năng của các tARN. Trong đó các vùng mang các bazơ bắt cặp
bổ sung quyết định cấu trúc bậc 2 này của các tARN.
Vì vai trò quan trọng như vậy, các đột biến trong những vùng này thường có nguy cơ gây
hậu quả nghiêm trọng ⇒ chúng ít biến đổi hơn trong quá trình tiến hóa (không được chọn lọc ưu
tiên giữ lại); vì vậy, tốc độ tích lũy đột biến trong những vùng này có khuynh hướng thấp hơn so
với các vùng không chứa các bazơ kết cặp bổ sung.
Câu 17: Tại sao trong việc xây dựng cây chủng loại phát sinh, việc dùng trình tự nucleotide có
ưu thế hơn so với việc sử dụng trình tự axit amin?
Trả lời:
- ADN bền vững hơn nhiều so với protein. Các đoạn nhỏ ADN vẫn có thể tách chiết ra được
từ các hoá thạch có tuổi cả triệu năm vẫn có thể dùng PCR khuếch đại thành công, còn đối với
protein thì không thể tách chiết được từ hoá thạch có độ tuổi như vậy.
- Việc giải trình tự ADN có thể phát hiện ra được cả những đột biến yên lặng mà nếu phân tích
trình tự axit amin thì không thể.
- Giá thành để giải trình tự ADN thấp hơn so với giải trình tự axit amin và thời gian cũng cần
ít hơn.
- Giải trình tự axit amin không thể phát hiện ra các đột biến ở vùng điều hoà, intron cũng như
các loại trình tự ADN không mã hoá khác cũng như các đột biến trong gen rARN và tARN.
Câu 18: Vì sao yếu tố di truyền vận động có những vai trò nhất định có thể góp phần tạo nên sự
tiến hóa của gen?
Trả lời: Vai trò của yếu tố di truyền vận động (di động)

- Yếu tố di truyền vận động có thể tạo ra các trình tự nuclêôtit giống nhau nằm rải rác trong
hệ gen cung cấp các vị trí dễ xảy ra trao đổi chéo dẫn đến tái tổ hợp các exon có thể dẫn đến hình
thành gen mới.

- Yếu tố di truyền vận động khi di chuyển có thể mang theo một hoặc một vài exon của gen
nằm ở vùng lân cận đến cài vào 1 intron của một gen khác, tạo ra một tổ hợp exon mới có thể dẫn
đến hình thành gen mới.

- Yếu tố di truyền vận động có thể tạo ra trình tự nuclêôtit giống nhau nằm trên cùng một
cặp nhiễm sắc thể tương đồng, cung cấp các vị trí dễ xảy ra trao đổi chéo không cân dẫn đến hiện
tượng lặp gen sau đó nhờ các đột biến điểm phân hóa các bản sao để tạo ra gen mới.

136

Câu 19: Quá trình tiến hóa tạo ra gen có chức năng mới có thể được hình thành theo những cách

nào?
Trả lời:

Sự tiến hóa tạo ra gen có chức năng mới có thể được hình thành theo những cách thức

sau:
- Đột biến gen: Mỗi lần đột biến gen làm xuất hiện alen mới với chức năng mới. Theo

thời gian các alen cũ và mới lại tiếp tục phát sinh đột biến tạo nên các alen mới với các chức năng
mới, nhờ đó tạo ra hiện tượng dãy alen. Qua chọn lọc, các alen mới có giá trị phù hợp với hoàn
cảnh sống được chọn lọc bảo tồn trở thành gen có chức năng mới. Một vùng trong hệ gen vốn
không mã hóa tích lũy các đột biến trở thành gen có chức năng với ưu thế chọn lọc nào đó được
chọn lọc tự nhiên bảo tồn.

- Lặp gen kèm theo đột biến gen:
+ Các gen mới được hình thành qua đột biến từ các bản sao của các gen có sẵn do lặp
gen tạo ra. Các gen lặp tích lũy các đột biến, đặc biệt là các đột biến thay thế có lợi được chọn lọc
tăng cường trở thành gen mới.
+ Sự lặp gen có thể được tạo thành do trao đổi chéo không cân của cặp nhiễm sắc thể
tương đồng xảy ra ở kì đầu giảm phân 1 đưa đến lặp đoạn ở nhiễm sắc thể, do đó đưa đến lặp
gen. Lặp gen còn có thể xảy ra do hiện tượng “trượt” trong tái bản ADN do mạch làm khuôn xê
dịch so với mạch tương đồng mới được tổng hợp hoặc một phần của mạch làm khuôn được dùng
làm khuôn 2 lần, vì vậy một đoạn AND bị lặp lại.
- Lặp và xáo trộn êxôn:
+ Giống như quá trình trao đổi chéo không cân ở cặp nhiễm sắc thể tương đồng, một
êxôn nhất định trong gen có thể lặp lại trên một nhiễm sắc thể này, song lại mất đi trên một
nhiễm sắc thể kia. Loại prôtêin do gen mang các êxôn lặp lại mã hóa chứa hai bản sao của một
miền prôtêin làm tăng cường sự biểu hiện chức năng của prôtêin nếu prôtêin này trở nên ổn định
hơn.
+ Sự kết cặp và đôi khi phối trộn giữa các êxôn khác nhau của cùng một gen hoặc giữa
2 gen không alen với nhau do các lỗi tái tổ hợp trong quá trình giảm phân, có thể dẫn đến sự hình
thành những prôtêin mới với những chức năng mới.
- Tác động của yếu tố di truyền vận động:
+ Yếu tố di truyền vận động khi di chuyển có thể mang theo một hoặc vài êxôn nằm ở
vùng lân cận đến cài vào intron của gen khác, tạo ra một tổ hợp êxôn mới có thể dẫn đến hình
thành gen mới.
+ Yếu tố di truyền vận động có thể tạo ra các trình tự nuclêôtit giống nhau nằm trên cùng
cặp nhiễm sắc thể tương đồng cung cấp các vị trí dễ xảy ra trao đổi chéo dẫn đến tái tổ hợp các
êxôn có thể dẫn đến hình thành các gen mới. Sự trao đổi chéo không cân dẫn đến hiện tượng lặp
gen, sau đó nhờ các đột biến điểm phát sinh và phân hóa các bản sao để tạo ra gen mới.
Câu 20: Hãy nêu một số bằng chứng cho thấy ung thư là một dạng bệnh di truyền “đặc biệt”.
Trả lời:
Một số bằng chứng cho thấy ung thư là một bệnh di truyền gồm có :
- Ung thư là nhóm bệnh mà sự phân chia của tế bào xôma ở động vật đa bào bị mất kiểm soát; sự
phân bào này vốn được kiểm soát bởi các cơ chế mà xét tận cùng do hệ gen điều khiển. Vậy nên
sự mất kiểm soát này liên quan đến sai hỏng biểu hiện của hệ gen.
- Nhiều tế bào ung thư khi nuôi cấy in-vitro luôn luôn duy trì trạng thái phân chia mất kiểm soát
(trạng thái của tế bào ung thư) ; vì vậy, nhiều dòng tế bào ung thư được gọi là "bất tử".
- Người ta xác định được nhiều gen gây ung thư, như các tiền gen gây khối u (proto-oncogene),
gen gây khối u (oncogene), gen ức chế khối u, gen gây đột biến v.v...
- Nhiều virut gây khối u được xác định mang các gen gây ung thư.

