Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Bài giảng công nghệ sinh học trong bệnh cây

1,285 views

Published on

Bài giảng công nghệ sinh học trong bệnh cây

Published in: Science
  • Be the first to comment

Bài giảng công nghệ sinh học trong bệnh cây

  1. 1. TRUÒNG ĐẠI HỌC NỘNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA NONG HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BỆNH CAY (Bài giảng) Biện ęoạn TS. Hà Việt Cường 2009 Mô tả môn học Ưng dụng Công nghệ Sình học trong nghiện cứu: 1. Sự đa dạng của tác nhân gây bệnh 2. Tương tác giữa tác nhân gây bệnh Và Cây 3. Chấn đoán tác nhân gây bệnh 4. Phòng Chống tác nhân gây bệnh Các nhóm tác nhân gây bệnh được lựa Chọn là nấn]/nấm tnhìg, vi khuẩn và virus. Các kiển thức trên sẽ được minh họa dựa trên các tác nhân gây bệnh/cây ký chú quan trọng (hoặc là mô hình nghiện cứu phố biển trên thể giới; hoặc có ý nghĩa kính tế đối với Việt Nam). Mục tiêu Sinh viện có khả năng hiểu và Vận dụng Các kiển thức của môn học trong nghiện cứu bệnh cây đặc biệt trong chẳn đoán, nghiên Cứu đa dạng và phòng chống. Học phần tiên quyết I Bệnh cây đại cu'Ơng (hoặc Bệnh cây Nông nghiệp) O Công nghệ Sinh học thực Vật
  2. 2. MỤC LỤC Gíó'í thiệu CNSH trong bệnh cây .................................................................................. .. 7 I.l. Khái niệm Về Công nghệ sinh học ...................................................................... ,. 7 l.2. Công nghệ Sinh học trong bệnh Cây ................................................................... .. 7 Chương I. Dí truyền quầnlthễ trong bệnh cây ................................................................. ..8 1. Sinh học quần thể của tác nhân gây bệnh .......................................................... .. 8 2. Tiến hóa .............................................................................................................. ..8 2.1. Tiểnhóa ......................... .. ............................... .. ...8 2.2. Sinh học tiển hóa: Dí truyền quần thể và phả hệ trong bệnh cây 9 3. Năm lực tiển hóa (Fíve Evolutionary Forces) ...................... .. . 10 4. Đột biển ....................................................... .. . 10 4.1. Định nghia. 10 4.2. Vai trò . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10 4.3. Một mô hình đột biện đơn gián ....................................................................... .. 1] 4.4. Đột biển trong tác nhân gây bệnh cây .............................................................. .. 12 4.5. Đột biến và chiển lược tạo giống kháng 5. Trôi dạt di truyền ............................................................................................. .. 5.1, Ðịnh nghĩa ...................................................................................................... .. 13 5.2. Đặc điểm .... .. 5.3. Nguyên nhân .................................................................................................. .. 13 5.4. ĐO trôi dạt di truyền ........................................................................................ .. 13 5.5, Trôi dạt di truyền làm giám đa dạng di truyền và dẫn tới phân Chia quần thể..... 14 5.6, Trôi dạt di truyền trong tác nhân gây bệnh cây ................................................ .. 15 5.7. Vi dụ trôi dạt di truyền trong bệnh cây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16 6. Gíao lưu gene và kiễu gen (Gene and Genotype Flow) 16 6.1. Định nghĩa. I6 6.2, Đặc điểm ........................................................................................................ .. 16
  3. 3. 6.3. Giao lưu gen`(gene How) Và giao lưu kiểu gen (genotype How) ...................... .. ló 6.4. Phân Chia quân thể và giao lưu gen . . . . , . . . . . . . . . . , . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. I7 6.5. Vi dụ giao lưu gen trong bệnh Cây .................................................................. .. 18 6.6. Mối liên hệ giữa trôi dạt di truyền và giao lưu gen .......................................... .. 19 6.7, Khái niệm Siêu quần thể và tác nhân gây bệnh . , . . , , . . . . . , . . . . . . . . . . . , . .. 19 7. Hệ thống sinh sản/ghép cặp (Reproduetivủe/Mating Systems) ......................... .. 21 7.1. Đánh giá câu trúc di truyện trong quân thệ ...................................................... .. 21 7.2. Hệ thống Sinh sản và ghép Cặp của các tác nhân gây bệnh cây... 22 7.3. Đa dạng gen và đa dạng kiểu gen .................................................................... .. 24 7.3.1 Đa dạng gen ............................................................................................ .. 24 7.3.2 Đa dạng kiểu gen .................... .. 25 7.3.3 Ví dụ đo đa dạng gen và đa dạng kiệu gen ............................................... .. 25 8. Chọn lọc tụ' nhiên .............................................................................................. .. 27 8.1. Khái niệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27 8.2. Hai mô hình chọn lọc.. 27 9. Tưo'ng tác giữa các lực tiển hóa và cẩu trúc di truyen của quần thể tác nhân gây bệnh .................................. .Z ..................................................................................... .. 28 9.1. Tương tác giữa đột biên và chọn lọc . 28 9.2. Tượng tác giữa tái tố hợp và Chọn lọc . . . . . . . . . . . . .. 28 9.3. Tương tác giữa trôi dạt di truyền, giao lưu kiêu gen và chọn lọc ...................... .. 29 9.4. Tương tác giữa Chọn lọc và gíao lưu kiểu gen ................................................. .. 29 9.4.1 Tương tác giữa tái tố hợp và giao lưu gen ............................................. .. 30 9.5. Ứng dụng di truyền quần thể để đánh giá các nguy CƠ do tiển hóa của tác nhân gây bệnh 31 Chương 2. Lựa chọn vùng gen của tác nhân gây bệnh.. 1. Bộ gen của tác nhân gây bệnh ................. .. . l.l. Bộ gen Viroid .................................................................................................. ..35 l.2. Bộ gen Virus ................................................................................................... .. 35 1.3. Bộ gen Vi khuẩn và phytoplasma. 36 1.4. Bộ gen nấm .................................................................................................... .. 36 2. Chọn Vùng gen nghiên cứu ............................................................................... .. 37 2.1. Chọn Vùng gen Virus . . . . . . . . . .. 37 2.2. DNA ribosome . . . . . . . . . . .. 37 2.2.] Cấu trúc và Chức nãng RNA ríbosome ................ .. 37 2.2.2 Vai trò của rDNA trong phân loại và nghiện Cứu đa dạng và chấn đoán..... 38 2.3. Gen mã hóa... .....39 2.4. Các Chuỗi lặp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39 2.4.] Các chuỗi lặp liên kể (tandem repetitive Sequences) ................................ .. 39 2.4.2 Các chuỗi lặp phân bố rải rác (Dispersed repetitive sequences) ............... .. 40 2.5. DNA ti thể (mitochondrial DNA) .................................................................... .. 40 Chương 3. Các kỹ thuật CNSH trong nghiên cửu bệnh cây ........................................... .. 40 1. Các marker di truyền ....................................................................................... .. 41 l.l. Định nghĩa ...................................................................................................... ..41 1,2. Phân loại .................. ., ., 41 2. Các loại marker phân tử .................................................................................. .. 41 3. Kỹ thuật dựa trên lai phân tử: RFLP .............................................................. .. 42 3.1. RFLP: các Chú ý về kỹthuật . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42 3.1 .I RFLP: Các ưu điểm chính ....................................................................... .. 43 3.1.2 RFLP: Các hạn Chế chính ........................................................................ .. 43 4. Các kỹ thuật dựa trên PCR .............................................................................. .. 43
