Bài học

Phân li, phân li độc lập và phương pháp giải nhanh

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em xác định đúng kiểu gene của P từ tỉ lệ kiểu hình cho trước ở phép lai một cặp tính trạng, viết được các loại giao tử và tính nhanh tỉ lệ kiểu gene, kiểu hình của phép lai hai và ba cặp tính trạng phân li độc lập bằng quy tắc nhân xác suất, không cần dựng bảng Punnett đầy đủ.

Kiến thức nền cần nhớ

Lớp 9 đã giới thiệu allele là các trạng thái khác nhau của một gene, kiểu gene là tổ hợp allele trong tế bào, kiểu hình là biểu hiện ra bên ngoài, và quy luật phân li của Mendel qua thí nghiệm lai một cặp tính trạng ở đậu Hà Lan (prior-grade review). Giảm phân — cũng học ở lớp 9 — tạo giao tử chỉ mang một allele của mỗi cặp gene, đó chính là cơ sở tế bào học khiến quy luật phân li đúng (prior-grade review). Bài này nhắc lại quy luật đó ở mức chặt chẽ hơn, rồi thay bảng Punnett cồng kềnh bằng một công cụ tính nhanh khi số cặp gene tăng lên.

Vì sao không thể cứ vẽ bảng Punnett mãi

Một phép lai một cặp tính trạng có bảng Punnett 2×2 với 4 ô, còn hai cặp tính trạng đã cần bảng 4×4 với 16 ô. Nếu phải xử lí ba cặp tính trạng cùng lúc, bảng sẽ có 8×8 = 64 ô. Vẽ đủ 64 ô để tìm một tỉ lệ xác suất là việc không ai làm trong phòng thi. Bài học hôm nay cho em một cách tính không cần vẽ bảng nào cả.

Quy luật phân li — một cặp tính trạng

Xét phép lai Aa × Aa, giả thiết trội hoàn toàn. Mỗi bên bố mẹ giảm phân cho hai loại giao tử A và a với tỉ lệ ngang nhau. Tổ hợp ngẫu nhiên giữa hai loại giao tử của bố với hai loại giao tử của mẹ cho 4 tổ hợp có khả năng như nhau: AA, Aa, aA, aa — tức kiểu gene phân li theo tỉ lệ 1AA : 2Aa : 1aa. Vì gene trội hoàn toàn nên AA và Aa cùng biểu hiện kiểu hình trội, còn aa biểu hiện kiểu hình lặn; gộp hai nhóm AA và Aa lại, kiểu hình phân li 3 trội : 1 lặn.

Ví dụ

Xác định kiểu gene P từ tỉ lệ kiểu hình con lai

1
Ở một loài thực vật, hoa đỏ trội hoàn toàn so với hoa trắng, do một cặp gene Aa quy định. Lai hai cây hoa đỏ với nhau, thu được đời con gồm 301 cây hoa đỏ và 98 cây hoa trắng. Xác định kiểu gene của hai cây bố mẹ.
2
giả thiết trội hoàn toàn, các gene phân li độc lập, không có đột biến, mọi kiểu gene có sức sống như nhau.
3
Ta có 301 : 98 ≈ 3 : 1 (làm tròn theo tỉ lệ lí thuyết). Suy ra đời con phân li kiểu hình theo tỉ lệ xấp xỉ 3 trội : 1 lặn (1).
4
Từ (1), tỉ lệ 3 : 1 chỉ xuất hiện khi cả hai cây bố mẹ đều dị hợp Aa, vì Aa × Aa là phép lai duy nhất giữa hai cá thể cùng mang kiểu hình trội mà vẫn cho ra đời con mang kiểu hình lặn aa — nếu một trong hai bên đồng hợp AA, đời con không thể có cây hoa trắng.
5
Vậy kiểu gene của cả hai cây bố mẹ đều là Aa.

Ba phần hoa đỏ (kiểu gene AA và Aa gộp chung), một phần hoa trắng (kiểu gene aa).