137

- Nhiều gen ung thư được tìm thấy các bản sao "tương đồng" trong chính tế bào chủ/bình thường,
đây chính là các gen (ở dạng kiểu dại) điều hòa sự phân chia đúng của các tế bào trong cơ thể
- Một số bệnh di truyền hiếm gặp (như bệnh bạch cầu cấp do chuyển đoạn NST philadenphia)
biểu hiện di truyền theo dòng họ (giống di truyền học Menden; được truyền từ bố, mẹ cho con

cái).
- Nhiều chất gây đột biến được xác định là các chất gây ung thư.
- Người ta xác định được nhiều tế bào/mô ung thư mang các đột biến gen hoặc đột biến nhiễm
sắc thể.

Ung thư là bệnh di truyền "đặc biệt" bởi vì :
- Không giống như nhiều bệnh di truyền đơn gen, biểu hiện "tính trạng" ung thư không quan sát
thấy được truyền qua các thế hệ theo dòng họ (trong cùng gia đình).
- Đột biến phổ biến được tích lũy ở các tế bào soma (chỉ khoảng 10% được chuyền qua các tế bào
sinh dục). Sự biểu hiện của nhiều gen ung thư phụ thuộc vào các yếu tố môi trường và hoạt động
của các gen khác trong cơ thể (độ thâm nhập của gen ung thư thường nhỏ hơn 1,0).
Câu 21: Dựa vào đặc điểm của tế bào ung thư, hãy nêu và giải thích 4 loại đột biến làm thay đổi
tế bào bình thường thành tế bào ung thư di căn.
Trả lời :
- Đột biến ở gen pro-oncogene làm tăng số lượng tế bào tăng sinh một cách bất thường để tạo nên
khối u.
- Đột biến ở gen ức chế khối u làm mất khả năng ức chế khôi u (không tạo ra hoặc làm bất hoạt
các protein ức chế khối u).
- Đột biến ở làm hoạt hoá gen tổng hợp enzym đầu mút (telomeraza) làm cho tế bào phân chia
không ngừng.
- Đột biến làm hỏng gen qui định protein kết nối tế bào với nhau khiến cho tế bào có thể di
chuyển đến vị trí mới (di căn).
Câu 22: Các nhà khoa học đã có nhiều bằng chứng cho thấy quá trình hình thành nên một khối u
được bắt nguồn từ một tế bào bị đột biến nhiều lần. Nguyên nhân gây ung thư ở người cũng được
biết là do virus. Giả sử một tế bào bình thường, thoạt đầu bị virus chèn gen ung thư (oncogene)
vào hệ gen, sau đó tích lũy thêm các đột biến khác nhau, dẫn đến phát triển thành một khối u ác
tính, gồm nhiều dòng tế bào khác nhau. Thành phần các dòng tế bào như vậy thường thay đổi
trong quá trình phát triển khối u.
a.Làm thế nào người ta có thể xác định một khối u nào đó ở người được hình thành bằng cách tế
bào bình thường, trước tiên nhận gen ung thư từ virus rồi sau đó mới tích lũy thêm các đột biến
dẫn đến hình thành các khối u ác tính?
b.Giải thích tại sao thành phần các dòng tế bào khác nhau của cùng một khối u lại liên tục biến
đổi trong quá trình phát triển khối u?
Trả lời:

a.
- Về nguyên lí, nếu một tế bào bình thường nhận gen ung thư từ virus sẽ phân chia mạnh tạo ra
nhiều tế bào con chứa gen ung thư của virus. Các tế bào không bị ung thư sẽ không chứa gen ung
thư của virus. Do vậy, ta cần tiến hành thí nghiệm lai phân tử: lai đoạn đó đánh dấu huỳnh quang
hoặc phíng xạ có trình tự nu đặc thù của gen ung thư virus với DNA một mạch của tế bào khối u
cũng như lai với DNA của tế bào bình thường. Nếu mẫu dò chỉ lai được với DNA của tế bào ung
thư mà không bắt đôi với DNA của tế bào không bị ung thư thì chứng tỏ virus đã truyền gen ung
thư sang người.
- Tiến hành thí nghiệm lai phân tử như trên với tất cả các dòng tế bào khác nhau của cùng khối u
mà đều có kết quả tương tự như trên chứng tỏ gen ung thư đã được virus chèn vào hệ gen của
một tế bào gốc ban đầu , sau đó gen này được truyền cho các tế bào con cháu của nó.

138

b.Từ một tế bào bị đột biến tạo ra nhiều tế bào con, các tế bào con tăng sinh mạnh, tích lũy nhiều
đột biến khác nhau, đặc biệt là các đột biến liên quan đến các loại gen ức chế khối u qui định của
enzyme sửa sai đột biến, nên lại phát sinh thêm các đột biến tạo nên số lượng các dòng tế bào

khác nhau.
- Các loại tế bào tích lũy các đột biến khác nhau luôn cạnh tranh với nhau về khả năng sinh sản,
giành chất dinh dưỡng,…nên chọn lọc tự nhiện sẽ duy trì các dòng tế bào nào có khả năng sinh
sản vượt trội hơn các dòng tế bào khác. Cứ như vậy, chọn lọc làm thay đổi các dòng tế bào trong
suốt quá trình phát sinh và tồn tại của khối u.