  4. 4. 5. Các kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồí tùy ý: RAPD, AP-PCR và DAF ......... .. 44 5.1 . RAPD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . .. 44 5.1.1 RAPD: nhược điểm ................................................................................. .. 44 5.2. DAF ............................................................................................................... .. 45 5.3, AP-PCR . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . , . . , . . . . . . . . . . . , . . , . . . . . . . . .. 45 6. Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồí tùy ý: AFLP .............................................. .. 45 6.1. AFLP: Các bước .............................................................................................. .. 45 6.2. AFLP: ưuđiếm.... .....46 6.3. AFLP: nhược điềm ......................................................................................... .. 46 7. Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi tùy ý: ISSR ................................................ .. 46 8. Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi đặc hiêu: SSR (=MicrosatelIites). .. 46 8.1. Phận loại microsatellite ................................................................................... .. 47 8.2. Ðặc điểm di truyền của microsatellite ............................................................. .. 47 8.3. CƠ chể tạo đột biển cua microsatellite... 47 8.4. Phận bố cùa microsatellite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48 8.5. Trinh tự phân tích microsatellite. 49 8.6. Microsattelitez ưu điểm chính . . . . . . . . . . . . .. 51 8.7. Microsattclitcz nhược điểm chính . . . . . . . . . .. 51 9. Marker EST (expressed sequence tags). .. 51 10. Kỹ thuật CAPS ................................. .. .. 52 ll. Kỹ thuật SNP .... .. .. 52 12. Kỹ thuật rep-PCR.. .. 53 13. Tóm tắt các kỹ thuật ............................................................................... .. 54 Chương 4. Phân tích kết quả dựa vào số liệu băng điện dí ............................................ ..S6 1. Giói thiệu .................................................................................. .. .. 56 2. Các bước chính trong phân tích đa dạng đụn trên băng điện dl. .. 57 2.1. Mô tả sự đa dạng ............................................................................................ ..57 2.2. Tính toán mối quan hệ giữa Các đơn Vi được phân tích Ở bước trên ................. .. 57 2.3. Biểu diễn mỗi quan hệ .................................................................... .. 58 3. Lượng hóa mức đa dạng: đo đa dạng trong quần thể ..................................... .. 58 3.1. Dựa trên số lượng biển dị ................................................................................ .. 58 3.1.1 Mức đa hình hay ty lệ đa hình (Pj) .....58 3.1.2 Tý lệ các locus đa hình (P) . . . . . . . . . . . . . . .. 58 3.1.3 Số aìlele trung bình trên locus 58 3.2. Dựa vào tần số biển dị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59 3.2.1 Số lượng allele hiệu quả (Ae) .......................................... .. 59 3.2.2 Mức dị hợp từ kỳ Vọng trung bình (H - mưc đa dạng dl truyền Nei (D) 59 3.3. Ví dụ tinh đa dạng di truyền trong quần thể dùng 1 marker đồng trội .............. .. 60 3.4. Ví dụ .............................................................................................................. .. 60 3.4.1 Các bước tính (báng dưới) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61 3.5. Ví dụ tính đa dạng di truyền trong quằn thệ dùng 1 marker trội ....................... .. 62 3.5.1 Vidu ....................................................................................................... ..62 3.5.2 Các bước tính (bảng dưới) ................................................................. .. 62 4. Lưọ'ng hóa mối quan hệ di truyền: khoảng cách dí truyền (nghĩa rộng) ....... .. 63 4.l. Đánh giá Các mối quan hệ dựa theo khoảng Cách hình học .............................. .. 64 4.1.1 Các phương pháp phố biển tính hệ Số tương đồng S (similarity) dựa trên biến nhị thức (O, 1) ...................................................................................................... .. 64 5. Phần mềm ......................................................................................................... .. 65 Chương 5. Phân tích đa dạng, phân loại dựa trên trình tự DNA ................................... .. 65 1. Các thuật ngữ/khái niệm .................................................................................. .. 65
  5. 5. 2. Giải trình tự chuỗi DNA (Sequencing) ............................................................. .. 66 2.1 . Giới thiệu ........................................... .. .. 66 2.2. Sequencing dùng BigDye Terlninator .................... .. .. 66 3. Tìm kiểm chuỗi có quan hệ gần trên ngân hàng gen .. 67 3.1, Ngân hàng gen (Genbank) và NCBI . . . , . . . . . . . . . . : . . : . . : : . . . . . , . . . . . . . . . . . , . .. 67 3.2. Tìm kiểm chuỗi DNA trên GenBank bằng phần mềm BLAST. 67 4. S0 sánh trình tự..... .. 68 4.1 . Căn trình tự đa chuoi bang phần mem CluSta1X 71 4.2. Xác định mức đồng nhất (Sequence identity) bằng phần mềm Bioedit ............. .. 71 4.3. Xác định khoáng cách di truyền (genetíc distance) .......................................... .. 72 4.3.1 Khái niệm khoáng cách di truyền phân tú' ....... .. 4.3.2 Mô hình thay thể nucleotide (Subtitưation model) .................................... .. 72 4.3.3 Ví dụ tinh khoáng cách di truyền dựa trên 5 Chuỗi l6S RNA Vi khuẩn dùng phần mềm MEGA ....................................................................................................... .. 74 5. Xây dựng cây phả hệ .. 75 5.l. Maximum parsimony. 76 5.2. Maximum likelyhood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77 5.3. Phương pháp khoảng Cách (Distance) ...................................................... .. 77 5.4. Vi dụ xảy dựng Cây phả hệ của Chuỗi Các Chuoi l6S RNA vi khuẩn dùng phẩn mềm MEGA .................................................................................................................. .. 80 Chương 6. Công nghệ microarray (chip gen) ................................................................. .. 81 1. Giói thiệu .................. .. .. 81 2. Các loại microarray DNA ................. .. .. 82 2.1. Microarray với các dò Oligonucleotide ngăn .................................................... .. 82 2.2, Microarrays với dò Oligonucleotide dài ........................................................... .. 82 2.3. Microarrays vởi dò CDNA ..................................... .. 3. Các phưong pháp cố định dò trong microarray DNA .................................... .. 3.l. Tổng hợp trực tiếp ngay trên giá đỡ (in Situ) ................................................... .. 83 3.2. Tạo microarray bằng spotting ................... .. 4. Gán nhãn dò ...................................................................................................... .. 83 4.1 . Gán nhãn trực tiểp .......................................................................................... .. 84 4.2. Gán nhãn gián tiếp . . . . . . . . . . . . . . . .. 84 4.3. Gân nhãn dùng dendrimer. 84 5. Vật liệu để cố định dò ....................... .. .. 84 6. Các phưong pháp gắn dò vào lam kính . .. 85 7. Ứng dụng microarray DNA ................................. .. .. 85 7.1. Nghiên cứu biểu hiện gen °“gene expression profiling .. 85 8. Chấn đoán và nghiên cửu kiểu gen (genome typing) ....................................... .. 86 Chương 7. Công nghệ RNA interference ........................................................................ .. 87 1. Lịch sử phát hiện ................. .. .. 87 I .I . Hiện tượng đồng ức che . . . . . . . . . . .. 87 1.2. Hiện tượng chế ngự (quelling) ........................................................................ .. 87 1.3. Hiện tượng Câm gen cảm ứng bởi virus ........................................................... .. 87 1,4. RNA Interferrence ........................................................ .. ., 87 2. Small interferỉng RNA (SỈRNA) và microRNA (miRNA) ............................... .. 88 2.l. miRNAs - khám phá ....................................................................................... .. 88 2.2. miRNAs - định nghĩa. 2.3. miRNAs - nguồn gốc ..................................................................................... .. 88 2.4. miRNAs - Sinh tống hợp ................................................................................. .. 88 2.5. SỈRNAS - khám phá ......................................................................................... .. 89
  6. 6. 2.6. SỈRNAS - định`nghĩa ....................................................................................... .. 89 2,7, SỈRNAS - nguôny gộc.. 89 2.8. SỈRNAS - sinh tông hợp. 3. So sánh miRNA và siRNA .. 90 3.1, Giống nhau . . . . . . . . . . . . : . . : . . . .. 90 3.1.1 Khác nhau ............................................ .. .....90 4. Công nghệ RNAÌ trong tạo giống kháng bệnh virus .. 90 4.1. Giới thiệu ............................................................................. .. 90 4.2. Các đặc điệm chính trong công nghệ RNAÌ dựa trên SỈRNA ........................... .. 91 4.2.1 Thiết kể cấu trúc chuyển gen ................................................................... .. 91 4.2.2 Chọn chuỗi gen Virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 92 5. Ví dụ công nghệ RNAÌ kháng bệnh virus ........................................................ .. 92 5.1 . Tạo cây chuyển gen kháng PVY thông qua RNA Silencing ............................. .. 92 5.1.1 Giới thiệu ................................................................................................ .. 92 5.1.2 Thiết kể cẩu trúc chuyển gen (hình) và chuẩn bị dòng Vi khuẩn chuyện gen 92 5.1.3 Biển nạp Cấu trúc chuyển gen Vào cây khoai tây ...................................... .. 93 5.1.4 Các phân tích chính cây chuyển gen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 93 5.2. Tạo cây chuyến gen kháng TYLCV thông qua RNA Silencing. 94 5.2.1 Giới thiệu ................................................................................................ .. 