Quy luật phân li độc lập — hai cặp tính trạng

Khi hai cặp gene nằm trên hai cặp nhiễm sắc thể khác nhau, chúng phân li độc lập với nhau trong giảm phân. Xét phép lai AaBb × AaBb: vì mỗi cặp gene tuân theo quy luật phân li một cách riêng biệt, cặp Aa cho tỉ lệ kiểu hình 3 trội : 1 lặn, cặp Bb cũng cho 3 trội : 1 lặn, độc lập với cặp kia. Ta có thể nhân trực tiếp hai tỉ lệ này: (3 : 1) × (3 : 1) = 9 : 3 : 3 : 1, cụ thể 3×3 = 9 (trội cả hai), 3×1 = 3 (trội tính trạng 1, lặn tính trạng 2), 1×3 = 3 (lặn tính trạng 1, trội tính trạng 2), 1×1 = 1 (lặn cả hai) — cộng lại đúng 16 phần, khớp với 4×4 ô của bảng Punnett đầy đủ.

Quy trình chung áp dụng cho mọi phép lai từ một đến nhiều cặp tính trạng phân li độc lập.

Ví dụ

Kiểm chứng tỉ lệ 9:3:3:1 bằng quy tắc nhân

1
Ở đậu Hà Lan, hạt vàng (A) trội hoàn toàn so với hạt xanh (a); hạt trơn (B) trội hoàn toàn so với hạt nhăn (b); hai cặp gene nằm trên hai cặp nhiễm sắc thể khác nhau. Lai P: AaBb (vàng, trơn) × AaBb (vàng, trơn). Xác định tỉ lệ kiểu hình ở đời con.
2
giả thiết trội hoàn toàn, các gene phân li độc lập, không có đột biến.
3
Ta có Aa × Aa cho 3 vàng : 1 xanh; Bb × Bb cho 3 trơn : 1 nhăn — hai kết quả này độc lập với nhau vì hai cặp gene nằm trên hai cặp NST khác nhau (1).
4
Từ (1), nhân riêng từng cặp: 3×3 = 9 (vàng, trơn), 3×1 = 3 (vàng, nhăn), 1×3 = 3 (xanh, trơn), 1×1 = 1 (xanh, nhăn); tổng 9+3+3+1 = 16, đúng bằng tổng số tổ hợp giao tử có thể có (2).
5
Vậy tỉ lệ kiểu hình đời con là 9 vàng, trơn : 3 vàng, nhăn : 3 xanh, trơn : 1 xanh, nhăn.

Bốn nhóm kiểu hình của phép lai hai cặp tính trạng, tổng cộng 16 phần.

Phương pháp giải nhanh cho nhiều cặp gene

Quy tắc nhân mở rộng được cho bất kì số cặp gene dị hợp phân li độc lập nào. Với n cặp gene đều dị hợp và tự thụ phấn (hoặc lai với chính kiểu gene đó): số loại giao tử tối đa là $2^n$ vì mỗi cặp gene độc lập cho 2 loại giao tử; số loại kiểu gene ở đời con là $3^n$ vì mỗi cặp gene độc lập cho 3 kiểu gene (đồng hợp trội, dị hợp, đồng hợp lặn); nếu mọi gene trội hoàn toàn, số loại kiểu hình là $2^n$ và tỉ lệ kiểu hình là $(3:1)^n$ khai triển ra. Cách nhớ đơn giản: mỗi cặp gene độc lập đóng góp một thừa số riêng, việc còn lại chỉ là nhân các thừa số đó với nhau.