Câu 23:
a) Cho rằng khối u được xuất phát từ một tế bào bị đột biến nhiều lần dẫn đến mất khả năng điều
hoà phân bào, hãy giải thích tại sao tần số người bị bệnh ung thư ở người già cao hơn so với ở
người trẻ.
b) Thực nghiệm cho thấy, nếu nuôi cấy tế bào bình thường của người trong môi trường nhân tạo
trên đĩa petri (hộp lồng) thì các tế bào chỉ tiếp tục phân bào cho tới khi tạo nên một lớp đơn bào
phủ kín toàn bộ bề mặt đĩa petri. Tuy nhiên, nếu lấy tế bào bị ung thư của cùng loại mô này và
nuôi cấy trong điều kiện tương tự thì các tế bào ung thư sau khi phân bào phủ kín bề mặt đĩa petri
vẫn tiếp tục phân chia tạo thành nhiều lớp tế bào chồng lên nhau. Từ kết quả này, hãy cho biết
đột biến đã làm hỏng cơ chế nào của tế bào khiến chúng tiếp tục phân chia không ngừng. Giải

thích.

Trả lời:

a. - Đột biến gen thường phát sinh do sai sót trong quá trình nhân đôi ADN. Do vậy, tế bào càng

nhân đôi nhiều càng tích luỹ nhiều đột biến. Ở người già số lần phân bào nhiều hơn so với ở

người trẻ nên nhân đôi ADN nhiều hơn, dẫn đến xảy ra nhiều đột biến hơn so với ở người trẻ

tuổi.

- Người già tiếp xúc nhiều hơn với các tác nhân đột biến, và hệ miễn dịch suy yếu không đủ khả

năng phát hiện và tiêu diệt các tế bào ung thư khiến các khối u dễ phát triển.

b. Các tế bào ung thư khi bị hỏng cơ chế tiếp xúc nên số lượng tế bào đông đúc vẫn không ức chế

sự phân bào. Khi đó tế bào vẫn phân chia tạo thành nhiều lớp chồng lên nhau trong khi các tế bào

bình thường chỉ phân chia cho tới khi chúng chiếm hết diện tích bề mặt và dừng lại khi tiếp xúc

trực tiếp với các tế bào bên cạnh.

Câu 24: Có 3 loại đột biến xảy ra ở cùng một gen ký hiệu các thể đột biến này lần lượt là M1,

M2 và M3. Để xác định các dạng đột biến trên thuộc loại nào người ta dùng phương pháp

Northern (phân tích ARN) và Western (phân tích protein). Kết quả phân tích mARN và protein

của các thể đột biến và kiểu dại (ĐC) bằng hai phương pháp trên thu được như hình dưới đây.

Hãy cho biết các thể đột biến M1, M2, M3 thuộc dạng nào?

Phương pháp Northern Phương pháp Western

ĐC M1 M2 M3 Kích thước ĐC M1 M2 M3 Kích thước

Dài Lớn

Ngắn Nhỏ

Trả lời:

139

- Phân tích ARN cho thấy kích thước của M1, M2 không thay đổi so với kiểu dại, chứng tỏ đây là
đột biến thay thế. Kích thước của M3 lớn hơn chúng tỏ đây là đột biến thêm cặp nuclêôtit.
- Phân tích prôtêin cho thấy: kích thước của M1 nhỏ hơn kiểu dại chứng tỏ đây là đột biến làm
xuất hiện bộ ba kết thúc sớm (ĐB vô nghĩa); kích thước M2 không thay đổi so với kiểu dại đây là
đột biến thay thế (ĐB nhầm nghĩa)
Câu 25: Thực nghiệm cho thấy, nếu nuôi cấy tế bào bình thường của người trong môi trường
nhân tạo trên đĩa petri (hộp lồng) thì các tế bào chỉ tiếp tục phân bào cho tới khi tạo nên một lớp
đơn bào phủ kín toàn bộ bề mặt đĩa petri. Tuy nhiên, nếu lấy tế bào bị ung thư của cùng loại mô
này và nuôi cấy trong điều kiện tương tự thì các tế bào ung thư sau khi phân bào phủ kín bề mặt
đĩa petri vẫn tiếp tục phân chia tạo thành nhiều lớp tế bào chồng lên nhau. Từ kết quả này, hãy
cho biết đột biến đã làm hỏng cơ chế nào của tế bào khiến chúng tiếp tục phân chia không ngừng.
Giải thích.
Trả lời: Các tế bào ung thư khi bị hỏng cơ chế tiếp xúc nên số lượng tế bào đông đúc vẫn không
ức chế sự phân bào. Khi đó tế bào vẫn phân chia tạo thành nhiều lớp chồng lên nhau trong khi
các tế bào bình thường chỉ phân chia cho tới khi chúng chiếm hết diện tích bề mặt và dừng lại khi
tiếp xúc trực tiếp với các tế bào bên cạnh.
Câu 26: Có một đột biến xảy ra trong gen quy định một chuỗi polipeptit chuyển bộ ba 5’-UGG-
3’ mã hoá cho axit amin triptophan thành bộ ba 5’-UGA-3’ ở giữa vùng mã hoá của phân tử
mARN. Tuy vậy, trong tế bào lại còn có một đột biến thứ hai thay thế nucleotit trong gen mã hoá
tARN tạo ra các tARN có thể “sửa sai” đột biến thứ nhất. Nghĩa là đột biến thứ hai “át chế” được
sự biểu hiện của đột biến thứ nhất, nhờ tARN lúc này vẫn đọc được 5’-UGA-3’ như là bộ ba mã
hoá cho triptophan. Nếu như phân tử tARN bị đột biến này tham gia vào quá trình dịch mã của
gen bình thường khác quy định chuỗi polipeptit thì sẽ dẫn đến hậu quả gì?
Trả lời:
- Codon mã hoá cho triptophan bình thường là 5’UGG3’ vì vậy, một Trp- tARN thường có bộ ba
đối mã là 5’XXA3’. Nếu tARN mang một đột biến mà bộ ba đối mã này chuyển thành 5’UXA3’
thì nó sẽ nhận ra mã 5’UGA3’ là bộ ba mã hoá cho Trp thay vì là bộ ba mã kết thúc.
- Nếu tARN đột biến được dùng để dịch mã các gen bình thường thì ở nhiều gen, mã UGA vốn
được hiểu là mã kết thúc sẽ được tiếp tục dịch mã thành Trp vào đầu COOH của chuỗi polipeptit
và sự dịch mã sẽ tiếp tục kéo dài cho đến khi riboxom bắt gặp một bộ ba kết thúc khác như (UAA
hoặc UAG). Vì vậy, chuỗi polipeptit được tạo ra sẽ có chiều dài, dài hơn bình thường.
Câu 27: A, B, C, D là các chất chuyển hóa trung gian (không theo đúng thứ tự) trong một con
đường hóa sinh của tế bào. Người ta tìm thấy 4 thể đột biến khác nhau kí hiệu từ D1 - D4. Khi
nuôi cấy 4 thể đột biến này lần lượt trong các môi trường được bổ sung chất A, B, C và D, người
ta thu được kết quả như sau: D1 chỉ sinh trưởng trong môi trường có A hoặc D; D2 chỉ sinh
trưởng trong các môi trường chứa A hoặc B hoặc D; D3 chỉ sinh trưởng trong môi trường có D;
D4 chỉ sinh trưởng trong môi trường có A hoặc B hoặc C hoặc D. Hãy vẽ sơ đồ các bước chuyển
hóa bị ức chế tương ứng ở các thể đột biến (D1-D4). Giải thích.
Trả lời:
* Sơ đồ chuyển hóa theo trình tự: C→B→A→D
- D1 bị đột biến làm mất chức năng của gen mã hóa enzyme chuyển hóa B thành A.
- D2 bị đột biến làm mất chức năng của gen mã hóa enzyme chuyển hóa C thành B.
- D3 bị đột biến làm mất chức năng của gen mã hóa enzyme chuyển hóa A thành D.
- D4 bị đột biến làm mất chức năng của gen mã hóa enzyme chuyển hóa hình thành chất C.
* Ta có thể suy ra được trình tự các bước chuyển hóa dựa trên nguyên lí là nếu thể đột biến nào
cần phải bổ sung tất cả các chất thì thể đột biến đó bị hỏng gen quy định enzim chuyển hóa tiền
chất đầu tiên của con đường chuyển hóa.