94 5.2.2 Thiết kể cấu trúc Chuyền gen (hình) và chuấn bị dòng vi khuẩn Chuyển gen 95 5.2.3 Biển nạp Cấu trúc chuyển gen vào cây khoai tây ...................................... .. 96 5.2.4 Các phân tích chính cây chuyện gen ........................................................ .. 96 6. Sử dụng công nghệ mícr0RNA trong phòng chống bệnh Virus .. 97 6.1. Dùng công nghệ miRNA tạo tính kháng CMV ................................................ .. 97 6.1 .I Giới thiệu ................................................................................................ .. 97 6.1.2 Thiết (kế cấu trúc miRNA chuyển gen.. 98 6.1.3 Chuyện gen vào cây thuốc Iá ................................................................... .. 99 6.1 .4 Lây nhiễm nhân tạo ................................................................................. .. 99 6.1.5 Đánh giá cây chuyện gen được lây nhiễm CMV dựa trên triệu chứng ..... .. 99 6.1.6 Phân tich miRNA trên cây chuyển gen... ........................................... .. 100 6.1.7 Phân tich RNA cùa CMV trên cây lây nhlcrn 100 6.1.8 Phân tich Virion CMV trên cây lây nhiễm .............................................. .. 100 Chưoĩlg 8. PCR trong chẩn đoán tác nhân gây bệnh ................................................... .. 101 1. Tóm tắt kỹthuật .................................. .. 101 2. Thiết kể và lựa chọn mồi (prímer) .. 102 2.1. Tự thiết kể mồi ............................................................................................. .. 102 2.1.1 Các chủ ý khi thiết kể mồi ..................................................................... .. 102 2.] .2 Thiểt kế mồi chung (degenerate primer). 103 2.1.3 Phần mềm ............................................................................................. .. 104 2.2, Vi dụ mồi chung ........................................................................................... .. 104 Chương 9. Công nghệ huyệt thanh học trong chẩn đoán .. 105 1. Co' sỏ' của phản ứng huyết thanh học ............ .. 105 2.3, Các khái niệm ............................................................................................... .. 105 2.3.1 Kháng nguyện (antigen): ....................................................................... .. 105 2.3.2 Nhóm quyệt định kháng nguyện (epitope) .. 105 2.3.3 Kháng nguyện cúa tác nhân gây bệnh cây ............................................. .. 106 2.3.4 Kháng thể (antibody) ............................................................................ .. 106 2.4. Kháng thể đơn dòng và kháng thể đa dòng .................................................... .. 107
  7. 7. 3. sản xuất kháng thể don dòng ......................................................................... ..107 3.1. Các bước chính để sản xuât kháng thể đơn dòng gồm 107 3.2. Qui trình tạo kháng thể đơn dòng ............................. .. 108 3.2.1 Gây miễn dịch trên thỏ .......................................................................... .. 108 3.2.2 Dung hợp (lai) ................................................................................ .: 109 3.2.3 Sản xuất ......................... .. 110 4. Kỹ thuật chấn đoán bằng ELISA ................................................................... .. 110 4.1. Vật liệu chính cho ELISA ............................................................................. .. 110 4.2. Các kỹthuật ELISA ............ .. 110 4.2.1 Kỹ thuật ELISA trực tiếp kiểu kẹp kép kháng thể (DAS-ELISA) .......... .. 111 4.2.2 Phản ứng ELISA gián tiểp kiệu bẫy kháng nguyện trước (PTA-ELISA).. l ll Giói thiệu CNSH trong bệnh cây 1.1. Khái niệm về công nghệ sinh học Có rất nhiều định nghĩa về công nghệ sinh học (biotechnology) nhưng nhìn chung CNSH có thể được hiểu theo 2 nghĩa. Theo nghĩa rộng, điển hình như định nghĩa trong Công ước về Đa dang Sinh học của Liên hiệp quốc (1992) thì CNSH là ““Bất kỳ ứng dụng công nghệ sứ dụng các hệ thống sinh học, các sinh vật Sống hoặc các thành phần của chúng nhằm tạo ra hoặc biển đối các sản phẩm hoặc qui trình cho một mục đích đặc biệt”” ““any technological application that uses biological systems, living organisms, or derivatives thereot`, to make or modify products or processes for specìtìc use°'. Một cách đơn giản, CNSH là công nghệ được áp dụng trên một đối tượng sinh Vật. Hiện nay, CNSH thường được hiểu theo nghĩa hẹp hơn nhiều. Nó thường được xem như các công nghệ liên quan đển sinh học phân tii' chẳng hạn công nghệ AND, công nghệ chuyển gen, công nghệ nuôi cấy mô và tế bào...Theo định nghĩa của FAO: CNSH là kiển thức liên quan đến khia cạnh phân tử của Sinh vật và tể bào của chủng. 1.2. Công nghệ sinh học trong bệnh cây Bệnh cây học (phytopathology = plant patho logy) nghiên cứu 4 lĩnh Vực chinh: 1. Tác`nhận gậy bệnh (pathogens): nghiện cứu đặc điểm hình thái, sinh học, phận loại, di truyên, tiện hóa của tác nhân gãy bệnh. 2. Tưoĩlg tác giữa tác nhân gây bệnh và cây ký chứ (plant-pathogen interaction): nghiệIn cứu cơ chê tân cộng của tác nhân gây bqệnh,Và cơ Chê phòng thủ của cậy, hậu quả của môi tương tác này đôi với cây (các biên đôi câu trúc và chức năng của tê bào và mô cây bị bệnh). 3. Dịch bệnh học (phytopathological epidemi0logỵ): nghiên cứu động thái phát triển của bệnh cây theo không gian và thời gian, các yêu tô của cây ký chủ, môi trường , tác nhân gây bệnh và con người ảnh hưởng đên sự hình tllành và phát triện của bệnh. 4. Phòng chống: nghiện cứu các nguyện lý phòng chống, các biện pháp phòng chống. Công nghệ sinh học trong bệnh cây, do Vậy, cũng nhằm vào 4 lĩnh vực trên. Các nghiên cứu đa dạng, tiển hóa của các nhóm tác nhân gây bệnh chủ yểu dựa vào các phân tich phân tư. Nhiều nhóm tác nllân gây bệnh, chẳng hạn virus, Viroid, phytoplasma, chi có thể được xác địrìh, phân loại chính xác khi phân tich bộ gen của chúng. Xác định đầy đủ thành
  8. 8. phần, nguồn gốc, mức độ đa dạng của tác nhân gãy bệnh luôn là thông tin đầu tiện Và quan trọng đối vởi bất kỳ chiển lược phòng chống nào. Sự tương tác giữa tác nhân gây bệnh và Cậy thường rẩt phức tạp với sự tham gia của nhiều gen Ở cả 2 phia. Hiện nay, một công nghệ dựa trên lai phận tử gọi là công nghệ microarray (chip gen) có thể xác đinh sự biểu hiện đồng thời của hàng chục nghìn gen Chí trên một lam ldnh. Trong lĩnh vực phòng chống bệnh, có vô số Vi dụ cho thấy Vai trò của CNSH. Các giống kháng bệnh có thể đươc tao ra dùng 2 chiển lược chinh: (i) dùng gen kháng có nguồn gốc từ cây. Ðây là chiển lược áp dụng cho mọi đối tượng dịch hại. (ii) dùng gen từ tác nhân gây bệnh để tạo tính kháng (tinh kháng có nguồn gốc từ bệnh). Đây là chiến lược áp dụng cho các bệnh virus. vai trò của .CNSH thể hiện ở các kỹthuật phận lập gen kháng, thiểt kể các cấu trúc chuyển gen, chuyến gen, lai tạo với sự trợ giúp của các marker phận tứ. Sứ dụng VSV đối kháng hoặc các sản phẩm có nguồn gốc VSV đề phòng chống bệnh cũng có thể được xem là ứng dụng CNSH (theo nghĩa rộng) trong bệnh cây. Chương 1. Di truyền quần thể trong bệnh cây Mục tiêu của chương này là cung cấp các kllái niệm co bản trong di truyền quẩn thể. Các kllái niệm này sẽ rât cân thiệt giúp Sinh viên có khả năng phân tích kêt quà Sau khi thực hiện các thi nghiệm dựa trên công cụ CNSH khi đảrlh giá đa dạng của tác nhân gây bệnh cây. 1. Sinh học quần thể của tác nhân gậy bệnh Sinh học quần thể nghiện cửu các quá trình Sinh học ảnh hưởng tới quần thể sinh vật. Sinh học quẩn thể, do Vậy, cũng là một lĩnh vực nghiên cứu của bệnh cây học Vì bệnh cây chi hình thành dưới tác động của 1 quầii thể tác nhân gây bệnh. Một Vểt bệnh trên lá sẽ không có ý nghĩa về mặt kinh tế lẫn Sinh thái. Một vụ dịch gây thiệt hại kinh tế lớn thường do vô số các sự kiện xâm nhiễm gây bệnh liện quan đển toàn thể quằn thể ký Sinh và ký chủ. Để phòng chống bệnh, người ta phải xây dựng các biện pháp phòng chống nhằm vào toàn bộ quần thể tác nhân gây bệnh. Như Vậy, hiểu được sinh học quằn thể tác nhân gây bệnh là bước quan trọng nhằm phát triển các chiển lược phòng chống bệnh hiệu quả. Một quần thể là một tập hợp các cá thể cùng loài chiểm một không gian địa lý nhất địI1h và thể hiện sự liện tục về mặt sinh sản từ thể hệ này Sang thể hệ khác. Mối tương tác sinh thải và sinh sản của Các cả thể trong cùng quằn thể, do Vậy, phổ biển hơn So với mối tương tác của các cả thể thuộc các quần thể khác nhau. Di truyền quần thể tập trung vào quá ninh dẫn tới trao đổi di truyền hay tiển hóa trong quằn thể theo thời gian và không gian. Phần lớn các nghiện cứu di truyền quần thể dựa trên qui mô thời gian dài (vi dụ qua nhiều mùa vụ hoặc qua nhiều thể hệ tác nhân gây bệnh) và không gian lớn (Vi dụ qui mô toàn cẩu cho các đối tượng bệnh có thể phát tán xa). Di truyền quần thể giải quyệt chủ yểu các các quá trình di truyền như đột biển, trôi dạt di truyền, giao lưu gen, hệ thống sinh sản/ ghép cặp và chọn lọc tự nhiên. 2. Tiến hóa 2.1. Tiến hóa Tiến hóa là một quá trình gồm 2 bước. Đầu tiên là quả Hình đột biển gen hoặc tái tố hợp di truyền xảy ra và tạo nên sự đa dạng di truyền trong quằn thể. Tiểp theo, cậc qua trình như chọn lọc hoặc trối dạt di truyên sẽ tác động là thay đôi tân Sô allele trong quân thệ. Tiển hóa, như vậy, hình thành từ sự thay đối tần số allele trong quần thể. Vi dụ, khi một quần thể cây ký chủ trải qua một sự gia tăng trong tần số các allele kháng hình thành từ sự chọn lọc các cá thể kháng thì quận thể cây này đã tiển hóa lên một mức độ kháng cao hơn. Tương tự, khi một quần thể tác nhân gây blệnh không độc trải qua một sự gia tăng trong tần số allele độc nhờ quá trình chọn lọc các cả thể độc có khả năng thoát khỏi sự nhận biệt của các
