Liên Kết Gen Và Hoán Vị Gen: Lý Thuyết & Bài Tập Trắc Nghiệm

1. Liên kết gen là gì? (Di truyền liên kết hoàn toàn) 

1.1. Thí nghiệm của Morgan trên ruồi giấm

Đối tượng: Ruồi giấm

Đặc điểm: Dễ nuôi trong ống nghiệm, đẻ nhiều, vòng đời ngắn, có nhiều biến dị, dễ quan sát, số lượng NST ít (2n=8).

P thuần chủng: ♀ thân xám, cánh dài × ♂ thân đen, cánh cụt

F1: 100% Thân xám, cánh dài

♂ F1 lai phân tích:

Pa: ♂ F1 thân xám, cánh dài × ♀ thân đen, cánh cụt

Fa: 1 thân xám, cánh dài : 1 thân đen, cánh cụt

1.2. Giải thích quy luật liên kết gen

Phép lai trên của Morgan xét sự di truyền của 2 cặp tính trạng: màu sắc thân và độ dài cánh.

Từ kết quả phép lai ta nhận thấy: 

• Fa xuất hiện 2 loại kiểu hình.

• Tỉ lệ phân li kiểu hình của tính trạng màu sắc thân là: thân xám: thân đen = 1:1.

• Tỉ lệ phân li kiểu hình của tính trạng độ dài cánh là: cánh dài: cánh cụt = 1:1.

• Tỉ lệ phân li kiểu hình của cả 2 cặp tính trạng là: 1 thân xám, cánh dài : 1 thân đen, cánh cụt.

Từ kết quả trên ta thấy kết quả phép lai phân tích Fa không phải là 1 : 1 : 1 : 1 nên tính trạng màu sắc thân và độ dài cánh không tuân theo quy luật phân li độc lập của Menden.

⇒ Kết quả phép lai phân tích này của Morgan giống với kết quả trường hợp phép lai phân tích cho một cặp tính trạng.

Thế hệ F1 cho kết quả 100% ruồi đều thân xám, cánh dài → thân xám là trội hoàn toàn so với thân đen, cánh dài là trội hoàn toàn so với cánh ngắn.

P khác nhau về 2 cặp tính trạng thuần chủng tương phản → F1 dị hợp tử về cả 2 cặp gen. Theo lí thuyết, nếu đem F1 lai phân tích thì thu được đời con có tỉ lệ kiểu hình là: 1 : 1 : 1 : 1.

Nhưng trên thực tế, Morgan thu được F2 có tỉ lệ kiểu hình là 1 : 1.

→ F1 chỉ tạo ra 2 loại giao tử với tỉ lệ ngang nhau. Nghĩa là 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng đang xét cùng nằm trên 1 cặp NST.

1.3. Nội dung

Di truyền liên kết là hiện tượng 1 nhóm tính trạng được di truyền cùng nhau, được quy định bởi các gen nằm trên cùng 1 NST, cùng phân li về 1 giao tử và cùng tổ hợp trong quá trình thụ tinh.

Các gen nằm cùng nhau trên 1 NST, phân li cùng nhau trong giảm phân và tổ hợp cùng nhau thụ tinh dẫn đến nhóm tính trạng do các gen đó quy định cũng di truyền đồng thời.

Mỗi NST cấu tạo gồm 1 phân tử ADN. Mỗi ADN mang nhiều gen và mỗi gen chiếm một vị trí xác định trên phân tử ADN và được gọi là lôcut. 

Các gen nằm cùng nhau trên 1 NST thường được di truyền cùng nhau, tạo thành 1 nhóm gen liên kết (nhưng không phải lúc nào các gen trên cùng 1 NST cũng được di truyền cùng nhau). Số nhóm gen liên kết của mỗi loài chính bằng với số NST trong bộ NST đơn bội (n) của loài đó.

Ví dụ: Ở loài ruồi giấm có bộ NST 2n = 8 → có số nhóm gen liên kết = bộ NST đơn bội n = 4.

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và lên lộ trình ôn thi đạt 9+ tốt nghiệp THPT

1.4. Sơ đồ lai liên kết gen

1.5. Cơ sở tế bào học

Quy ước gen: 

• Gen B quy định cánh dài.