140

* Thể đột biến nào chỉ cần bổ sung một chất thì đó là sản phẩm cuối cùng của con đường chuyển
hóa.

PHẦN 11

A. ĐẠI CƯƠNG VỀ GEN
I. Khái niệm về genome và cấu trúc của genome ở Prokaryote và Eukaryote.

I.1. Genome
Genome (hay còn gọi là hệ gen), là cấu trúc chứa toàn bộ vật chất di truyền trong cơ thể
sinh vật, được mã hóa trong ADN (ở một số virut là ARN). Mỗi genome chứa tất cả thông tin cần
thiết để xây dựng và duy trì cơ thể đó.
Dự án genome là dự án xác định cấu trúc di truyền chính xác của một genome cơ thể
sống, nghĩa là trình tự ADN của tất cả các gen của nó. Dự án genome của một số sinh vật mô
hình đã được hoàn thành. Trình tự genome của những sinh vật mô hình rất có ý nghĩa trong
những nghiên cứu của một chuyên ngành khoa học mới đó là genome học (genomics). Dựa vào
đây, các nhà sinh học phân tử có thể phân tích cấu trúc, hoạt động và chức năng của các gen, làm
sáng tỏ được vai trò của các đoạn trình tự ADN lặp lại, các đoạn ADN không chứa mã di truyền,
và các đoạn ADN nằm giữa các gen... Điều đặc biệt có ý nghĩa là khi so sánh các genome với
nhau, có thể hiểu được hoạt động của genome trong các cơ thể sống, mối quan hệ giữa chúng, sự
đa dạng sinh học và mức độ tiến hóa.
Kết quả bước đầu so sánh genome giữa các loài sinh vật với nhau đã cho thấy có ba đặc
điểm nổi bật: 1) các gen phân bố trong genome không theo qui luật, 2) kích thước của genome
thay đổi không tỷ lệ thuận (tương quan) với tính phức tạp của loài, 3) số lượng nhiễm sắc thể
cũng rất khác nhau ngay giữa những loài rất gần nhau.
I.2. Cấu trúc của genome ở prokaryote và eukaryote
Genome chứa mọi thông tin di truyền đặc trưng cho từng loài, thậm chí cho từng cá thể
trong loài. Genome có thể bao gồm các phân tử ADN hoặc ARN. Đối với sinh vật bậc cao, kích
thước genome thay đổi từ 109 bp (động vật có vú) đến 1011 bp (thực vật). Khác với tế bào sinh vật
nhân sơ (prokaryote), các gen trong genome của eukaryote thường tồn tại nhiều bản sao và
thường bị gián đoạn bởi các đoạn trình tự nuclêôtit không mang thông tin di truyền (các
intron). Vì vậy, một trong những vấn đề đang được quan tâm là cần phải biết số lượng các gen
khác nhau có mặt trong genome cũng như số lượng các gen hoạt động trong từng loại mô, từng
giai đoạn phát triển và tỷ lệ các gen so với kích thước genome...
I.2.1. Genome của vi khuẩn
- Genome của vi khuẩn có cấu tạo rất đơn giản: Kích thước nhỏ, toàn bộ genome của vi
khuẩn là một phân tử ADN ở dạng vòng, mạch kép và không có màng nhân bao bọc. Các gen đều
tồn tại đơn bản và ở trạng thái đơn bội. Các đột biến điểm phát sinh đều có thể được biểu hiện
ngay ra kiểu hình. Vì vậy, vi khuẩn sinh sản rất nhanh đồng thời liên tục biến đổi thành những
chủng loại mới để có thể thích nghi được với những điều kiện môi trường khác nhau và thường
xuyên thay đổi trong quá trình tiến hóa.

141

Hình 1. Genome của vi khuẩn E.coli.
(Nguồn: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)

- Toàn bộ hệ gen của vi khuẩn chỉ chứa các đoạn ADN không lặp lại, và hầu hết các đoạn
trình tự nuclêôtit này đều được tham gia mã hóa cho các prôtêin cho tế bào.

- Genome của vi khuẩn chỉ chứa một số ít các gen, trong đó các phân bố sát nhau, không
bị gián đoạn bởi các đoạn ADN không chứa mã di truyền (intron). Tuy nhiên, gần đây một số
công trình nghiên cứu cho thấy ở nhóm đối tượng sinh vật cổ (Archae) cũng thuộc giới sinh vật
nhân sơ thì có hệ gen phân mảnh, xen kẽ các đoạn có ý nghĩa mã hóa (exôn) có các đoạn trình tự
nuclêôtit không có ý nghĩa mã hóa (intron).