  9. 9. allele kháng của cây ký chủ kháng bệnh thì người ta gọi quần thể tác nhân gãy bệnh này đã tiên hóa tới một mức độ độc cao hơn. 2.2. Sinh học tiến hóa: Di truyền quần thể và phả hệ trong bệnh cây Sinh học tiển hóa là một ngành nghiện cứu quá trình dẫn tới thay đổi di truyền hoặc tiển hóa của quằn thê hoặc của loài. Di truyền quần thể và phà hệ học là 2 ngành phụ trong SiJ`Ih học tiển hóa. Dí truyền quần thể nghiện cứu các quá trình Vi tiển hóa (microevolution) xảy ra trong loài nhằm giái thich sự phân bố biển dị di truyền bên trong các quần thể hoặc giữa các quần thể của cùng loài. Phả hệ học nghiên cứu các quá trình đại tiển hóa (macroevolution) xảy ra trong loài nhằm giải thich mối quan hệ phá hệ (quan hệ tố tiên - con Cháu) dẫn tởi sự phân bố của loài hiện tại theo không gian và thời gian. Phũ hũ hũc (Phylogenetics) (IỆIDỈ ti[ln húa = macroevolutionì Sin Ữ ll Bilĩlt húa loài (Speciation) hũc ti[ln Ẹ Di truyũn qulĩln thlĩl (Population genetics) Hình 1. Mối quan hệ giũa phả hệ học Và di truyền quần thể trong quá trình biệt hóa loài Bệnh cây học nghiên cửu sinh học tiến hóa vì (I) quằn thể tác nhân gây bệnh thường tiện hóa nhằm phản ứng lại các biện pháp phòng chống và (2) người ta thường không rõ liệu một quần thể tác nhân gây bệnh mới hình thành và thay thể một quần thể đang tồn tại trước đó là một quần thể chuyển ký chú hay là một loài mới hoàn toàn. Phân tích phá hệ sẽ phân biệt được các loài dựatrên mổi quan hệ tổ tiên - con cháu các tổ tiên chung; trong khi đó di truyện quân thê xác định môi quan hệ giữa các quân thê của cùng một loài. Ranh giới giữa di truyền quần thể và phà hệ học là sự biệt hóa loài (speciation) tức là quá trình hình thành loài mới. Sự biệt hóa loài có thể xảy ra trong cùng một Vùng địa lý, hoặc tại các vùng địa lý cách xa nhau hoặc tại các vùng địa lý lân cận. sự biệt hóa loài có thể xuất hiện nhanh hơn đối vởi tác nhân gây bệnh cây so với các sinh vật khác do hậu quả của sự đồng tiển hóa. Phả hệ học và di truyền quằn thể sứ dụng các các công cụ phân tich di truyền khác nhau. Phân tich phà hệ sử dụng các đặc điểm đặc trưng cho loài nhằm xác định các đơn Vị phân loại dựa t1'ên 2 phương pháp là phương pháp phân nhánh (cladistics) và phương pháp kiểu hình (phenetics). Di tmynền quần thể sử dụng các tận số allele tại các Vị tri đa hình (polylnorphic loci) nhằm xác định cấu trúc di truyền và ranh giới quằn thể. Cả 2 lĩnh vực nghiện cứu trên đều njtằm làm sáng tó quá trình dẫn tới thành phẩn quần thể và loài hiện tại. Trong quá trình xác định nguồn gốc của các loài tác nhân gây bệnh mói, người ta có tể phải sứ dụng các công cụ nghiên cứu của cả phá hệ học và di truyền quần thể. 3. Nãm lực tiển hóa (Five Evolutionary Forces) lệ Trong hệ sinh thái nông nghiệp, chúng ta quan tâm liệu một biện pháp phòng chống (chặng hạn dùng một gen kháng, phun một loại thuôc hóa học, áp dụng một chương trình
  10. 10. kiềm dịch mới, luân canh cây trồng.. .) sẽ ánh hưởng tới di truyền quần thể hay tiển hóa của một quần thể tác nhân gây`nào đó như thể nào. V Trong di truyên quân thê, nhìn chung, người ta xét 5 lực tiện hóa có ánh hưởng tới quần thể tác nhân gây bệnh. Các lực này là: - Đột biển (mutation) - Trôi dạt di truyền (genetíc driñ) - Giao lưu genlkiểu gen (gene/genotype t`loW) - Hệ thống sinh sản/ ghép cặp (reproduetive/mating type Systems) - Chọn lọc tự nhiện (natural selection) Nểư không có đột biển, trôi dạt di truyền, giao lưu gen/kiểu gen và chọn lọc tI_I' nhiện thì quần thể sẽ đạt tới ưạng thái cân bằng theo định luật Hardy-Wenberg. Để đơn giản, Chúng ta sẽ xét chỉ một lực tiện hóa tại một thời điểm mặc dù trong tự nhiên, tất cả các lực này thường xảy ra đồng thời và tương tác với nhau để định hình cẩu trúc di truyền của quần thể. 4. Đột biến 4.1. Định nghia Đột biển là I thay đối trong DNA Ở một locus nào đó của Sinh vật. 4.2. Vai trò Đột biển là một lực tiến hóa yểu để có thể làm thay đổi tần sổ allele nhưng là một lực tiến hóa mạnh để tạo ra một allele mới. Đột biển là nguồn chủ yểu để tạo thành các allele mới trong quần thể tác nhân gây bệnh. Do Vậy, đột biển cũng cũng là nglồn chủ yểu để tạo thành các allele mới có khả năng tạo ra các kiệu gen mới của một tác nhân gãy bệnh (chằng hạn chủng mới, dạng chuyên hóa mới). Đột biển đóng một vai trò quan trong trong tiển hóa. Nguồn chủ yếu các biến dị di truyền là đôt biển. Đột biển quan trọng Vi là bước đầu tiên của tiển hóa khi nó tạo ra các trình tư DNA mới cho một gene (tức tạo ra các allele mới). Cẩn chủ ý là tái tổ hợp (recombination) cũng có vai trò tương tự. Đột biến có vai trò như là một lực tiển hóa Vì nó có khẩ năng gây ra những thay đổi đáng kể trong tần số allele qua một thời gian rất lâu. Nhưng nếu đột biển là lực tiển hóa duy nhất tác động lên quằn thể tác nhân gây bênh thì tốc độ tiển hóa thấp tới mức chúng ta không thể quan sát thẩy được. Trong bệnh cây, chúng ta thường quan tâln nliất tới các đột biển ánh hưởng tới tính độc của tác nhân gây bệnh hoặc tinh mẫn cảm đối Với thuốc hóa học. Đối với tác nhân gây bệnh có mối quan hệ gene-đối-gene đối với cây thì chúng ta đặc biệt quan tâln tới các đột biển làm tác nhân gây bệnh chuyển từ tính không độc Sang tinh độc Vì đây là các đột biển dẫn tới mất tính kháng di truyền của cây Ở cả hệ sinh thái nông nhiệp và hệ sinh thái tự nhiện. Tuy nhiện các đột biển làm tác nhân gậy bệnh chuyển từ trạng thải mẫn cảm thuốc sang trang thái khang thuốc cũng quan trọng trong hệ siJ`Ih thải nông nghiệp Vì chủng ảnh hường tới tính thich nghi của tác nhân gây bệnh. 4.3. Một mô hình đột biến đo'll giản Nhằm chứng minh đột biển có thể dẫn tới thay đối tẩn số allele như thể nào, hãy xét một mô hình đột biển đơn giản. Giả sử chủng ta có 2 allele Ở một locus gọi là A1 và A2, trong đó Al có thể đột biến thuận thành A2 và A2 có thể đột biển ngược thành A1. Tiểp theo, giả sử A1 đột biển thành A2 với tần số u trên một thể hệ (u là tốc độ đột biển thuận), A2 đột biển ngịch thành A1 với tần số v trên I thể hệ (v là tốc độ đột biển nghịch). Ở thời điểm t, tần số của 10
  11. 11. allele A1 là p, và số allele A2 là g.. Ở mọi thể hệ, có một tỷ lệ allele A, bị đột biển thành AZ'. Tỷ lệ này sẽ băng tôc độ đột biên thuận u nhân với tân sô allele At = up. Tượng tự, Ỏ mọi thệ hệ cũng có một tỷ lệ allele A2 đột biện nghịch thành allele At và tỷ lệ này = Vq. f(Al) = Pt ẨA2) = qt A1 = avirulence allele, Az= virulence allele Thuận (u) -----› A. gg A; Nghịch (V) up AINAZ Aq =upỵ- Vq. A1 M A2 thêm mất vq Điều gi sẽ Xảy ra với tẩn số allele A2 với điều kiện trên? Ớ mọi thể hệ, tần số allele A2 sẽ tăng lên (up) do đột biến thuận nhưng cũng đồng thời bị giảm (vq) do đột biến nghịch. Như vậy, ở mỗi thể hệ, tổng thay đối tần số allele A2 (Aq) = up - Vq. Có thể suy ra tần số allele Az Ở thể hệ t +1 sẽ là QmU=%+Aq qtltlt = ql T (UPI ' vqt) Ví dụ Giả sử u = 1 x l0'5 và v = 1 x l0'° / thể hệ (đây là tốc độ đột biển thuận và nghịch điển hình). Giả sử tần số allele A, (p) = 0.99 và tần số A; (q) = 0.01. Vậy tần số mới của A; là bao nhiêu sau một thể hệ đột biển? Tần số mới của allele A; = 0.01 + [(110'5)(0,99) - (10'Ó)(0.01)] = 0.01 +_ 9.89 x 10'° = 0.0l001. Chúng ta có thể thấy rẳng sự thay đôi tần số allele A; là không đáng kể qua mỗi thể hệ. Nhìn chung, sau t thể hệ, tần số của allele Aẫl (ll)IỈIiId-type) sẽ là: Pí = P0 Để tinh số thể hệ cần nhằm thay đổi tẩn số allele với một số cho trước: t = log(pg/po)/log(l`uI Chúng ta có thể dùng công thức trên để tính số thể hệ Cần để thay đối các tần số allele với điều kiện đột biển là lực tiển hóa duy nhất tác động lện quần thể. Để thay đối tần số allele 1% (0.01) sẽ cần một thời gian dài. Giả sứ u = 10'5 / thể hệ (đây là một tốc độ đột biển cao). Để chuyển tẩn số allele A, từ 1.00 lện 0.99 (thay đối 1%) sẽ cần 2000 thể hệ. Để chuyển tần số này từ 0.10 Iên 0.09 (thay đối 1%) sẽ cần 10,000 thể hệ. Nhìn chung, khi tần số của a11e1e hoang dại giảm thì nó sẽ cần thời gian lâu hơn để tạo ra cùng số lượng đột biển. Mô hình này chủng tả rằng Ịìột biễn là lực tiển hóa rẩt yểu để có thể thay đổi tần Sổ allele. Tuy nhiên, đột biểnq lại guan trọng trong khi tạo ra các allele mới trong quằn thể. Số lượng allelle trong quân thê biên đôi theo kích thước quân thê. Tộc độ đột biên được tính theo thể hệ. Một tốc độ đột biển = 1 x 10`° có thể có ý nghĩa là một đột biển ở một cặp gen sẽ xuất hiện một lầlì/ 1 triệu tể bào / thể hệ hoặc cũng có thể có ý nghĩa là đột biển Ở một cặp gen sẽ xuất hiện một lần/ 1 triệu cặp base / thể hệ. Các đột biển chi có thể truyền sang thể hệ con lI