• Gen b quy định cánh cụt.

• Gen V quy định thân xám.

• Gen v quy định thân đen.

Mỗi NST được cấu tạo gồm 1 phân tử ADN, gen là 1 đoạn trình tự trên phân tử ADN. Mỗi một NST/ADN có kích thước lớn nên mang nhiều gen, các gen phân bố dọc theo chiều dài của NST.

Sự phân li trong giảm phân của các NST và sự tổ hợp tự do của chúng trong quá trình thụ tinh kéo theo sự di truyền đồng thời của các gen nằm trên cùng 1 NST.

2. Khái niệm hoán vị gen

2.1. Thí nghiệm của Morgan và hiện tượng hoán vị gen

P thuần chủng: ♀ thân xám, cánh dài × ♂ thân đen, cánh cụt

F1: 100% Thân xám, cánh dài

♀ F1 lai phân tích:

Pa: ♀ F1 thân xám, cánh dài ×  ♂ thân đen, cánh cụt

Fa:  0,415 Thân xám, cánh dài : 0,415 Thân đen, cánh cụt

       0,085 Thân xám, cánh cụt : 0,085 Thân đen, cánh dài

2.2. Giải thích

Lai phân tích ruồi ♂ thân đen, cánh cụt có kiểu gen bv/bv chỉ tạo ra 1 loại giao tử bv với xác suất 100%.

Vậy nên số loại kiểu hình và tỉ lệ ở đời con của phép lai phân tích này phụ thuộc hoàn toàn vào số loại và tỉ lệ giao tử được tạo ra bởi ruồi cái F1 đem lai.

Tỷ lệ kiểu hình ở Fa là: 41.5% thân xám, cánh dài : 41.5% thân đen, cánh cụt: 8.5% thân xám, cánh cụt : 8.5% thân đen, cánh dài.

→ Ruồi cái F1 giảm phân tạo ra 4 loại giao tử có tỉ lệ khác nhau (không phải 1: 1: 1: 1 như phân li độc lập của Menden). 4 loại giao tử này được chia thành 2 nhóm: BV = bv = 41,5%; Bv = bV = 8,5%.

Ta thấy gen quy định tính trạng màu sắc thân và độ dài cánh ở ruồi cái F1 không tuân theo quy luật di truyền phân li độc lập hay di truyền liên kết gen hoàn toàn. Để giải thích hiện tượng con cái F1 dị hợp tử thân xám, cánh dài cho 4 loại giao tử tỉ lệ không bằng nhau, Morgan giả thuyết rằng hiện tượng liên kết gen trong trường hợp này là không hoàn toàn (có xảy ra hiện tượng hoán vị gen). Nghĩa là các gen quy định 2 cặp tính trạng này mặc dù cùng nằm trên 1 cặp NST nhưng trong quá trình giảm phân có xảy ra hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo giữa 2 NST trong cặp tương đồng, dẫn đến hình thành giao tử hoán vị và giao tử liên kết với tỉ lệ không bằng nhau.

2.3. Nội dung quy luật hoán vị gen

Trong quá trình giảm phân hình thành giao tử, các cromatit khác nguồn trong cặp NST tương đồng ở kì đầu giảm phân 1 có thể trao đổi chéo các đoạn tương đồng cho nhau, dẫn đến tạo hoán vị gen và làm xuất hiện tổ hợp gen mới.

Sự liên kết giữa các gen có liên quan đến khoảng cách giữa chúng trên NST. Các gen nằm càng gần nhau trên 1 NST thì càng liên kết chặt chẽ với nhau, ngược lại, các gen càng nằm xa nhau trên NST thì sự liên kết giữa các gen là yếu hơn.

→ Tần số hoán vị gen và khoảng cách giữa các gen có mối quan hệ tỉ lệ thuận với nhau: 2 gen nằm càng gần nhau, tần số hoán vị càng nhỏ; 2 gen nằm càng xa nhau, tần số hoán vị càng lớn. 

Tần số hoán vị gen (f) được tính bằng tổng tỉ lệ các giao tử hoán vị → tỉ lệ mỗi giao tử = f/2. 