Ví dụ

Tính xác suất kiểu hình bằng quy tắc nhân, không cần bảng Punnett

1
Ở một loài, ba cặp gene Aa, Bb, Dd quy định ba tính trạng khác nhau, mỗi cặp nằm trên một cặp NST riêng, phân li độc lập, mỗi gene trội hoàn toàn. Lai P: AaBbDd × AaBbDd. Tính xác suất đời con có kiểu hình trội cả ba tính trạng, và xác suất có kiểu hình trội đúng hai trong ba tính trạng.
2
giả thiết trội hoàn toàn, các gene phân li độc lập, không có đột biến.
3
Mỗi cặp gene dị hợp lai với chính nó cho xác suất trội $\frac{3}{4}$ và lặn $\frac{1}{4}$ , độc lập với hai cặp gene còn lại (1).
Mỗi cặp gene dị hợp lai với chính nó cho xác suất trội $\frac{3}{4}$ và lặn $\frac{1}{4}$, độc lập với hai cặp gene còn lại (1).
4
Từ (1), theo quy tắc nhân xác suất của các sự kiện độc lập: $P = \frac{3}{4} \times \frac{3}{4} \times \frac{3}{4} = \frac{27}{64}$ (2).
Từ (1), theo quy tắc nhân xác suất của các sự kiện độc lập: $P = \frac{3}{4} \times \frac{3}{4} \times \frac{3}{4} = \frac{27}{64}$ (2).
5
Cần đúng một trong ba cặp gene biểu hiện lặn, hai cặp còn lại trội — có 3 cách chọn cặp gene biểu hiện lặn (cặp thứ nhất, thứ hai hoặc thứ ba), mỗi cách có xác suất $\left(\frac{3}{4}\right)^2 \times \frac{1}{4} = \frac{9}{64}$ ; suy ra tổng xác suất $= 3 \times \frac{9}{64} = \frac{27}{64}$ (3).
Cần đúng một trong ba cặp gene biểu hiện lặn, hai cặp còn lại trội — có 3 cách chọn cặp gene biểu hiện lặn (cặp thứ nhất, thứ hai hoặc thứ ba), mỗi cách có xác suất $\left(\frac{3}{4}\right)^2 \times \frac{1}{4} = \frac{9}{64}$; suy ra tổng xác suất $= 3 \times \frac{9}{64} = \frac{27}{64}$ (3).
6
Vậy xác suất đời con trội cả ba tính trạng là $\frac{27}{64}$ , và xác suất trội đúng hai trong ba tính trạng cũng là $\frac{27}{64}$ — hai kết quả trùng nhau về mặt số học ở đúng phép lai ba cặp gene dị hợp này, không phải một quy luật chung cho mọi trường hợp.
Vậy xác suất đời con trội cả ba tính trạng là $\frac{27}{64}$, và xác suất trội đúng hai trong ba tính trạng cũng là $\frac{27}{64}$ — hai kết quả trùng nhau về mặt số học ở đúng phép lai ba cặp gene dị hợp này, không phải một quy luật chung cho mọi trường hợp.

Bẫy thường gặp

Học sinh hay lẫn $2^n$ (số loại giao tử) với $3^n$ (số loại kiểu gene). Với n = 2 cặp gene dị hợp: số loại giao tử là $2^2 = 4$ (AB, Ab, aB, ab — mỗi giao tử mang đúng một allele của mỗi cặp), còn số loại kiểu gene ở đời con là $3^2 = 9$ (vì mỗi cặp gene có 3 kiểu gene: đồng hợp trội, dị hợp, đồng hợp lặn, và 3×3 = 9). Hỏi đúng công thức nào tùy vào đề bài hỏi giao tử của MỘT cá thể hay kiểu gene của ĐỜI CON.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Tóm tắt

Ba công thức cốt lõi khi n cặp gene đều dị hợp và phân li độc lập: số loại giao tử $2^n$ , số loại kiểu gene $3^n$ , và khi trội hoàn toàn thì số loại kiểu hình $2^n$ với tỉ lệ $(3:1)^n$ . Nhớ đúng công thức nào ứng với câu hỏi nào là điều quan trọng nhất của bài này.

Ba công thức cốt lõi khi n cặp gene đều dị hợp và phân li độc lập: số loại giao tử $2^n$, số loại kiểu gene $3^n$, và khi trội hoàn toàn thì số loại kiểu hình $2^n$ với tỉ lệ $(3:1)^n$. Nhớ đúng công thức nào ứng với câu hỏi nào là điều quan trọng nhất của bài này.

Bài sau sẽ xét điều gì xảy ra khi tính trội không còn hoàn toàn, hoặc khi một gene có nhiều hơn hai allele — lúc đó tỉ lệ 3 : 1 quen thuộc không còn đúng nữa.