  12. 12. cháu nếu xuất hiện Ở các tế bào sinh sản như bào tử nấm, trứng + tinh trùng (của tuyển trùng, côn trùng), tế bào vi khuẩn hoặc phân tử virus. Một đột biển = 1 X l0`Ó cũng ngụ ý rằlig đột biến xuất hiện ở tần số 1 / 1 triệu cá thể của quần thệ. Tốc độ đột biển they đôi theo gen và loại sinh vật, nhưng nhìn chung chứng thường thấp và có thể được xem là sự kiện hiếm trong hầu hết các trường hợp. Già sư một đột biến có tốc độ 1 x 10” . Điều này có nghĩa trung bịnh, trong I quẩn thể 1 triệu cả thê (bào tư nấm, tế bào vi khuân, phân tứ virus), người ta có thê hy vọng tìm được 1 đột biển trên bất kỳ một locus gen/thể hệ. Tương tự, trong 1 quần thể 10 triệu cá thể, ngrời ta có thể hy vọng tìm thẩy 10 đột biển. 4.4. Đột biển trong tác nhân gây bệnh cậy Lấy I Vi dụ là nấm sương mai lúa miển (barley) Blumerỉa gramỉnỉs ÍĨ sp. hordei. Một vểt bệnh Sương mai thành thục tạo ~104 bào tử /ngày. Nếu clli số bệnh (= % diện tich lá bị bệnh) trên một cárlll đồng là 10 % thì sẽ có khqảng 105 vểt bệnh/ ml và số lượng bào tứ hình thành là khoáng 10° bào tứ/ m2/ ngày hay 10'3 bào tứ/ ha/ ngày. với một tốc độ đột biển = 10' 6 tại một locus qui định tính không độc thì sẽ có khoảng 107 bào tủ mang đột biển độc được tạo ra /ha/ngày. Các đột biện độc này phát tản Sang các ruộng trồng giống kháng trồng cạnh đó và nhiễm trên các Cây mang gen kháng và tạo ra một thể hệ con cháu mang gen độc. Quá trình này xảy ra khá phổ biển đối với nấm sượng mai và gi sắt, Và cuối cùng dẫn tới cái gọi là chu trình °”đinh - và - đáy” (boom - and - bust). Trong chu trình này, đột biến là giai đoạn đầu tiên chủ chốt để tạo ra '“đáy”°. ệ Nhìn chung, quần thể tác nhân gây bệnh lớn thường có nhiều a11e1e hon quần thể nhỏ Vì có nhiều đột biển là nguyện liệu cho chọn lọc hoặc trôi dạt di truyền. Đây là một lý do người ta nên giữ quần thể tác nhân gây bệnh Ở kich thước càng nhỏ càng tốt. Về lý thuyết, nếu kích thước quần thể là <10°, người ta khó có thể tìm được nhiều allele đột biến cho bất kỳ gene nào, kể cả gene độc. Ngoài ra, kích thước quân thể lởn thường chửa nhiều allele hơn do chúng trải qua trôi dạt di truyền it hơn. Như trình bày Ở phần..., trôi dạt di truyền làm giảm số lượng allele của quần thề. Cuối cùng, sự đa dạng của các allele tại một locus sẽ bị ảnh hưởng bởi độ dài thời gian mà quần thể chiếm một vùng địa lý nào đó. Quan hàng ngàn thể hệ, nhiều đột biến sẽ được hình thành trong quần thể và một số trong các đột biển này có thể gia tăng tần số Ở mức có thể phát hiện được do hậu quả của chọn lọc và, trôi dạt di truyền. Cà 2 quá trình này có thể phải diễn ra trong một thời gian rất lâu để có thể tạo ra một sự gia tăng về mức độ đa dạng allele có thể lượng hóa được. Khái niệm «trung tâm đa đang di truyền » thường được dùng để xác định trung tâm khới nguyên của của một cây ký chủ và ký sinh của nó. Trung tâm đa dạng di truyền thường là trong tăm khởi nguyện của cả ký sinh và ký chủ và là nơi quá trình đồng tiển hóa đã xảy ra trong khoảng thời gian lâu nhất. Vi hậu quả của quá ưình đồng tiển hóa, ưung tâm khởi nguyện sẽ có sự đa dạng lớn nhất các allele kháng (của ký chủ) cũng như các allele độc và không độc của kỷ sinh. 4.5. Đột biển và chiển lược tạo giống kháng ` Xét các ảnh hưởng của việc qui tụ các gene kháng. Nếu 2 gene kháng đượclđưa vào đông thời trên một cây ký chủ thì tác nhân gây bệnh sẽ phải cân đông thời 2 đột biện từ trạng thái không độc sang độc. Nểu giá sử tốc độ đột biển điển hình = 10'°, thì xác xuất đề 2 đột biến này cùng xuất hiện trong một chủng là (10'°) x (10'“") = 10"2. Như vậy, lấy lại vi dụ về bệnh sương mai lúa miển Ở trên, sẽ chi khoảng 10 đột biển kép có thể xảy ra mỗi ngày/ha. Nếu người ta đưa vào 3 gene kháng, tI1ì xác Suất tạo 3 đột biển đồng thời là 10-18 và sẽ chi có l cá thể mang 3 đột biển đồng thời/ 105 ha cây ký chủ. Ðây là lý do tại sao các nhà chọn giống thich đưa nhiều gen kháng vào một giống. Vì diện tich 10° ha là diện tích canh tác cây cốc khả phổ biển Ở nhiều nơi trên thể giới (“7) và thường chi có thể cho 2-3 gene kháng nên 12
  13. 13. người ta có thể hỏi tại sao tinh kháng không bị bẻ gẫy nhanh chóng. Lý do là không phải tất cả các cả thể (bào tứ) mang nhiều đột biển đông thời để bẻ gây tinh kháng đa gene có cơ hội nhiễm trên cây kliảng. Phần lớn trong số chúng sẽ rơi xuống đất, biển mất trên không khi, rơi trên cây ký chủ không phù hợp, và thậm chí nếu rơi trên cây ký chủ thich hợp thì lại gặp phải điều kiện môi trường không phù hợp cho sự nhiễm bệnh. 5. Trôi dạt di truyền 5.1. Định nghĩa V Trôi dạt di truyền là l quá t_rình trong đó tần số allele của một quần thể bị thay đối qua Các thề hệ một cách hoàn toàn ngâu nhiên. 5.2. Đặc điểm Trôi dạt di truyền là một quá trình ngẫu nhiên có thể đẫn tới các thay đối lớn về cẩu trúc di truyền của quần thể trong thời gian ngắn. Trôi dạt di truyền dẫn tới cố định allele hay kiểu gene trong quằn thể, làm tăng hệ số giao phối và tăng mức đồng hợp tứ (homozygosity) do hâu quả của việc loại bỏ các allele. Trôi dạt di truyện có lẽ phổ biển trong các quần thể trải qua chu kỳ tuyệt chủng (extinction) và tái xuất hiện (recolonization). Điều này đặc biệt quan trong trong hệ Sinh thái tự nhiện noi cả kỷ sinh và ký chủ phận bố không đều với mỗi phần là 1 quần thệ nhỏ. Vì trong trôi dạt di truyền, tần số allele không thay đổi theo bất kỳ hưởng Xác định trước nào nên người ta còn gọi trôi dạt di truyền là trôi dạt ngẫu nhiên hay trôi dạt di truyền ngẫu nhiện. 5.3. Nguyên nhân Trôi dạt di truyền có thể xảy ra do 3 nguyện nhân và chúng ta sẽ xét các nguyên nhân này theo mối quan hệ tam giác bệnh (cây ký chủ - tác nhân gây bệnh - môi trường). (1). sự xuất hiện lại các quần thễ có kích thu'ớc nhỏ. Kích thước nhỏ của quằn thể tác nhân gây bệnh hình thành lại khi không có nhiều cây ký chủ trên vùng nhiễm bệnh, hoặc khi môi trường không ỈIIÍCII họp çho sự nhiễm bệnh. _P (2). Hiện tượng "thăt cô chai" (hdty là gụ' suy giảm M kích thước quần thê). Một hiện tượng thăt cô chai xuât hiện khi quân thê cây ký chủ bị loại bỏ (ví dụ do thu hoạch), hoặc khi môi trường thay đối đã ngặn sự nhiễm bệnh trên cây hoặc tiêu diệt trực tiểp tác nhân gây bệnh (vi dụ thời tiết khô, nóng, băng giá...) (3). Hiệu lhtg nền. Một hiệu ứng nền xuất hiện khi một số lượng nhỏ các cá thề, đại diện chi một phần nhỏ của tống vốn gene của loài, bắt đầu một quẩn thể mới. Chẳng hạn, một hiệu ứng nền sẽ xuất hiện khi một vài cây mang mầin bệnh thoát khỏi sự kiểm tra của eo quan kiệm dịch và hình thành một bệnh tại một noi vốn trước đây không có bệnh. 5.4. Đo trôi dạt di truyền Đối với một quần thể, mức độ trôi dạt di truyền phụ thuộc N, , N, là kích thước quần thể hiệu quả (effective population Size) và là một quằn thể lý tướng có kích thước xác định. Quần thể lý tướng là quần thể trong đó tất cả bố mẹ có co hội bằng nhau để là bố mẹ của bất kỳ con cháu nào (không có chọn lọc). Ne hiệm khi là số lượng cả thể thực sự của quần thể (I`I, còn gọi là kich thước dân số). N, là một số lý thuyết trình bày số lượng cá thể khác biệt về mặt di truyền đóng góp vào sự hình thành giao tứ cho thể hệ kể tiếp. Ne cũng còn được gọi là số cả thể giao phối kliác biệt về di truyền của quằn thể. N, không dễ xác định vì nó bị ảnh hưởng bới phưong thức giao phối và sinh sản (tự thụ, giao phối chéo, sinh sàn Vô tinh) và phụ thuộc vùng địa lý mà quần thê được lấy mẫu. Ne không dễ xác định đối với các tác nhân gây bệnh nấm có kiểu sinh sản vô tinh và hữu tính hỗn hợp Vì số lượng cả thể có thể rất lởn nhưng số kiểu gene khác nhau có trải qua tái tố hợp hữu tính có thể tương đối nhỏ. Ví dụ một nghiện 13
  14. 14. cứu về nấm Mycosphaerella graminicola gây bệnh trên lúa mỳ cho thấy N, của nấm it nhất gồm 70 chủng (Strains) / ml (Zhan et al., 2001). Nếu biết kích thước quần thể hiệu quà N,, chúng ta có thể biệt trôi dạt di truyền tới mức nào. Sư biển động (biểu diễn bằng phượng Sai Var) trong tần số allele (p) cúa một quần thệ có trôi dạt di truyền được tinh theo công thức: Var (p) = ẩ sau 1 thể hệ trôi dạt di truyền đổi với sinh vật lưỡng bội C Sau nhiều thể hệ trôi dạt di truyền, một cân bằng hình thành và tại điểm cân bằng, chúng ta co: Var (P) = poqo ị , ị Trong đó po và qo là tân sô ban đâu cùa 2 alllele tại một locus. Nểu po=qo=0.5 và Ne = 50 thì Var (p) = 0.0025 Độ lệch chuấn SD cua (p) = (0.O025)"-5 = 0.05. Độ lệch chuẩn là tmng binh giá trị tuyệt đối cua sai khác được kỳ vọng trong quằn thể sau l thê hệ trôi dạt di truyền và xâp xi băng thay đối được kỳ vọng trong tân số allele (A p) trong một quần thệ. Do Vậy trong một quần thệ có 50 cá thệ với 2 allele có tần số ban đầu bằng nhau thì chúng ta có thể dự đoán tần số các allele này sẽ thay đổi khoáng 5 % qua mỗi thể hệ. Mức độ thay đối sẽ tặng khi kich thước quần thệ giam. Vi dụ Nếu po=qo=0.5 và N, = 5 thi var (p) = 0.05 Độ lệch chuẩn SD cùa (p) = (0.05)°~5 = 0.22 Trong trường hợp này, quần thể với 5 cá thể trải qua trội dạt di truyền sẽ có sự thay đối tẩn số allele khoang 22% qua mỗi thể hệ. 5.5. Trôi đạt di truyền làm giảm đa dạng đì truyền và đẫn tó'i phân chia quần thể Co hội để cố định (fix) một allele tại một locus do trôi dạt di truyền phụ thuộc kich thước quằn,thể hiệu quả Ne và tần số cua allele độ. Một allele được cố định có nghĩa allele này có tân Sô = I (tức là tât cả các thệ của quân thê có cùng allele này). Trong một quận thệ có kich thước quần thể hiệu quá lởn và các allele có tần số ngang bằng thì cơ hội cho một allele trớ nện được cố đinh sẽ gialn. Các allele có tần số thấp sẽ Ớ vị tri bất lọi trong quá trình trôi dạt di truyền vi nguy cơ bị biển mất cao hơn so với các allele có tẩn số cao. .Trong điều kiện trôi dạt thuần túy, xác Suất cố định của một allele trong một quằn thể là tần số ban đầu của nó. Nều già Sử tần số ban đầu của một allele là 0.01 thì sẽ có 1% eo hội đề allele này được cố địI1h trong quần thể. 0.9 0 - p=D.5,q=ũ.5 - p=ũ.4.q=D.6 ẵ - p=0.3,q=0.7 - p=0.2.q=0.8 ẵo.ú - D=Ũ›l›Q=Ũ`9 ,Ế 3 `õ Ệ 0,3 Ệ 0.0 0 10 20 30 40 50 60 Poptitation Sizes Hình'. Xác xuất I allele sẽ biển mất do trôi`dạt di truyền khi gia sử quằn thể có 2 allele với các tân số ban đâu khác nhau và kich thước quân thê hiệu quả khác nhau. I4