Tần số hoán vị của 2 gen với nhau không được vượt quá 50%, luôn nằm trong khoảng 0 – 50% → tỉ lệ giao tử hoán vị cũng không vượt quá 25%. 1 cM (centimorgan) tương ứng với 1% hoán vị.

Hiện tượng hoán vị gen có thể xảy ra ở cả hai giới (đậu hà lan, người...) hoặc chỉ xảy ra ở một giới (ruồi giấm, tằm dâu...).

Dùng phép lai phân tích có thể  xác định được tần số hoán vị giữa 2 gen với nhau.

Để xác định tần số hoán vị gen, người ta thường dùng phép lai phân tích.

2.4. Sơ đồ lai hoán vị gen

2.5. Cơ sở tế bào học

Quy ước gen: 

• Gen B quy định cánh dài.

• Gen b quy định cánh cụt.

• Gen V quy định thân xám.

• Gen v quy định thân đen.

Sự tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các NST của cùng 1 cặp tương đồng có thể dẫn đến sự hoán vị giữa các gen nằm trên cặp NST đó. Các gen nằm càng xa nhau càng dễ xảy ra hoán vị gen do lực liên kết giữa chúng yếu.

1 tế bào có kiểu gen BV/bv khi xảy ra tiếp hợp và trao đổi chéo tạo ra 4 loại giao tử tỉ lệ có bằng nhau BV = bv = Bv = bV.

Tuy nhiên, trong quá trình giảm phân của con cái, không phải tất cả các tế bào đều hoán vị mà chỉ một số tế bào xảy ra hiện tượng tiếp hợp và trao đổi chéo ở kì đầu của giảm phân I làm tổ hợp lại các gen không alen. Do vậy, tính trên nhiều tế bào thì tỉ lệ các giao tử hoán vị ít hơn so với tỉ lệ các giao tử liên kết.

3. Ý nghĩa của liên kết gen và hoán vị gen

3.1. Ý nghĩa của liên kết gen

Hạn chế sự xuất hiện của biến dị tổ hợp.

Các gen trên cùng 1 NST có xu hướng thường di truyền cùng nhau do đó duy trì tính ổn định của loài.

Lợi dụng sự di truyền liên kết để chuyển các gen quý nằm gần nhau trên cùng 1 NST, từ đó tạo ra giống mới mang nhiều tính trạng tốt.

3.2. Ý nghĩa của hoán vị gen

Làm tăng biến dị tổ hợp, làm xuất hiện nhiều tổ hợp kiểu hình tạo sự đa dạng, phong phú cho sinh vật. Biến dị tổ hợp còn là nguồn nguyên liệu của tiến hoá và chọn giống.

Tạo điều kiện cho sự tổ hợp lại các gen quý, hình thành nhóm gen liên kết mới có ưu thế hơn trong chọn giống và tiến hóa.

Từ việc xác định tần số hoán vị có thể xây dựng nên bản đồ khoảng cách tương đối giữa các gen trên NST, giúp dự đoán gần đúng tần số các tổ hợp kiểu gen mới ở đời con, có ý nghĩa lớn trong chọn giống (tiết kiệm thời gian ghép đôi giao phối mò mẫm) và nghiên cứu khoa học.

4. Điểm khác nhau giữa liên kết gen và hoán vị gen

5. Các dạng bài tập liên kết gen và hoán vị gen

Các dạng bài tập liên kết gen và hoán vị gen thường gặp:

5.1. Dạng 1: Tính tần số hoán vị gen

VD: Khi lai giữa 2 cây P đều thuần chủng, thế hệ F1 100% kiểu hình cây quả tròn, ngọt. Cho các cây F1 tự thụ phấn thu được F2 gồm 4 kiểu hình theo tỷ lệ: 66% quả tròn, ngọt: 9% quả tròn, chua: 9% quả bầu dục, ngọt : 16% quả bầu dục, chua. Biết mỗi cặp tính trạng do 1 cặp gen quy định. Xác định tần số hoán vị gen?

Gợi ý trả lời:

Quy ước gen:

A: quả tròn > a: bầu dục

B: quả ngọt > b: quả chua

Đời F2 xuất hiện 4 loại kiểu hình.