- Ngoài ra, một số vi sinh vật chứa thêm plasmit, một dạng phân tử ADN kích thước rất
bé, tồn tại ở dạng mạch vòng tự do trong tế bào chất của vi khuẩn và một số chủng nấm men, có
khả năng tự nhân lên độc lập với hệ genome của vi khuẩn. Plasmit thường chứa một số gen có
tính đặc thù cao và có ý nghĩa rất quan trọng giúp cho vi khuẩn có thêm những đặc tính khác biệt
như gen kháng kháng sinh giúp chúng sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện môi trường có
các chất kháng sinh diệt khuẩn , gen giúp cho vi sinh vật có khả năng tuyển chọn được khoáng
trên môi trường tuyển chọn, một số gen chỉ thị màu,… Bên cạnh đó, các vi khuẩn có thể truyền
cho nhau những gen đặc biệt này thông qua cầu tiếp hợp giúp cho các quần thể vi khuẩn có thể
tồn tại và chống chọi tốt hơn với những điều kiện môi trường xung quanh, đồng thời gây nên
những khó khăn nhất định cho con người trong công cuộc chống lại các bệnh truyền nhiễm do vi
sinh vật gây ra.

142

Hình 2. Plasmit của vi khuẩn E.coli.
(Nguồn: https://voer.edu.vn/m/plasmid/41c26b02)

I.2.2. Genome của sinh vật nhân chuẩn
99% genome nằm trong nhân tế bào. Phần còn lại nằm trong một số bào quan (ty thể, lạp
thể). Genome trong nhân có một số đặc điểm như sau:
- Thường có kích thước rất lớn (12Mb đến 120.000Mb) và phân bố trên các NST dạng
thẳng. Các NST có kích thước rất dài được đóng xoắn rất chặt và gói gọn trong nhân tế bào. Các
phân tử ADN ở sinh vật nhân chuẩn có cấu trúc hệ gen rất phức tạp, gồm các trình tự nuclêôtit
lặp lại và các thành phần không lặp lại.

Hình 3. 23 cặp nhiễm sắc thể ở người được xác được qua phương pháp tế bào học
(nhuộm băng NST).

(Nguồn: http://sciencedoing.blogspot.com/2013/01/human-male-degenerative-sex.html)

- Các loại ADN trong genome:
+ Các trình tự lặp lại nhiều lần: Chiếm 10-15% genome, đây những trình tự ADN ngắn
(10-200kb), không làm nhiệm vụ mã hóa cho bất kì prôtêin nào, chúng tập trung chủ yếu ở những
vùng chuyên biệt trên NST (tâm động, đầu mút NST,…).
+ Các trình tự lặp lại trung bình: 25-40%, là những đoạn ADN có kích thước lớn hơn
(100-1000kb). Những đoạn trình tự này thường không có chức năng mã hóa cho bất kì sản phẩm
nào hoặc mã hóa cho rARN, tARN, 5S ARN.
+ Các trình tự duy nhất: Là các gen mã hóa cho các prôtêin, có trình tự đặc trưng cho
từng gen.
+ Trên thực tế, hầu hết trình tự các trình tự nuclêôtit phân bố trong thành phần ADN
không lặp lại. Các gen chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với toàn bộ genome (1-2% genome). Các
gen thường phân bố xa nhau và trong gen chứa nhiều intron. Các chức năng của intron đang ngày
một được làm rõ và có thể nhận định rằng sự xuất hiện của intron là một xu hướng tiến hóa đặc
biệt của một nhánh vi sinh vật cổ đồng thời intron cũng có rất nhiều chức năng quan trọng trong
quá trình điều hòa hoạt động của gen, biệt hóa tế bào và sự xáo trộn exôn-intron tạo ra các phân
tử mARN khác nhau,... Bên cạnh đó, các nhà khoa học cũng đang đưa ra giả thuyết chứng minh
rằng sự xuất hiện của các gen phân mảnh có một số yếu tố đặc biệt liên quan đến sự xuất hiện của
màng nhân ở sinh vật nhân thực trong quá trình tiến hóa.
+ Các gen trong tế bào sinh vật nhân thực thường có nhiều bản sao. Các bản sao của một
gen được xếp vào một họ gen. Cấu trúc họ gen ở đây có một số điểm gần tương đồng với các mô
hình điều hòa hoạt động của gen opêrôn như ở sinh vật nhân sơ nhưng cũng có rất nhiều điểm
khác biệt. Mỗi gen trong họ thường hoạt động ở một thời điểm nhất định trong quá trình phát

143

triển cá thể hay trong các mô riêng biệt. Sự hoạt động của các gen này được điều hòa một cách
nhịp nhàng và chặt chẽ bởi rất nhiều cơ chế điều hòa hoạt động của gen phức tạp và nhiều cấp độ.

Còn đối với genome nằm trong tế bào chất, cụ thể là nằm ở hai bào quan là ty thể và lục
lạp, có nguồn gốc sâu xa từ vi khuẩn hiếu khí nội cộng sinh, có một số đặc điểm như sau:

+ Genome ty thể: Là phân tử ADN dạng mạch vòng kép, chứa các gen mã hóa cho rARN
của ty thể và một số enzyme tham gia vào chuỗi hô hấp. Ngoài ra, ty thể còn chứa các gen mã
hóa tRNA, ribôxôm và một số prôtêin liên quan đến quá trình phiên mã, dịch mã, và vận chuyển
các prôtêin khác vào ty thể từ tế bào chất.

Hình 4. ADN ty thể của người. Bao gồm 22 gen tARN, 2 gen rARN, và 13 vùng mã hóa
prôtêin.

+ Genome lục lạp: chứa ADN ở dạng kép, mạch vòng, chứa khoảng 200 gen. Các gen mã
hoá cho các rARNvà tARN và các prôtêin cần cho hoạt động quang hợp.

Cả hai nhóm genome này đều di truyền theo dòng mẹ, không xảy ra hiện tượng tái tổ hợp
di truyền giống như gen ở trong nhân và tồn tại ở trạng thái đơn bội nên các đột biến điểm khi
phát sinh thì nhanh chóng được biểu hiện ra kiểu hình của cơ thể.

