24 Chương 1
Cơ sở của Di truyền học Mendel
Cho đến đầu thế kỷ XX, mọi người còn chưa hiểu được cơ chế của sự
di truyền, mặc dù vẫn biết rằng con cái sinh ra thường giống bố mẹ. Quan
niệm phổ biến cho đến giữa thế kỷ XIX được gói gọn trong cái gọi là
thuyết di truyền hòa hợp (theory of blending inheritance) nhằm giải thích
sự kiện con cái mang các đặc điểm của cả hai bố mẹ. Tuy nhiên, đến năm
1866 Gregor Mendel đã đưa ra thuyết di truyền gián đoạn (theory of
particulate inheritance), với gợi ý rằng: Đơn vị di truyền đặc thù kiểm soát
một tính trạng được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác tồn tại dưới
dạng hạt, ngày nay ta gọi là gene.
Các khám phá quan trọng của Mendel đặt nền móng cho sự ra đời của
di truyền học sau này. Như Thomas Hunt Morgan đã nhận định: "Trong
mười năm nghiên cứu ở cây đậu Hà Lan trong ngôi vườn của tu viện, G.
Mendel đã làm nên sự khám phá vĩ đại nhất trong sinh học đã đạt được
trong năm trăm năm qua".
I. Tiểu sử Mendel - Cha đẻ của Di truyền học
Gregor Mendel sinh năm 1822, lớn lên ở trang trại của cha mình tại
một tỉnh của Austria (Áo). Vì gia đình nghèo
nên ông phải vào tu viện để tiếp tục việc học
của mình. Trong khoảng thời gian này, Mendel
nghiên cứu vật lý và toán là những môn học
giúp ông nhiều trong các thí nghiệm di truyền
sau này. Ông đã được gởi tới Đại học Vienna
để thi lấy bằng giáo viên chính thức, nhưng
không đỗ và quay về tu viện "dạy học" trong
nhiều năm.

(a) (b)
Hình 1.2 (a) Bảy tính trạng tương phản ở đậu Hà Lan được Mendel nghiên
cứu; dạng trội nằm bên trái của mỗi trường hợp. (b) Cấu tạo hoa đậu,
phương pháp thụ phấn chéo và cây đậu Hà Lan.

26 Mendel chọn đậu Hà Lan (Pisum sativum) làm đối tượng nghiên cứu
vì chúng có hai đặc điểm cơ bản là sai khác nhau về nhiều tính trạng tương
phản dễ quan sát (hình 1.2a) và sinh sản bằng lối tự thụ phấn. Ngoài ra,
đậu có hoa khá lớn nên thao tác dễ dàng (hình 1.2b); có khả năng cho số
lượng đời con nhiều; và nhiều giống đậu lúc bấy giờ có giá trị kinh tế cao.
2. Phương pháp
Tính chất độc đáo của phương pháp nghiên cứu Mendel thể hiện ở
chỗ: (1) Chọn các dòng thuần (pure lines) khác nhau bằng cách cho tự thụ
phấn liên tiếp nhiều thế hệ dùng làm dạng bố mẹ trong các phép lai; (2)
Theo dõi trước tiên kết quả di truyền riêng biệt của từng tính trạng qua vài
thế hệ, trong đó thế hệ cây lai thứ nhất hay F
1
sinh ra do giao phấn giữa
hai dạng bố mẹ thuần chủng khác nhau, còn thế hệ cây lai thứ hai hay F
2


đó được gọi là tính trạng trội (dominant) và tính trạng kia không quan sát
được gọi là tính trạng lặn (recessive). Sau đó cho các con lai F
1
tự thụ
phấn thì ở thế hệ F
2
ông thu được cả hai kiểu hình (phenotype) của bố mẹ
ban đầu với tỷ lệ xấp xỉ 3/4 trội và 1/4 lặn.
Ngoài ra, Mendel cũng cho các cây F
2
tự thụ phấn riêng rẽ và theo dõi
sự phân ly ở thế hệ F
3
. Kết quả cho thấy 1/4 cây của F
2
sinh ra kiểu hình

27 lặn tất cả đều là các cây lặn thuần chủng; điều đó có nghĩa là tất cả con cái
của chúng là lặn. Tuy nhiên, trong số 3/4 biểu hiện kiểu hình trội thì một
số là trội thuần chủng, còn số khác thì giống như các cá thể F
1
ở chỗ
chúng cho đời con gồm cả trội và lặn. Nhìn chung, có ba kiểu cá thể F
2
đó
là: 1/4 trội thuần chủng, 1/2 trội không thuần chủng (cho đời con với tỷ lệ
3 trội :1 lặn) và 1/4 lặn thuần chủng.

½ a ¼ Aa ¼ aa
F
2
Tỷ lệ kiểu gene 1 AA : 2 Aa : 1 aa
Tỷ lệ kiểu hình 3 vàng (A-) : 1 xanh (aa)
Hình 1.3 Sơ đồ biểu diễn kết quả lai một tính của Mendel.
Trong giảm phân, mỗi bố mẹ thuần chủng hạt vàng (AA) và hạt xanh
(aa) chỉ cho một loại giao tử mang allele tương ứng là A và a. Do đó kết
quả của sự thụ tinh chỉ tạo ra một kiểu dị hợp tử Aa, nghĩa là tất cả con lai

28 F
1
đều có kiểu hình trội hạt vàng. Khi bước vào giảm phân, các cá thể F
1

dị hợp tử (Aa) sẽ cho hai loại giao tử (A và a) với tỷ lệ tương đương. Đó
cũng là thực chất của nguyên lý phân ly (principle of segregation), hay quy
luật thứ nhất của Mendel (Mendel's first law). Kết quả của sự tự thụ tinh
ngẫu nhiên giữa các loại giao tử đực và cái của F
1
này sẽ cho ra bốn kiểu
tổ hợp ở F
2
, với tỷ lệ phân ly theo kiểu gene là 1AA: 2Aa: 1aa và tỷ lệ
kiểu hình tương ứng là 3 vàng (A-): 1 xanh (aa). Lưu ý rằng thông thường
người ta sử dụng khung Punnett (Punnett square) do nhà di truyền học
người Anh R.C.Punnett đưa ra năm 1905 để xác định kết quả di truyền của

như sau: Các allele là những dạng khác nhau của cùng một gene; trong
các thể dị hợp tử chúng phân ly về các giao tử với tỷ lệ tương đương.
IV. Lai hai tính và nguyên lý phân ly độc lập

1. Kết quả thí nghiệm lai hai tính (dihybrid cross)

29
Để xác định sự di truyền đồng thời của nhiều cặp tính trạng, Mendel
đã tiến hành nhiều thí nghiệm khác nhau. Bảng 1.3 giới thiệu kết quả lai
hai tính giữa các giống đậu thuần chủng hạt vàng-trơn và hạt xanh-nhăn.
Bảng 1.3 Các kết quả lai hai tính của Mendel
Thế hệ Kiểu hình hạt Số lượng
Tỷ lệ F
2

(quan sát)
Tỷ lệ F
2
(kỳ vọng)
P
tc
Vàng-trơn
× xanh-nhăn
− − −
F
1
Vàng-trơn − − −

dạng hạt, ta

có 315 + 108 = 423 trơn và 101 + 32 = 133 nhăn, xấp xỉ 3 trơn
: 1 nhăn. Điều đó chứng tỏ mỗi tính trạng đều tuân theo quy luật phân ly 3
trội :1 lặn.
Bằng cách áp dụng quy tắc nhân xác suất của các biến cố độc lập (xem
mục VI), ta dễ dàng chứng minh được rằng sự phân ly của hai tỷ lệ này là
hoàn toàn độc lập nhau như dự đoán ban đầu. Thật vậy, (3 vàng :1 xanh)(3
trơn :1nhăn) = 9 vàng-trơn : 3 vàng-nhăn : 3 xanh-trơn : 1 xanh-nhăn.
Cần lưu ý là tỷ lệ 9:3:3:1 này cũng được Mendel tìm thấy trong khi lặp
lại thí nghiệm với các tính trạng khác. Từ đó ông mới xây dựng nên
nguyên lý phân ly độc lập (principle of independent assortment), còn gọi
là quy luật thứ hai của Mendel (Mendel's second law). Nội dung của
nguyên lý này phát biểu rằng: Các allele của các gene khác nhau thì phân
ly một cách độc lập với nhau trong quá trình hình thành giao tử (kết quả
là tạo ra tỷ lệ 9:3:3:1 ở thế hệ F
2
từ một phép lai hai tính).
Để minh họa cho những điều trình bày trên đây, ta quy ước: A - vàng,
a - xanh, B - trơn, b - nhăn.
Lưu ý: Để kiểm tra lại giả thuyết phân ly độc lập, Mendel đã tiến hành
lai phân tích giữa các cây vàng-trơn F
1
(AaBb) với cây xanh-nhăn (aabb).
Kết quả thu được gồm 55 vàng-trơn : 49 vàng-nhăn : 51 xanh-trơn : 53

30 xanh-nhăn, tương đương với tỷ lệ 1:1:1:1 = (1:1)(1:1). Điều đó chứng tỏ

Hình 1.4 Cơ sở di truyền học của nguyên lý phân ly độc lập.

V. Sự di truyền Mendel ở người
Cũng như ở đậu Hà Lan, ruồi giấm hay mèo, ở người có rất nhiều tính
trạng di truyền theo các quy luật Mendel. Chẳng hạn, theo thống kê của
Victor A.McKusick năm 1994, có 6.678 tính trạng và các bệnh đơn gene.
Cho đến ngày 8/2/2005, các số liệu về số lượng gene và kiểu hình được
nêu ở bảng 1.4 (OMIM 2005).
Nói chung, việc xác định phương thức di truyền ở người là tương đối
khó khăn, vì mỗi gia đình có ít con, thường không quá 10 người. Để khắc
phục điều đó người ta sử dụng phương pháp phân tích phả hệ (pedigree
analysis). Dưới đây nêu một số tính trạng trội và lặn ở người mà không
phân tích đặc điểm của các kiểu di truyền đó (xem chương 11).