  15. 15. Trôi dạt di truyền có thể dẫn tới nhiều hậu quả: - Dẫn tới thay đối tần số allele - Dẫn tới cố định allele do mất allele hoặc kiều gen - Dẫn tới cố định hay mất tOàH bộ kiểu gen của một sinh Vật sinh sản vô tinh - Dẫn tới tặng tinh đổng hợp tứ đối với sinh vật lưỡng bội và tăng hệ số tự thụ - Dẫn tới tăng sự sai khác di truyền giữa các quần thể nếu không có sự giao lưu gen (gene Ílow) giữa chúng Trôi dạt di truyền cũng có 2 hậu quả quan trọng về mặt tiến hóa qua thời gian dài. - Tạo điệu kiện cho sự biệt hớa loài (tao loài mới) bằng cách cho phép tich lũy Các các đột biên không thich nghi dân tới tạo điệu kiện phân chia quân thê - Tạo điều kiện cho sự di chuyển của một quận thể tl`J mặt`bằng thich nghi thấp lện mặt băng thích nghi cao hơn theo lý thuyê chuyện dịch cân băng Sewall Wright. Sự phân chia quần thể do trối dạt di truyền sẽ tăng doệcác allele có trong các quần thể khác nhau sẽ bị mất một cách ngẫu nhiện. Ngoài ra, thay đối tần số allele một cách ngẫu nhiên trong quẫn thể cũng sẽ xảy ra trong các quần thể khác nhau và các thay đối ngẫu nhiên này làm các quần thể ướ nện biệt hóa. Cuối cùng, nếu trộiIdạt di truyền xảy ra ớ các guần thể có kich thước quân thệ hiệu quả nhỏ thì xác Suật giao phôi chéo giữa các họ hang gân gũi có xu hướng tăng dẫn tới tăng tự thụ và tiếp theo làm giảm mức dị hợp tử (heterozygosity) 5.6. Trôi dạt di truyền trong tác nhân gây bệnh cây Trong hệ sinh tháii nông nghiệp, các quẫn thềẵ tác nhân gây bệnh thường trở nên rật lớn doqhậu quả tinh động nhât di truyên cao của quân thê cây ký chủ. Do vậy, trôi dạt di truyện có thệ không đóng một Vai trò quan trọng trong quá trình tiển hóa của tác nhận gây bệnh trong phạm vi một diện tich canh tác nhỏ (chẳng hạn một cánh động của nông dân). Tuy nhiên đã có rất nhiều bằng chứng về hiệu ứng nền trong hệ sinh thái nông nghiệp. Một vi dụ điển hình là Úc. Đậy là một lục địa độc lập. Trong quá trình kI1ai phá, người chậu Âu đã mang cây trồng cũng như bệnh của chúng vào lục địa này. Trong hệ sinh thái tự nhiên, trôi dạt di truyền có lẽ đóng vai trò lớn hơn trong tiển hóa của tác nhân gây bệnh Vì ngoài tự nhiện, quần thể cây ký chủ đa dạng về di truyền hơn, thường có phân bố không đều nên kich thước quằn thể tác nhân gây bệnh không quá lớn. Hiện tượng thắt cổ chai thường xuất hiện trong quần thệ tự nhiên nhiều hon so với hệ sinh thái nông nghiệp. (Xem thêm khái niệm siêu quằn thể) 5.7. Vi dụ trôi dạt di truyền trong bệnh cây Một vi dụ về trôi dạt di truyền trong bệnh cây là trường hợp nấrn Puccina Strỉlỵfonnỉs gây bệnh gí lsắt dạng sọc lúa mỳ Ớ Thông qua các p`hân tich phận tử, các nhà khoa học phát hiện thây rặng nâm này đã tới Uc vào năm 1979 bặng l clone từ châu Au Vì trong 2 năm 1979- 1980, chi I race của nấm này được phát hiện tại Úc và giống với 1 race của Châu Âu (Steele et al. 2001). 6. Giao lưu gene và kiễu gen (Gene and Genotype Flow) 6.1. Định nghĩa. Giao lưu gene/kiểu gen (hay di cư gen/kiểu gen) _là quá trình chuyển vật liệu di truyền (dưới dạng gen/kiệu gen) từ quân thệ này Sang quân thê khác của cùng loài. 15
  16. 16. 6.2. Đặc điểm Giao lưu gen là một lực ngăn cản sự đa dạng của các quần thế. Giao lưu gen phá Vỡ rào cản địa lý hoặc các rào cản khác gây ra sự biệt lập quần thể. Các quẩn thể biệt lập, do không có trao đối di truyện nên sẽ trở nên đa dạng do trôi dạt di truyền và chọn lọc các allele thich nghi nhất đối với ổ Sinh thái của quần thể đó. Nhưng nếu giao lưu gene Xuất hiện ớ mức độ đủ lớn và hiệu quả thì các quần thể biệt lập sẽ trở nện không còn đa dạng về di truyền; nói cách khác chúng trở nên giống nhau và tiển hóa như một đơn vị tiển hóa duy nhất. Giao lưu gen đặc biệt quan trọng đối với tác nhân gây bệnh cây trong hệ sinh thái nông nghiệp vì nó là quả trình đưa các gen mới vào một vùng địa lý cách xa điểm xuất hiện đầu tiên của gen đó. Nó là quá trình đưa các allele độc vào một quần thể mới. Giao lưu gene do Vậy có thể đưa các allele mới thay thể các allele cũ nếu các allele mới tllich nghi hơn trên cây ký chủ hiện tại 6.3. Gíao lưu gen (gene now) và giao lưu kiễu gen (genotype How) Trong các quần thể tác nhân gây bệnh chi bao gồm một hoặc một vài dòng” (chủng) đồng nhất, có thệ xảy ra trường hợp giao lưu gene đặc biệt, trong đó, môi dòng (cỏ kiện gene đông nhật) sẽ có nhiều đột biển làm nó khác với dòng ban đầu. Thực tể là nhiều gene di chuyển cùng với nhau trong các dòng vô tính nên người ta cũng quan tâm tới giao lưu kiệu gene. Giao lưu kviều gene là sự di chuyên cúa toàn bộ kiêu gen từ quân thê này sang quần thê khác. Giao lưu lciêu gene chi Xuất hiện đối với các Sinh vật có kiểu Sinh sản vô tinh chiểm ưu thể trong vòng đời haỵ hoàn toàn sinh sản vô tinh. Vi dụ: giao lưu kiểu gen xuất hiện khi I kiểu gen (clone) của nấm Fusarium oxysporum f. sp. melonís (gãy bệnh héo Fusarium trên cây dưa) di chuyển từ Bắc Mỹ tới Israel qua ủng dinh đất mang mầm bệnh của một nhà khoa họe. Trong trường hợp này, V`1 nấm`E oxỵspomm không sinh sản hữu tinh nện toàn bộ kiểu gen cúa`nó đã được đưa vào một quân thê nâln mới. Nêu clone này có mức độ thich nghi cao, nó sẽ tôn tại được Ở một vị tri mới. Đối với vi khuẩn và virus, mặc dù tái tố hợp có thể xảy ra, nhưng do chúng Sinh sản hoàn toàn vô tinh nên giao lưu kiểu gene phố biển hơn giao lưu gen. Trong khi đó, đối với nẩrn, do có cả Sinh sản hữu tính và vô tính nện chúng có cả giao lưu gen và giao lưu kiều gen 6.4. Phân chia quần thể và giao lưu gen Sựrphận chia quần thể do trối dạt di chuyền có thể bị khắc phục nhờ giao lưu gen. Mô hình dễ nhật đê Xem qua`trình này diện ra thê nào là mô hình Lục địa m Đảo do Sewall Wright, một nhà di truyên quân thể, đệ xuât. Continent-island model of Sewall Wright ISLAND CONTIN ENT A = Avirulencc allele lĨA)ạ oKle_way mjgmúon X a = virulence allele (mutant) ỵo ịsịmd In immigrants Q = lia) = ữeque“cY 0f l-m natives virulence mutation on Continent. _ Hình. Mô hình lục địa - đảo về giao lưu gen Diên gíăí mô hình 16
  17. 17. Mô hình giá thiết giao lưu gen chi xảy ra một chiều từ quần thể cho (lục địa) sang quần thể nhận (đảo). Giả sứ a là một allele mang đột biển độc xuất hiện tại một locus (A là allele không độc tương ứng). Gia sứ tần số cúa allele a là f(a) = q và tần số tương ứng của A là f(A) = p. m = là tỳ lệ quần thể đi cư ra đáo 1-m = tý lệ quần thể bán địa có sẵn trên đảo Q = Tẫn số allele a cua quẫn thể di cư ra đảo q., = Tần số allele a của quần thể ban địa tiếp nhận allele a tI`I quằn thể di cư Sau một chu kỳ giao lưu gen chúng ta có: qi = (I-m)qo+ mQ Aq = -mtqu - Q) TrongđóAq=q1-qgq A1 V ệ ệ p Công thức này có thệ được dùng đê tinh tôc độ thay đôi tân số allele do giao lưu gen. vi dụ: xét sự đi chuyến giá định của một allele độc (a) cua nấm gi sắt hại lá lúa mỳ từ Anh Sang Pháp f(a) = 0.50, quằn thể nấm Ở Anh có tẩn số cao về allele độc vi hầu hệt các giống lúa mỳ Ở Anh có gen kháng Lr13. q., = 0.00, V I m = 0.05, tộc độ di cư là cao Vì một sô lượng lớn bào tlì đã bay từ Anh sang Pháp qua một trận bão. Aq = -0.05(0.00-0.50) = 0.025 qi = 0.025 => ~3% của quần thể nẩln tại Pháp bậy giờ chứa gen độc (avrLrl3) Tại điểm cận bằng (Sau nhiều chu trình giao lưu gen do bào tư liên tục bay tt`I Anh Sang Pháp), tần số allele của quần thể cho (Anh) bằng tần số allele của quần thể nhận (Pháp) q., = Q, Như vậy, tần số của allele độc (avrLrl3) sẽ đạt tới 0.50 ớ Pháp mặc dù các nhà chọn giống Pháp không dùng gen kháng Lrl3 trong tạo giống kháng bệnh. Đậy là một ví dụ giải thich tần số cao bất thường của các allele độc trong các quằn thể của một số tác nhân gậy bệnh khi ký chủ của nó thiểu gen kháng tương ứng. Nhiều loại mô hình đã được đề xuất phù hợp với nhiều hệ sinh thái nông nghiệp và tự nhiện khác nhau (Hinh) 6 Ỹ=i“Ỹ” I-[ình . Minh họa các mô hình giao lưu gen. A) Mô hình lục địa - đao (Continent-island); B) Mô hình toàn đáo (Full iIsland); C) Mô hình bắc cầu một hướng (One-dimensional Stepping Stone); và D) mô hình bặc câu hai hướng (two-dimensional Stepping stone). I7