144

Hình 5. ADN lục lạp.
(Nguồn: http://tolweb.org/notes/?note_id=4148)

Trước đây có những dẫn chứng chứng minh các phân tử ADN trong ty thể, lục lạp có khả
năng nhân lên một cách độc lập với hệ genome trong nhân của tế bào, đó là số lượng bản sao của
ty thể và lục lạp trong tế bào là rất lớn. Hiện nay, các nhà khoa học đang tìm ra một số thông tin
để làm nền tảng chứng minh rằng sự nhân lên và hoạt động của ty thể và lục lạp có phụ thuộc vào
một số prôtêin được tạo ra từ trong hệ gen của nhân tế bào vận chuyển ra tế bào chất.
II. Đại cương về gen

II.1. Khái niệm về gen
Theo khái niệm truyền thống, gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hóa
cho một sản phẩm nhất định, đó là các sản phẩm cần thiết đối với hoạt động sống của tế bào. Gen
tham gia vào quá trình phiên mã tạo ra các phân tử ARN gồm rất nhiều loại với các chức năng
khác nhau, trong đó có ba loại ARN chính là mARN, rARN, tARN tham gia vào quá trình dịch
mã tổng hợp prôtêin và các loại ARN khác tham gia vào quá trình kiểm soát và điều hòa hoạt
động của genome.
Ngày nay, định nghĩa về gen ở các đối tượng sinh vật khác nhau, và cả đối tượng không
phải sinh vật sống - vi rút, cũng được mở rộng hơn. Cụ thể, thông qua nghiên cứu nhiều chủng
virút khác nhau, người ta nhận thấy rằng không chỉ ADN mà ARN cũng có thể cấu tạo nên vật
chất di truyền, thậm chí thông qua quá trình nhân lên của vật chất di truyền ở các đối tượng vi rút
này còn có sự khác biệt rất lớn so với các sinh vật sống đã biết. Vi rút được tìm thấy ở bất cứ nơi
nào có sự sống và có thể đã tồn tại kể từ khi tế bào sống đầu tiên được tiến hóa thành. Nguồn gốc
của vi rút không rõ ràng bởi chúng không tạo hóa thạch, vì vậy các kĩ thuật phân tử đã được sử
dụng để so sánh ARN hay ADN của vi rút và là một công cụ hiệu quả để nghiên cứu xem chúng
phát sinh ra sao. Nhìn chung, có ba giả thuyết chính để giải thích nguồn gốc của vi rút như sau:
+ Giả thuyết thoái lui: Giả thuyết này cho rằng vi rút có thể đã từng là những tế bào nhỏ
mà ký sinh bên trong những tế bào lớn hơn. Trải qua thời gian, những gen không cần thiết cho sự
ký sinh này mất đi. Những vi khuẩn như Rickettsia và Chlamydia cũng sống trong tế bào và
giống như vi rút, chỉ có thể sinh sản khi ở bên trong tế bào vật chủ. Những vi khuẩn này đã hỗ trợ
cho giả thuyết thoái lui, do sự phụ thuộc ký sinh của chúng có thể đã làm mất đi những gen cho
phép chúng tồn tại bên ngoài tế bào.
+ Giả thuyết nguồn gốc từ tế bào: Theo giả thuyết này, một số vi rút có thể đã tiến hóa từ
những mảnh ADN hay ARN mà "thoát ra" từ hệ gen của những sinh vật lớn hơn. ADN thoát ra
có thể là từ những plasmit (những đoạn ADN trần mà có thể di chuyển giữa những tế bào) hoặc
từ những transposon (những phân tử ADN mà nhân lên và di chuyển quanh những vị trí khác
nhau bên trong bộ gen của tế bào). Từng được gọi là những "gen nhảy", transposon là những ví
dụ của các yếu tố di truyền di động và có thể là nguồn gốc của một số vi rút. Chúng được phát
hiện ở ngô bởi Barbara McClintock vào năm 1950.
+ Giả thuyết đồng tiến hóa: Còn được gọi là "giả thuyết vi rút - đầu tiên", đề xuất rằng vi
rút có thể đã tiến hóa từ những phân tử prôtêin và axít nuclêic phức tạp cùng một thời điểm khi tế
bào xuất hiện lần đầu trên Trái Đất, và đã không hề bị phụ thuộc vào tế bào trong hàng tỷ năm.
Viroid là những phân tử ARN mà không được phân loại là vi rút bởi chúng thiếu đi lớp vỏ
prôtêin. Tuy nhiên, chúng có những đặc tính tương đồng với vài loại vi rút và thường được gọi là
những "tác nhân dưới vi rút". Viroid là những mầm bệnh quan trọng ở thực vật. Chúng không mã
hóa prôtêin nhưng lại tương tác với tế bào chủ và sử dụng bộ máy tế bào vật chủ cho sự nhân lên
của chúng.Vi rút viêm gan siêu vi D trên người cũng có bộ gen ARN tương đồng với viroid
nhưng có lớp vỏ prôtêin xuất xứ từ vi rút viêm gan B và không có khả năng tạo ra lớp vỏ của
riêng chúng. Vì vậy, chúng là một loại virus khiếm khuyết và không thể tự nhân lên mà không có

145

virus viêm gan B giúp đỡ. Tương tự như vậy, sputnik virophage cũng bị lệ thuộc vào mimivirus,
loại vi rút lây nhiễm trên Acanthamoeba castellanii. Những vi rút mà phụ thuộc vào sự hiện diện
của những loài vi rút khác trong tế bào vật chủ được gọi là những vệ tinh và có thể là đại diện cho
một bước trung gian trong quá trình tiến hóa giữa viroid và vi rút.

Hình 6. Vi rút Sputnik kí sinh bên trong một vi rút khác thuộc họ Mimivirus.
(Nguồn: http://femsre.oxfordjournals.org/content/34/3/260)

Vậy genome của vi rút được phân loại như thế nào? David Baltimore, nhà sinh vật học
nổi tiếng đã dành được giải Nobel Sinh học đã dùng hệ thống phân loại học Baltimore của mình
để chia các chủng vi rút ra thành các nhóm lớn tùy theo cấu trúc vật chất di truyền của chúng.
Thực tế, Baltimore phân loại vi rút dựa trên cơ chế sản xuất ARN thông tin (mRNA). Vi rút phải
tạo ra mRNA từ bộ gen của chúng để sản xuất prôtêin và sao chép chính chúng, nhưng có những
cơ chế khác nhau đã được sử dụng để đạt được điều này trong mỗi họ virus. Bộ gen vi rút có thể
là sợi đơn (ss) hoặc sợi đôi (ds), ARN hoặc ADN, và có thể sử dụng enzym phiên mã ngược (RT)
hoặc không. Thêm vào đó, những vi rút ssARN có thể là dương tính (+) hoặc âm tính (−). Hệ
thống phân loại này sắp xếp vi rút vào 7 nhóm:

+ I: vi rút dsADN (ví dụ Adenovirus, Herpesvirus, Poxvirus)
+ II: vi rút ss ADN ADN (+) (ví dụ Parvovirus)
+ III: vi rút dsARN (ví dụ Reovirus)
+ IV: vi rút (+) ssARN ARN (+) (ví dụ Picornavirus, Togavirus)
+ V: vi rút (−) ssARN ARN (-) (ví dụ Orthomyxovirus, Rhabdovirus)
+ VI: vi rút ssARN-RT ARN (+) với trung gian ADN (ví dụ Retrovirus)
+ VII: vi rút dsADN-RT (ví dụ Hepadnavirus)