Tỉ lệ kiểu phân li kiểu hình ở đời F2 là: 33 : 3 : 2 : 2 (khác tỷ lệ phân li độc lập).

→ 2 cặp gen cùng nằm trên một NST và có xảy ra hoán vị gen.

Kiểu hình lặn có kiểu gen:

ab/ab  = 16% = 0.4 ab x 0.4 ab 

→ ab = 0.4 > 0.25 → ab phải là giao tử liên kết.

⇒ f = 100% - 40% x 2 = 20%

5.2. Dạng 2: Xác định quy luật di truyền quy định phép lai

VD: Khi lai phân tích cây thân cao, chín sớm (dị hợp tử về 2 cặp gen) với cây thân thấp, chín muộn (đồng hợp tử lặn) Fa thu được tỉ lệ 35% cây thân cao, chín sớm : 35% cây thân thấp, chín muộn : 15% cây thân cao, chín muộn : 15% cây thân thấp, chín sớm. Xác định quy luật di truyền các gen nói trên?

Gợi ý trả lời:

Fa xuất hiện 4 loại kiểu hình.

Tỷ lệ phân li kiểu hình ở F2 là: 35% cây thân thấp, chín muộn : 15% cây thân cao, chín muộn : 15% cây thân thấp, chín sớm, khác tỷ lệ phân li độc lập.

→ Vậy 2 cặp gen quy định 2 cặp tính trạng cùng nằm trên 1 cặp NST và có xảy ra hoán vị gen.

5.3. Dạng 3: Biết gen trội lặn, kiểu gen P và tần số hoán vị xác định kết quả phép lai

VD: Cho phép lai P: AB/ab × ab/ab (tần số hoán vị gen là 30%). Các cơ thể lai mang hai tính trạng lặn chiếm tỷ lệ?

Gợi ý trả lời:

Quy ước: A > a; B > b     

Xét phép lai: AB/ab × ab/ab trong đó: 

• Kiểu gen AB/ab có f = 30%

→ Giao tử hoán vị Ab = aB = 15%

→ Giao tử liên kết AB = ab = 35%

• ab/ab chỉ tạo ra một loại giao tử ab

Vậy tỉ lệ số cá thể đời con mang 2 tính trạng lặn chiếm:

ab/ab  = 0,35(ab)  x 1 (ab)= 0,35 =  35%.

5.4. Dạng 4: Phương pháp xác định tỉ lệ giao tử

VD: Biết trong quá trình giảm phân tạo giao tử, các gen liên kết hoàn toàn với nhau. Các cá thể có kiểu gen sau tạo ra các giao tử với tỉ lệ bao nhiêu?

1. AB/ab

2. Ab/aB

3. AbD/aBd 

Gợi ý trả lời:

1. Kiểu gen AB/ab tạo ra 2 loại giao tử: AB = ab = 1/2.

2. Kiểu gen Ab/aB tạo ra 2 loại giao tử: Ab = aB = 1/2.

3. Kiểu gen AbD/aBd tạo ra 2 loại giao tử: AbD = aBd = 1/2.

6. Một số câu hỏi trắc nghiệm liên kết gen và hoán vị gen

Một số bài tập về liên kết gen và hoán vị gen:

Câu 1: Ở một loài thực vật có gen A quy định cây thân cao, gen a quy định cây thân thấp, gen B quy định quả màu đỏ, gen b quy định quả màu trắng. Cho cây có kiểu gen Ab/ab giao phấn với cây có kiểu gen Ab/aB. Biết rằng không xảy ra trao đổi chéo ở cả 2 cây trong quá trình giảm phân, tỷ lệ kiểu hình ở đời F1 là: 