  18. 18. Kết quá cuối cùng của giao lưu gen là lam cho các quằn thể trở nên giống nhau về mặt di ` truyền, Ilình duới cho thây, các quân thê biệt lập vê mặt địa lý có thê nhanh chóng hội tụ vê cùng tân sô allele khi các quân thê chứa 10% các các thê di cư từ nơi khác. 1 0 ỄŨ8 fEqulllbrlum _ Ữ 06 requenμy -p C Q1) ễr E IJ4 Ế 02 < 0 IO 20 30 40 50 Tlrrkẽ (I, ln generatlons) I-[ình . Thay đổi tần số allele nhanh chóng qua các thể hệ của 5 quần thề có tốc độ di cư m=0.l /thể hệ. 6.5. Vi dụ giao lưu gen trong bệnh cây Có rất nhiều vi dụ về giao lưu gen trong quẫn thể tác nhân gậy bênh qua khoảng cách xa Ở qui mô vùng hoặc toàn cầu. Giao lưu gen ỡ qui mô toàn cầu đối vói nấm mốc sương khoat tây (Phytophthora ínfe.TtanS). Dựa vào các kỹ tlìuật DNA fmgerprints, Goodwin et al. (1992, 1994, 1997) đã cung cấp bằng chứng rõ ràng về sự giao lưu gen của nấm. Vụ dịch toàn cầu vào những nãln l840 làm khoảng l.5 triệu người chểt đói Ở Bắc Ấu là do sự di cư của một dòng nấm từ Mexico (là trung tâm khới nguyên và đa dạng của nấm). Sau khi di chuyển tới Bắc Mỹ, nấm di chuyển tiếp sang châu Ấu qua củ khoai tây bị nhiễm và tiếp theo phát tán khắp toàn cầu qua hàng hóa thương mại (khoai tây). Nấm yêu cẩu 2 kiểu ghép cặp (A1 và A2) để sinh sản hữu tinh. W chi có một dòng nấm thoát khỏi Mexico nên tất cả các quần thể nấm, được xác định cho tới gần đây, đều sinh sản vô tinh. Bắt đầu cuối những năm 1970, các dòng nấm khác, kể cả kiểu ghép cặp còn lại “°thoảt khỏi”” Mexico nện hiện nay mức độ đa dạng của nấm ngày càng tăng (cả về tinh gậy bệnh và tinh kháng thuốc metalaxyl) do sinh sản hữu tinh. Kiểu ghép cặp A2 đầu tiện được phát hiện thấy bện ngoài Mexico là tại Thụy Sĩ vào năm 1980. SteịJ 1 Steị) 2 i Step 3 IIe.'l‹.`tì lt) II S.- LIS.- to EIu'Ope Fltìlll Elu”tìpe 1842 Lil' 1843 1844 tìl' 1845 Beguumlg 1846 Hình Các sự kiện di cư của nấm bắt đầu từ một dòng nấm Phytophora ỉnjfestans ban đầu (Goodwilì 1997). 18
  19. 19. 6.6. Mối liên hệ giữa trôi dạt di truyền và giao lưu gen Các biển động di truyền do trôi dạt có thể được khắc phục nhờ giao lưu gen. Nểu có đủ số lượng cá thể được trao đối giữa 2 quần thể đang trôi dạt di truyền độc lập thì các quẩn thể đang trôi dạt sẽ liện kệt về di truyền và sự phân chia quẫn thể sẽ không xảy ra. Mối liên hệ này có thể được giải thich nhờ tham số N,m. N, là kích thước quần thể hiệu quá (một phép đo của trôi dạt di truyền) và m là phần trăm của quần thể tiểp nhận nhưng chi bao gồm các cá thề nhập cư. Như vậy tich của 2 tham số = Nem là giá trị trung binh của các các thể nhập cư được trao đổi trong quần thể của mỗi thể hệ. Giá tI`ị của Nem có thể được xác định dùng phép đo của phân chia quần thể gọi là FST, hay dùng các allele riêng (là các allele chi phát hiện trong một quần thể). Nểu Nam = 0, không có cả thể di cư nào trao đối giữa các quần thể. Kết quả là các allele khác nhau có thể bị cố định do trôi dạt di truyền. Các quần thể trở nên khác nhau và xuất hiện phân chia quẫn thể. Nểu Nam >I , trung binh có l hoặc nhiều cả thể trao đối giữa các quằn thể qua mỗi thể hệ, do vậy quần thể sẽ không phân hóa bởi trôi dạt di truyền và chúng sẽ dần trở nên giống nhau. Rất ít giao lưu gen cẫn để chống lại trôi dạt di truyền ` ` Nêu Nem = I, các ảnh hưởng của trôi dạt bị cân băng lại chinh xác băng ánh hướng của giao lưu gen, quần thể sẽ không phân hóa cũng như không hội tụ Cớ thể minh họa nguyện lý trên qua Vi dụ sau: Giả sử p = q = 0.5 (có nghĩa 2 allele tại một locus có mặt Ở tần số bằng nhau). Với Ne = 10, ảnh hướng của trôi dạt lớn: Var(p) = 0.0125 (s.e. 0.11). Trong quận thể này, một cả thể nhập cư (Nem = 1) tương ứng m = 0.10; Do vậy, 10 % quần thể là gồm các cá thể nhập cư. Để chống lại N, nhỏ thì m phải tương đối lớn. Với Ne = 10,000, ậnh hướng của trôi dạt là nhó: Var(p) = 0.0000125 (s.e. 0.0035). Trong quần thể này, một cá thể nhập cư (Nem = 1) tương ứng với m = 0.0001; do vậy 1 % quằn thê là bao gồm các cá thề nhập cư. Để chống lại một Ne lớn thì chi cẩn m nhỏ. 6.7. Khái niệm siệu quần thể và tác nhân gậy bệnh Một siêu quần thể (metapopulation) là 1 tập hợp các quần thề địa phương liên hệ với nhau bới sự di cư của các cá thề. Các quằn thể địa phương có thể trải qua các chu trình diệt Vong và tái phục hồi; trái lại siệu quần thể có thể tương đối ốn địtth. Một siệu quần thể là một quần thể của các quần thể. Để hiểu được siệu quần thể, cần nhớ rằng các quằn thể thực sự chưa bao giờ cân bằng (ngoại trừ trong các mô hình toán). Do vậy chúng ta có thể Xem một loài là một tập hợp các quần thể nhò chưa bao giờ cân bằng. Các mộ hình siệu quằn thể có thể giúp giải thich các tác nhân gây bệnh đã tiển hóa như thế nào trong hệ sinh thái nông nghiệp, đặc biệt đối với các tác nhân gây bệnh nhóm biotroph - nhóm chi gây hại và tồn tại trên mô ký chủ sống. Trong hệ sinh thái nông nghiệp, một ố sinh thái mới có thể hình thành đối với một tác nhân gây bệnh khi cánh đồng được trồng với một cây ký chủ mẫn cám. Hiệu ứng nền xảy ra khi tác nhân gây bệnh gặp cây ký chủ mẫn cảm và phát triền số lượng. Ồ sinh tllái này bị loại bó khi cây được thu hoạch. Sau khi cây ký chủ bị loại bỏ, tác nhân gây bệnh có thể bị diệt vong (tuyệt chủng) hoặc trải qua quá trình thắt cổ chai Mô hình Siêu quần tllể nhìn chung không. áp dụng cho các nhóm tác gậy bệnh luôn tạo ra các cấu t1'úc (dạng bảo tồn) lâu dài, có thể tồn tại qua động hoặc chuyển vụ ngay tại chỗ. Một vi dụ rất tốt về mô hình siêu quẫn thể là mộ hình bệnh gỉ sắt cậy cốc (Iúa mỳ, lúa miển và yến mạch (Wheat, barley, and oats) hàng năm theo đường hướng Puccinia "Puccinia pathway" Ở Bắc Mỹ. 19
  20. 20. Hinh. Minh họa đường hướng puccinia cua nấm gi sắt cây cốc ớ Bắc Mỹ. Bào tư nấm gi sắt di chuyến lên phia bắc vào mùa xuân và mùa hè (mũi tên đen) và di chuyện lại xuống phia nam vào mùa thu (mũi tện đo) theo hướng gió Do việc loại bo cây ký chủ phụ là barberry nện giai đoạn qua động chuyện vụ của nấm gi sắt thân lúa mỳ (Pzlccỉnỉa gramínỉs ÍĨ Sp. tì'ỉtỈcì ) không tồn tại trong vùng. Nhiều loài nấm gi sắt lại qua đông Ở các bang miền nam như Texas hoặc Ở Mexico. Bào tư sẽ theo gió di chuyển lên phia Bắc theo sự phát triển của cây cốc và tới Canada vào mùa hè - đúng lúc để xâm nhiễm trên cậy cốc đã được trồng vào mùa xuân. Vào mùa thu, khi cây cốc được thu hoạch Ở Canada và các bang Bắc mỹ thì bào từ nấm lại di Chuyền xuống phương naln nhớ gió và nhiễm trên tàn dư cậy cốc trên đồng ruộng. Mùa động lạnh ớ phương Bắc đam báo chắc chắn rằng không một bào tứ nấm nào có thể tồn tại đề bắt đầu một vụ dịch mới trong năm tiểp theo, Như vậy quẫn thể nấm địa phương miền bắc sẽ tuyệt chủng trong mùa động nhưng cây cốc vụ tới vẫn bị xâm nhiễm bới các bào tư di cư từ miền nam tới trong mùa hè. Hình dung một loạt các cánh đồng cây cốc của nông dân dọc theo ““Puccinia pathWay'”, Cây cốc trên các cánh đồng này bị nhiễm bởi bào tư hạ của nấm. Các bào từ này có thể tới từ các cánh đồng cách xa (chẳng hạn từ miền nam USA hoặc Mexico) hay từ các cánh đồng lân cận. Trên mỗi cánh đồng, quần thể nấm địa phương có thể tuyệt chủng do: thu hoạch, phun thuốc hóa học, luân canh với cây - phi ký chù, trồng giống kháng, điều kiện khắc nghiệt của một mùa động lạnh. Sau khi sự tuyệt chùng xuất hiện, các cánh đồng này lại tái nhiễm khi nông dân trồng một Vụ lua mỳ mới. Nguồn bệnh sơ cấp khới đầu một sự nhiễm bệnh mới trên mỗi cánh đồng có thể tới till' các cánh đổng cách rất Xa hoặc từ các cánh đồng lân cận. Như Vậy các quằn thể nấm địa phương dọc đường hướng này luôn trải qua qua trình diệt vong và tải xuất hiện nhưng toàn bộ quần thể nấm Ở Vùng Bắc Mỹ (siêu quần thể) Vẫn ổn định. 20
  21. 21. 7. Hệ thống sinh sản/ghép cặp (Reproductive/Mating Systems) 7.1. Đánh giá cấu trúc dỉ truyền trong quẩn thể Trôi dạt di truyền, đột biển, di cư (giao lưu), chọn lọc và các lực khác làm thay đối tẫn số gen của một quần thể phụ và anh hướng tới cẩu trúc di truyền cua toàn quần thể. Để đánh giá cấu trúc di truyện của quần thể, người ta thường sứ dụng chỉ số sai khác di truyền (index of genetic differenciation) hay còn gọi là chi số cố định F (fixation index). Chi sô này cũng được ký hiệu là Fsĩ. Có nhiều cách diễn giải chi số sai khác di truyền thông qua các công thức tinh. Cách diễn giải l. Về mặt toán học, FST là xác suất mà 2 allele của một cặp gen trong một cá thể lưỡng bội giống nhau, có nghĩa chúng có nguồn gốc từ một tố tiện chung trong các thế hệ trước. Fsĩ là phép đo sự sai khác (differentiation) cúa quần thể dựa trên các số liệu đa hình di truyền (genetic polyĩnorphism), chằng hạn như đa hình nucleotid đơn (Single nucleotide polylnorphisms (SNPS) hay đa hinh microsatellites. Nó là một trường hợp đặc biệt cùa thống kê F. Thống kệ F So sánh sự sai khác di truyền bện trong quần thể và giũa các quần thệ. FST được tính như sau: HBFIXITFH _ Hll"Ỉf[Iin Fçr - -M- H B‹`rli`‹'‹'lI Trong đó I`If;,.,.,,›,.,, và I`Ipvy,;,;,, trình bày số Sai khác trung bình giữa 2 cá thể được lấy tt`I các quần thể khác nhau (nBaIμeun) hay được lẩy từ cùng quằn thể (IĨỵỵl,-,),,-,,). Số sai khác trung bình giữa 2 cá thể trong cùng quần thể là tống số sai khác giữa tùng cặpycả thể chia cho tống số cặp so Sánh. Chú ý là giá thị I`I;y;,;,;,, nện được tính cho môi quận thệ sau đó lây trung bình. Cách diễn giải 2, Fsĩ là ty lệ lượng dị hợp tư (Hs) trong các quẫn thể phụ trên lượng dị hợp tư kỳ vọng của toàn quằn thệ (Hĩ) và được tinh theo công thức FST=(HT“HS)/HT=1“(HS/HT) Trong công thức này, - HT là số lượng dị hợp từ (ịeterozygote) kỳ Vọng cua toàn thể quẫn thể (Ịotal population). - Hs là số lượng dị hợp tư (ịeterozygote) quan Sát trong quần thể phụ (Subpopulation), CÓ thể minh họa cách diễn giai này bằng hình sau. 21