146

Hình 7. Phân loại vi rút theo vật chất di truyền của Baltimore.
(Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Virus_classification)

Với những hiểu biết đầy đủ hơn về đối tượng không được coi là sinh vật sống mà chỉ coi
là một dạng sống, vi rút, từ đó ta thấy gen, với cách định nghĩa mới, là một đoạn của phân tử axit
nuclêic (có thể là ADN hoặc ARN với các dạng cấu trúc như nêu ở trên), mang thông tin mã hóa
cho một sản phẩm nhất định. Hiện nay, có thể định nghĩa gen một cách tổng quát như sau: Gen là
đơn vị chức năng cơ sở của bộ máy di truyền chiếm một lô cút nhất định trên nhiễm sắc thể và
xác định một tính trạng nhất định. Các gen là những đoạn vật chất di truyền mã hóa
cho những sản phẩm riêng lẻ như các mRNA được sử dụng trực tiếp cho tổng hợp các
enzyme, các protein cấu trúc hay các chuỗi polipeptit để gắn lại tạo ra prôtêin có hoạt tính sinh
học. Ngoài ra, gen còn mã hóa cho các tARN, rARN và snARN...

II.2. Phân loại gen
Dựa vào các tiêu chí khác nhau, người ta phân loại gen ra làm nhiều loại khác nhau. Cụ
thể, nếu dựa vào chức năng của gen có thể chia thành hai loại là gen cấu trúc và gen điều hòa.
Nếu dựa trên sự phân mảnh của gen, tức là vùng mã hóa có sự xen kẽ giữa các đoạn có ý nghĩa
mã hóa (exôn) và các đoạn vô nghĩa (intron) hay có tính liên tục, người ta chia gen thành hai
nhóm là gen phân mảnh và gen không phân mảnh. Thậm chí, khi xét về genome của nhóm sinh
vật nhân chuẩn, cùng với sự xuất hiện của màng nhân và nhân chính thức, theo vị trí của gen, có
thể chia thành hai nhóm gồm gen nằm trong nhân và gen nằm trong tế bào chất với các đặc điểm
về cấu trúc và phương thức di truyền rất khác nhau.
II.2.1. Gen cấu trúc ở sinh vật nhân sơ (prokaryote):
Ở sinh vật nhân sơ, mỗi gen cấu trúc được chia ra làm hai phần, gồm có vùng điều khiển
hoạt động của gen và vùng mang thông tin di truyền.
Vùng điều khiển hoạt động của gen là một đoạn trình tự nuclêôtit nằm trước các đoạn gen
mang thông tin mã hóa cho các phân tử prôtêin, bắt đầu từ -1, gồm các vị trí:
- Promoter: Promoter là trình tự nhận biết của enzyme ARN polymeraza và là nơi mà
enzyme ARN polymeraza gắn vào để xác định vị trí bắt đầu phiên mã. Do vậy nên promoter có
những cấu trúc đặc hiệu giúp enzyme nhận biết chính xác. Khảo sát nhiều promoter khác nhau
của các gen, người ta nhận thấy phần tâm của promoter có những trình tự chung giống nhau và
gọi là các hộp, ví dụ ở E. coli có hộp TATAAT. Hộp này thường nằm ở vị trí khoảng −10, tức là
nằm ở khoảng 10 nuclêôtit phía trước vị trí khởi đầu phiên mã hay trình tự TTGACA nằm ở vị trí

147

−35, tức là khoảng 35 nuclêôtit trước vị trí khởi đầu phiên mã. Ở vi khuẩn có một loại promoter
vì chỉ có một loại ARN polymeraza.

Hình 8. Vùng trung tâm của promoter của operon Tryptophan ở vi khuẩn
(Nguồn: Giáo trình Sinh học phân tử – Nguyễn Hoàng Lộc)

- Vị trí hoạt hóa (A) hoặc vị trí ức chế (O): được nhận biết bởi các prôtêin điều khiển,
chúng có thể liên kết với ADN hoặc ARN polymeraza làm tăng cường hoặc kìm hãm hoạt động
của gen trong quá trình phiên mã.

Tiếp theo vùng điều khiển hoạt động của gen là vùng mang thông tin di truyền, là đoạn
trình tự nuclêôtit được phiên mã từ ADN sang mRNA theo chiều 5’→ 3’ trên sợi đang tổng hợp
(bắt đầu từ vị trí +1). Đoạn trình tự này gồm một số vùng như sau:

- Vùng đầu 5’ và 3’ không dịch mã (5’UTR và 3’UTR): Đây là các đoạn trình tự nuclêôtit
chưa được biết rõ các chức năng một cách đầy đủ, tuy nhiên các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chúng
đóng vai trò quan trọng trong việc quy định tuổi thọ của các phân tử mARN, đồng thời tham gia
vào quá trình kiểm soát phiên mã ở trong tế bào. Trong đó, vùng đầu 5’UTR không dịch mã được
tính từ nuclêôtit phiên mã đầu tiên đến bộ ba nuclêôtit khởi đầu quá trình dịch mã (AUG hoặc
GUG tùy thuộc vào các đối tượng sinh vật). Trình tự các nuclêôtit không dịch mã đầu 3’ (3’
UTR) được tính từ một trong ba codon dừng dịch mã (UAA, UAG, UGA) đến hết trình tự kết
thúc quá trình phiên mã.

Hình 9. Vùng 5’UTR và 3’UTR trong gen cấu trúc.
(Nguồn: https://www.ufpe.br/biolmol/Genetica-Medicina/genes-

estrutura_e_organizacao.htm)

- Vùng khung đọc mở của gen: Đây là phần ADN sẽ tham gia vào quá trình mã hóa các
chuỗi polipeptit trong các phân tử prôtêin, có tính liên tục vì không có sự xen kẽ giữa các đoạn
exôn và các đoạn intron. Vùng khung đọc mở của gen được bắt đầu bằng một codon khởi đầu
(AUG) và kết thúc bằng một trong 3 mã kết thúc là UAA/UAG/UGA. Quá trình dịch mã được
đọc từ đầu 5’ -> 3’, đọc theo phân tử mRNA một cách liên tục theo từng mã một, mỗi codon
tương ứng với một axit amin trong chuỗi pôlipeptit đang được kéo dài, không có hiện tượng
chùm và gối lên nhau (chỉ xảy ra ở vi rút) cho đến tận mã kết thúc thì dừng lại.