A. 3 cây thân cao, quả đỏ: 1 cây thân thấp, quả trắng.           

B. 3 cây thân cao, quả trắng : 1 cây thân thấp, quả đỏ. 

C. 1 cây thân cao, quả trắng: 2 cây thân cao, quả đỏ: 1 cây thân thấp, quả đỏ. 

D. 1 cây thân thấp, quả đỏ : 2 cây thân cao, quả trắng: 1 cây thân cao, quả đỏ. 

→ Đáp án D

Câu 2: Ở một loài thực vật, gen A quy định kiểu hình hoa đỏ trội hoàn toàn so với gen a quy định kiểu hình hoa vàng; gen B quy định kiểu hình cánh hoa thẳng trội hoàn toàn so với gen b quy định kiểu hình cánh hoa cuộn. Lai hai cây (P) với nhau, thu được F1 gồm toàn cây hoa đỏ, cánh thẳng. Cho các cây F1 tự thụ phấn với nhau, thu được F2 gồm 25% cây hoa đỏ, cánh cuộn; 50% cây hoa đỏ, cánh thẳng; 25% cây hoa vàng, cánh thẳng. Cho biết không xảy ra đột biến, từ kết quả của phép lai trên có thể rút ra kết luận: 

A. Kiểu gen của các cây F1 là Aabb, các gen phân li độc lập. 

B. Kiểu gen của các cây F1 là AaBb, các gen phân li độc lập. 

C. Kiểu gen của các cây F1 là Ab/aB, các gen liên kết hoàn toàn. 

D. Kiểu gen của các cây F1 là AB/ab, các gen liên kết hoàn toàn. 

→ Đáp án C

Câu 3: Khi nói về liên kết gen và hoán vị gen, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

I. Sự tiếp hợp và trao đổi chéo giữa 2 crômatit khác nguồn gốc của cặp nhiễm sắc thể tương đồng là cơ sở để dẫn tới hiện tượng hoán vị gen.

II. Liên kết gen duy trì sự di truyền bền vững của từng nhóm tính trạng.

III. Tần số hoán vị gen phản ánh khoảng cách tương đối giữa các gen trên NST.

IV. Hoán vị gen tạo điều kiện cho các gen tổ hợp lại với nhau, làm phát sinh biến dị tổ hợp.

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

→ Đáp án D

Câu 4: Có 2000 tế bào sinh hạt phấn có kiểu gen AB/ab. Trong quá trình giảm phân có 400 tế bào xảy ra hoán vị gen. Tần số hoán vị gen và khoảng cách giữa hai gen trên NST là: 

A. 20% và 20 cM.

B. 10% và 10 A०.

C. 20% và 20A०.

D. 10% và 10 cM.

→ Đáp án D

Câu 5: Một loài thực vật, alen A quy định kiểu hình thân cao trội hoàn toàn so với alen a quy định kiểu hình thân thấp; alen B quy định kiểu hình quả tròn trội hoàn toàn so với alen b quy định kiểu hình quả dài. Cho cây thân cao, quả tròn (P) tự thụ phấn, thu được đời con F1 có tỉ lệ 54% cây thân cao, quả tròn; 21% cây thân cao, quả dài; 21% cây thân thấp, quả tròn; 4% cây thân thấp, quả dài. Cho biết không xảy ra đột biến nhưng có xảy ra hoán vị gen cả trong quá trình hình thành giao tử đực và cái với tần số ngang bằng nhau. Trong các phát biểu sau, có bao nhiêu phát biểu đúng?

(1) Kiểu gen của P:  Ab/aB x Ab/aB, tần số hoán vị gen là 40%.

(2) F1 gồm 10 loại kiểu gen.

(3) Trong tổng số cây F1, tỉ lệ cây dị hợp về 1 cặp gen chiếm 68%.

(4) Trong tổng số cây thân cao, quả tròn F1, số cây không mang alen lặn chiếm tỉ lệ 23,5%.

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

→ Đáp án B

Tham khảo ngay bộ sổ tay ôn tập kiến thức và tổng hợp kỹ năng xử lý mọi dạng bài tập trong đề thi THPT

Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến liên kết gen và hoán vị gen. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình ôn thi sinh 12 và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc. Chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để xem thêm các bài giảng hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm bài giảng và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho kỳ thi THPT quốc gia sắp tới nhé!

>> Xem thêm:

• Tương tác gen là gì? Quy luật tương tác và tính đa hiệu của gen
• Gen di truyền là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng
• Đột biến gen là gì? Ý nghĩa, hậu quả và các dạng đột biến gen
• Nguyên nhân và cơ chế phát sinh đột biến gen
• Gen mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN