Đột biến là những biến đổi của vật chất di truyền như ADN hay NST do đó đã đưa đến những biến đổi về cấu trúc và số lượng của gen và NST. Khi những đột biến đó biểu hiện thành kiểu hình được gọi là thể đột biến. Đột biến rất phong phú về thể loại và phức tạp về cơ chế. Trong mục này chỉ đề cập đến đột biến gen.
Xem chuyên đề trước: Điều hòa hoạt động của gen
1. Khái niệm và các dạng đột biến gen
- Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc của gen liên quan đến một hoặc một số cặp nuclêôtit.
- Có nhiều dạng đột biến gen tuy nhiên ở đột biến điểm (đột biến gen chỉ liên quan đến một cặp nuclêôtit), các dạng thường gặp là:
+ Mất một cặp nuclêôtit.
+ Thêm một cặp nuclêôtit.
+ Thay thế cặp nuclêôtit này bằng cặp nuclêôtit khác.
2. Nguyên nhân và cơ chế phát sinh đột biến gen
a. Nguyên nhân đột biến gen
- Do tác động của tác nhân vật lí (tia tử ngoại, tia phóng xạ, sốc nhiệt,…), tác nhân hóa học (các loại hóa chất), tác nhân sinh học (một số virut) của ngoại cảnh.
- Do các rối loạn sinh lí, hóa sinh trong tế bào.
Các tác nhân gây đột biến làm biến đổi cấu trúc của gen (kết cặp bổ sung không đúng), làm đứt gãy phân tử ADN… gây đột biến gen.
Đột
biến gen phụ thuộc vào:
+ Loại tác nhân gây đột biến.
+ Liều lượng, cường độ của tác nhân gây đột biến.
+ Cấu trúc của gen: gen có cấu trúc kém bền vững dễ bị đột biến.
b. Cơ chế phát sinh đột biến gen
- Do kết cặp bổ sung không đúng trong nhân đôi ADN
+ Các bazơ nitơ thường tồn tại hai dạng cấu trúc (dạng thường và dạng hiếm).
+ Dạng hiếm (dạng hỗ biến) có những vị trí liên kết hiđrô thay đổi làm cho chúng kết cặp bổ sung không đúng (kết cặp không hợp đôi) khi nhân đôi dẫn đến phát sinh đột biến gen:
• Guanin dạng hiếm (G*) liên kết với Timin (kết cặp sai): G*-X --> G*-T --> A-T
• Ađênin dạng hiếm (A*) kết cặp với X: A*-T --> A*-X --> G-X.
- Do tác động của các tác nhân gây đột biến
+ Tác nhân vật lí như tia tử ngoại (UV) có thể làm 2 bazo Timin liền nhau trên cùng một mạch ADN liên kết chặt với nhau (gọi là dimer Timin) dẫn đến phát sinh đột biến gen.
+ Tác nhân hóa học như 5-BU (5 – brôm uraxin, chất đồng đẳng của Timin) gây đột biến thay thế cặp nuclêôtit A-T bằng cặp nuclêôtit G-X: A-T --> A-5BU --> G–5BU* --> G-X.
3. Sự biểu hiện của đột biến gen
Gen đột biến khi đã phát sinh sẽ được tái bản qua cơ chế nhân đôi ADN.
a. Đột biến phát sinh trong nguyên phân
- Đột biến tiền phôi: phát sinh trong những lần nguyên phân đầu tiên của hợp tử (giai đoạn phôi từ 2 đến 8 tế bào) có khả năng đi vào quá trình tạo giao tử và truyền qua thế hệ sau bằng sinh sản hữu tính.
- Đột biến soma: Phát sinh ở một tế bào sinh dưỡng, qua nguyên phân được nhân lên trong mô sinh dưỡng:
+ Nếu là đột biến trội sẽ được biểu hiện ở một phần cơ thể, tạo nên thể khảm.
+ Đột biến soma không thể di truyền qua sinh sản hữu tính; có thể được nhân lên qua sinh sản sinh dưỡng.
b. Đột biến phát sinh trong quá trình giảm phân tạo giao tử (đột biến giao tử)
- Các giao tử đột biến kết hợp với các giao tử bình thường qua thụ tinh sẽ đi vào hợp tử, tạo nên hợp tử dị hợp.
+ Nếu là đột biến trội sẽ được biểu hiện ngay trên kiểu hình ở thế hệ con.
+ Nếu là đột biến lặn sẽ tồn tại dưới dạng dị hợp ở thế hệ con, không biểu hiện ra kiểu hình; qua giao phối đột biến lặn lan truyền trong quần thể, khi hình thanh thể hợp lặn thì biểu hiện thành kiểu hình.
4. Hậu quả và ý nghĩa của đột biến gen
a. Hậu quả của đột biến gen
+ Đột biến gen làm rối loạn quá trình tổng hợp prôtêin nên gây chết hoặc giảm sức sống cho cơ thể. Tuy nhiên một số ít đột biến tạo ra những cơ thể có sức sống tốt hơn (đột biến biến kháng thuốc ở vi khuẩn, côn trùng,…), một số đột biến khác trung tính.
+ Mức độ gây hại của đột biến gen phụ thuộc và điều kiện môi trường cũng như phụ thuộc vào tổ hợp gen.
b. Vai trò ý nghĩa của đột biến
Đột biến gen làm xuất hiện alen mới:
- Cung cấp nguyên liệu cho quá trình tiến hóa.
- Cung cấp nguồn nguyên liệu cho quá trình chọn giống.
5. Một cách phân loại đột biến gen khác
Dựa vào sự thay đổi của axit amin trong chuỗi polipeptit đột biến người ta chia ra các dạng đột biến điểm sau;
- Đột biến câm: những đột biến không làm thay đổi axít amin trong chuỗi polipeptit.
- Đột biến sai nghĩa (nhầm nghĩa): làm thay đổi 1 axit amin trong chuỗi polipeptit.
- Đột biến vô nghĩa: làm xuất hiện bộ ba kết thúc sớm, là chuỗi polipeptit không được tổng hợp.