148

Các gen prokaryote thường sắp xếp nằm gần nhau và chịu sự điều khiển chung của một
promoter, tức là chúng được phiên mã sang cùng một phân tử mRNA. Cấu trúc này được gọi là
opêrôn. Như vậy, một opêrôn gồm hai hay nhiều gen nằm cạnh nhau trên một nhiễm sắc thể.
Thông thường, đó là các gen cùng tham gia vào một con đường chuyển hóa, ví dụ như các gen
mã hóa cho các enzyme cần thiết cho quá trình chuyển hóa glucose.

Do có chung promoter điều khiển cho mọi gen nằm trong một opêrôn cho nên chỉ có một
loại phân tử mRNA được tổng hợp từ một opêrôn (mang thông tin di truyền của tất cả các gen
nằm trong đó). Nói cách khác, quá trình phiên mã của các gen trong một opêrôn xảy ra đồng thời
và phân tử mRNA đặc trưng cho opêrôn được gọi là mRNA polycistron.

Hình 10. Cấu trúc operon trong genome vi khuẩn. Một operon là một đơn vị phiên mã
đơn bao gồm một chuỗi các gen cấu trúc, một promoter và một operator.
(Nguồn: Giáo trình Sinh học phân tử – Nguyễn Hoàng Lộc)

Tuy nhiên, điều cần ghi nhớ là quá trình dịch mã trên các phân tử mRNA
polycistron xảy ra hoàn toàn độc lập với nhau. Mỗi đoạn tương ứng với một gen trên
phân tử này đều có vị trí bám của ribôxôm, có mã bắt đầu và kết thúc tổng hợp chuỗi polypeptit
riêng biệt. Do đó, tốc độ tổng hợp các prôtêin trên các phân tử mRNA polycistron hoàn
toàn khác nhau.

II.2.2. Gen cấu trúc ở sinh vật nhân chuẩn (eukaryote):
Ở sinh vật nhân chuẩn, cấu trúc hệ gen phức tạp hơn rất nhiều so với hệ gen của sinh vật
nhân sơ. Một gen cấu trúc điển hình ở các tế bào eukaryote gồm có 3 phần chính: vùng điều
khiển hoạt động của gen, vùng mang thông tin di truyền và vùng kết thúc của gen.

Hình 11. Cấu trúc gen phân mảnh ở sinh vật nhân chuẩn.
(Nguồn: Giáo trình Sinh học phân tử – Nguyễn Hoàng Lộc)

- Vùng điều khiển hoạt động của gen: Đây là nơi có các trình tự cho sự nhận biết của
enzym ARN polymeraza và các prôtêin điều hòa. Tại đoạn trình tự này chứa vùng khởi động
(promoter) có chung một số trình tự như hộp TATA (-25) và CAAT (-75) ; trình tự giàu GC (-90)
tham gia vào quá trình khởi đầu quá trình phiên mã. Bên cạnh đó còn có một số trình tự đặc biệt

149

nằm trong vùng điển khiển hoạt động của gen là trình tự tăng cường (enhancer) phân bố ở gần, xa
hoặc trong gen; ngoài ra còn co các trình tự kìm hãm (silencer) giúp cho quá trình điều hòa hoạt
động của gen diễn ra một cách nhịp nhàng hơn.

- Vùng mang thông tin di truyền: Gồm các đoạn trình tự ADN mang thông tin mã hóa
exôn xen kẽ với các đoạn không có thông tin mã hóa intron và có 2 đầu 5’UTR và 3’UTR. Khung
đọc mở của gen cấu trúc ở sinh vật nhân chuẩn cũng tương tự như ở sinh vật nhân sơ, cụ thể
khung đọc mở bắt đầu từ bộ ba khởi đầu (AUG) và kết thúc tại mã kết thúc (UAA/ UAG/UGA).
Các bộ ba được đọc liên tục từ đầu 5’ về đầu 3’, đọc từng mã, không chồng chéo lên nhau cho
đến mã kết thúc. Bên trong mỗi gen cấu trúc, exôn là trình tự mang thông tin di truyền thường
được mã hóa sang prôtêin; nằm ở 3 vùng: Vùng 1 làm tín hiệu phiên mã và dịch mã, vùng 2 dịch
mã sang prôtêin, vùng 3 tín hiệu kết thúc dịch mã và gắn đuôi polyA. Các đoạn trình tự intron
được phiên mã sang tiền mARN sau đó bị cắt bỏ đi trong cơ chế cắt xén các intron – ghép nối các
exôn ở mức điều hòa sau phiên mã tạo ra phân tử mARN trưởng thành trực tiếp tham gia vào quá
trình dịch mã. Trình tự không dịch mã đầu 5’(UTR) được tính từ nuclêôtit phiên mã đầu tiên đến
bộ ba mở đầu dịch mã trong khi trình tự không dịch mã ở đầu 3’ (UTR) được tính từ bộ ba dừng
dịch mã đến trình tự kết thúc phiên mã. Gần đây các chức năng của những đoạn trình tự không
dịch mã ở hai đầu của vùng mang thông tin di truyền của gen cấu trúc ở sinh vật nhân chuẩn đang
được tìm hiểu kĩ hơn. Các chuỗi đuôi 5' UTR và 3' UTR có thể hấp dẫn với những loại enzyme
RNaza nhất định, đẩy mạnh hoặc ngăn chặn sự ổn định tương đối của các phân tử ARN. Các
UTRs có thể cho phép ARN tồn tại lâu hơn trong tế bào chất trước khi phân hủy, dẫn đến việc
cho phép chúng sản xuất nhiều prôtêin hơn, trong khi những ARN khác có thể bị phân hủy sớm
hơn, dẫn đến vòng đời ngắn hơn và ứng với việc tạo ra số lượng prôtêin ít hơn.

- Vùng kết thúc: Đoạn trình tự kết thúc phiên mã chứa 2 đoạn ngắn các cặp nuclêôtit bổ
sung nhau giàu G=X tạo cấu trúc kẹp tóc làm dừng quá trình phiên mã. Và đây cũng là đoạn trình
tự làm dấu hiệu gắn chuỗi poly A có trình tự 5’-AAUAAA-3’ ở cách vị trí này 10-30 nuclêôtit.
PolyA được gắn vào tiền mARN sau phiên mã và trước khi diễn ra quá trình cắt các intron và nối
các exôn lại với nhau.

150