  22. 22. Cách diễn giải 3. Cách diễn 3 cũng tương tự cách diễn giái 2 nhưng thay vì dùng khái niệm quần thệ, ngườ ta dùng khái niệm locus với công thức tinh như sau: FST = l ŕ (Hobs/ Hexp) Trong công thức này, Hobs là mức dị hợp từ trung bình quan sát thấy (gervated) / locus và Hexp là tỷ lệ dị hợp tư kỳ vọng khi giá thiết quần thể giao phối ngẫu nhiên (Hexp tưong tự như mức đa dạng gen của Nei, xem phẫn ) Dưới điều kiện tự thụ hoàn toàn, Hobs sẽ ~ 0 và FST sẽ ~ I. Dưới điều kiện giao phối ngẫu nhiên, Hobs sẽ ~ Hexp và F sẽ ~ 0. Giá trị Fsĩ nằm giữa O và 1 cho biết các mức tự thụ khác nhau. Giá trị Fsĩ <0 cho biết các cá thể dị hợp tư chiểm ưu thể do giao phối không tương hợp di truyền hoặc do sự chiểm ưu thể của các dòng dị hợp hi' đặc biệt thích nghi. 7.2. Hệ thống sinh sản và ghép cặp của các tác nhân gây bệnh cây Tác nhân gậy bệnh có thể sinh sản vô tính (bằng ngiyên nhiễm) hoặc hữu tính (bằng giảin nhiễm) hoặc hỗn hợp cả sinh sản vô tính lẫn hữu tinh. Vi khuẩn và virus có kiểu sinh sản vô tinh. Nấm và VSV giống nấm có kiểu sinh sản hoặc vô tinh, hoặc hữu tinh hoặc hỗn hợp cả hai. Hệ thống ghép cặp (mating systems) chi ttlich hợp đối với các Sinh vật có trải qua Sinh sản hữu tinh. Hệ thống ghép cặp có thể nẳm trong phạm Vi từ 100% tự thụ tới 100% giao phối chéo. Ví dụ nấm Phytophthora có Sinh sản hữu tinh, tuy nhiên có loài lại sinh sản hữu tinh kiểu tự thụ (đồng tản), có loài lại sinh sản hữu tinh kiểu giao phối chéo (dị tận) (bảng ). Hệ thống ghép cặp và sinh sản có ảith hướng đển cách các allele của cả thể kết hợp với nhau. Cặc sính vật giao phối chéo tạo ra các tố hợp gen mới mộtcách nhanh chóng dẫn tới có nhiều kiệu gen trong quân thê và cũng tạo ra mức độ đa dạng kiêu gen cao; hậu quả chủng có khả nãng thích ứng tốt với sự thay đối môi tI'ưỜng. Nểu một sinh vật có kiêu giao phối chéo bắt buộc thì việc tố hợp thường xuyên có thể pháivỡ các tổ hợp allele đã cùng thích nghi. Điều này có thề là bật lợi đôi với tác nhân gây bệnh nêu môi trường ôn địlih. Tác nhân gây bệnh tự tllụ hoặc trải qua sinh sản vô tinh có xu hướng giữ lại các tổ hợp gen cũ dẫn tới mức đa dạng di truyền giảm. Nểu một kiểu gen đã thich nghi tốt (chứa l tố hợp các allele đã đồng thich nghi) thi tác nhân gậy bệnh tự thụ hoặc sinh sản vô tính có xu hưởng giữ lại các tố hợp này trong thời gian lâu. Tuy nhiên, nếu môi trường thay đối nhanh tlli các Sinh vật này phải mất thời gian lâu hơn để có được các tố hợp allele mới cho phép chúng thich ứng với điều kiện môi trường mới. Các tác nhân có kiểu sinh sản/ghép căp hỗn hợp chứa cả ưu và nhược điểm của mỗi kiểu. Nấrn đặc biệt mềm dẻo khi xét tới các kiểu sinh ghép cặp và sinh sản. vi khuẩn và virus có thể tái tổ hợp không cần giám nhiễln nhưng hệ thống sinh sản của chúng hoàn là vô tinh Hệ`thốnqg ghép căp (Mating Systems) thường được địI1h nghĩa là lượng tự phối xuất hiện trong quận thê các sinh Vật sinh sản hữu tính và được đánh giá băng hệ sô tự phôi (inbreeding coefñcịent) thường được viết tắt là F (hay chỉ số cố định Fixation index = Fsĩ) - Sinh sl:ln vụ tớnh - Sinh sun hl:ln T Slph sun huu tmh - HDU tớnh- t[l th[l hũp _ CẺỂO pẵẵl)(khụng ° . I _ Dliiũdung kíuu gen _ Da dung kill-u - Da đãng IỆỈDU gen t P cao - Chũ vlĩlu coc dũng _ Khụng çú cỏc dũng I-lình . Phạm vi sinh sản của tác nhân gậy bệnh và ậnh hưởng có thệ của kiêu siJ`lh sản đên mức độ thuân nhât/đa dạng di truyện trong quân thê 22
  23. 23. Khi Fsr = 1, chúng ta có kiểu ghép cặp tương hợp di truyền (genetic assortative mating). Các Sinh vật có kiểu ghép cặp tương hợp di truyền có xu hướng ghép cặp giữa các cả thể có các allele giống nhau, như các họ hàng gần. Vi dụ về kiểu ghép cặp cực kỳ tương hợp di truyền là sự tụ phối Ớ nhiều loài cây tự thụ. Đối với các cây tự phối nghiêm ngặt, Fsĩ =l. Một số tác nhân gây bệnh cũng có kiểu ghép cặp tương hợp di truyền. Một Vi dụ là các loài nấm Phytophthoa nhóm`đồng tản cớ nghĩa là tự thụ (bảng ). Kết qua cua sự ghép cặp tương hợp di truyện là một quận thệ có Cậu trúc di truyện được đặc trưng bới sự chiệm ưu thệ của các cá thệ đồng hợp tư và có mức đa dạng kiệu gen thấp. Nlliều chu kỳ tự phổi sẽ tạo ra các dòng thuân rlliât (clonal lines) trong các quân thê này. Ngược với kiệu ghép cặp tương hợp di truyền là kiều ghép cặp không ttrơng hợp di truyền. Các sinh Vật có kiệu ghép cặp không tương hợp di truyền có xu hướng ghép cặp giữa các cá thệ không có các allele giống nhau, có nghĩa chúng không có tố tiện chung. Một Ví dụ về kiệu ghép cặp cực kỳ không tương hợp di truyền là sự giao phối chéo bắt buộc Ở các cây giao phấn và nhiều loài nấm. Vi dụ, môt số nấm đam như Armỉllaria spp. có hệ thống ghép cặp tứ Cực (tetrapolar) không cho phép chúng tự thụ. Hậu qua cúa sự ghép cặp không tương hợp di truyền là tạo ra các quằn thể có cấu trúc di truyền gồm các các thể di hợp tư chiểm ưu thể và mức độ đa dạng kiều gen cao. _ Ố dạng trung gian, chúng ta có kiệu ghép cặp ngẫu nhiện (random mating). Các Sinh vật có kiệu ghép cặp ngẫu nhiện có xu hướng ghép cặp ngẫu nhiện với các cá thể khác trong quẫn thể (môt Ví dụ điển hình là loài người). Kết quả của ghép cặp ngẫu nhiền là cân bằng di truyền theo định luật Hardy-Weinberg. Tẫn số đồng hợp tư và dị hợp tứ quan sát thấy đối với bất kỳ locus cũng phù hợp với tần số tiên đoán với giá thiết là giao tI`I kết hợp một cách ngẫu nhiện để thành hợp từ. Hậu quả nữa của ghép cặp ngẫu nhiên là Sư kết hợp ngẫu nhiện trong số các allele tại các locus khác nhau ơ các sinh vật đơn bội, một trang thái được gọi là cân băng giao tư (gametic equilibrium). Hệ thống ghép cặp đã được nghiện cứu đối với nhiều tác nhân gây bệnh nấm. Đối với các loại nấm lưỡng bội như nấm Phytophthora, hệ thống ghép cặp xắp xếp từ tl_.r phối (các loài đồng tan) tới giao phối chéo (cảc loài dị tán) với Chi số cố định Fsĩ nằm trong phạm Vi từ 1.0 tới - 0.82 (Bang). Đối với các tác nhân gây bệnh đơn bội, ngirời ta không thể ap dụng định luật Hardy-Wcinbcrg để đo cân bằng mà phải áp dụng cân bằng giao tứ (gametic equilibrium). Nhiều loại nấm túi (vi dụ nấm đạo ôn Pyricularia oryzae) thuộc nhóm này. Các quần thể ghép cặp ngẫu nhiện thường có mức độ đa dạng kiểu gen cao. Tuy nhiện, nếu mức độ đa dạng gen trong quần thể thấp (chặng hạn như đối với Các quần thể bắt đầu từ một số lượng nhó cá thể = hiệu ứng nền) thì đa dạng kiệu gen cũng vẫn có thể thấp. Bàng. Chi số cố định của các loài Phytophthora (Goodwin, 1997) Kích I Lượng dị hợp tử Loài thlịớc Sô locus Quan sát Kỳ vọng FST mau Các loài đồng tản P. hoehnzerỉae ll 12 0.015 0.32 0.95 P. cactolĩlm 47 18 0.056 0.037 -0.51 P. cỉtrỉco/a 125 l4 0.007 0.279 0.97 P. heveae I4 I7 0.05 0.l6 0.69 P. kat.vZIrae 16 I7 0.00 0.ll 1.0 P. Sojae 48 15 0.00 - 1.0 Các loài dị tản P. botryosa IO 18 0.006 0.08 0.93 P. cambỉvora 25 18 0.060 0.07] 0.15 P. Capsỉcỉ 84 18 0.019 0.20 0,91 23
  24. 24. P. cínnamomì Worldwide 81 18 0.098 0.134 0.27 Australia 165 20 0.010 0.049 0.80 Australia 280 19 0.051 0.1 l5 0.56 PNG I8 20 0.058 0.088 0.34 P. cítrophthora 43 18 0.107 0.20 0.47 P. irịfestans Tại Mexico 50 15 0.037 0.046 0.20 Bên ngoài 46 15 0.120 0.066 -0.82 P. meadií 33 18 0.066 0.12 0.45 P. megakalya l5 I7 0.078 0.l9 0.59 P. palmivol'a Worldwide 106 17 0.l ll 0.08 -0.39 East Asia 62 17 0.135 0.122 -0.1 l P. para.sỈtỈca 60 I9 0.079 0.l l 0,28 7.3. Đa dạng gen và da dạng kiểu gen Đa dạng di truyền gồm 2 thành phần là đa dạng gen và đa dạng kiểu gen. 7.3.1 Ða dang gen Đa dạng gen ám chi sự đa dạng về các allele của 1 gen hoặc locus nào đó trên I nhiễm Sắc thề. Đa dạng gen có được là do sự khác nhau về trinh tự DNA. Đệ đo đa dạng gerl, tốt nhất là dùng các marker di trtlyền trung tinh đa allele như isozymes, RFLPS, microsatellites, hoặc single nucleotide polymorphisms (SNPS). Tuy nhiện, đa dạng gen cũng có thể được đá.IIh giá dùng các marker trội như AFLP. Lượng hóa đa dạng gen được dựa trên số lượng và tẫn số allele cua một locus. Mức độ đa dạng sẽ tăng khi số lượng allele (tại I locus) tăng và khi tẫn số các allele phân bố đồng đều. Đa dạng gen bị ảnh hướng của marker di truyền dùng đề kiếm tra (các marker trung tinh sẽ cho mức độ đa dạng cao hơn các marker chọn lọc), kich thước quẫn thể (quần thể càng lớn càng it bị trôi dạt di truyền và có nhiều allele hơn), và tuổi quẫn thể (quần thể càng già càng có nhiều thời gian cho đột biện xay ra và cho trối dạt di truyền gia tặng tần số các đột biện trung tinh). Phép đo đa dạng gen phố biện nhất là do Nei (I973) để Xuất với công thức sau: h = I- zxjz Trong đỏ, h là mức đa dạng gen tại một locus và xj là tần số allele thứ j tại locus đỏ. Đối với quằn thể lưỡng bội đạt được cãn bằng Hardy-Weinberg thì mức độ đa dạng gen bằng tẩn số dị hợp tứ tại một locus kỳ Vọng đạt được. Do vậy, mức độ đa dạng gen của quần thể lưỡng bội còn được gọi là mức dị hợp tư (heterozygosity). Mức độ đa dạng gen của Nei là xác suất đệ 2 phiện bản (copy) của Cùng một gen được chọn ngẫu nhiền trong quần thệ là 2 allele khác nhau. Hai copy này nền được chọn từ cùng cá thể lưỡng bội (trường hợp này là đo heterozygosity) hay từ 2 cá thể đơn bội khác nhau (trường hợp này là đo đa dạng gen). 7.3.2 Đa đang kiễu gen Đa dạng kiệu gen ám chi sự đa dạng về sự kết hợp của nhiều allele xuất hiện ớ tẩt `cá các ` locus được thư. yNói cáchlkhác, đa dạng kiệu gen 'dựa trên sô các cá thệ khác biệt vệ di truyên trong I quân thệ và tân số của nó. Đo đa dạng kiêu gen là vô nghĩa đôi với các sinh vật chi có 24
  25. 25. giao phối ngẫu nhiện (vi dụ như loài người) Vi mỗi cả thề của chúng (ngoại trừ trường hợp sinh đôi) hoàn toàn khác nhau về di truyền, do đó đa dạng kiếu gen luôn luôn Ở mức tối đa. Tuy nhiên, đa dạng kiếu gen lại rất quan trọng đối với tác nhân gây bệnh sinh san vô tinh hoặc sinh san hỗn hợp. Đa dạng kiệu gen thường được đo dùng các kỹ thuật DNA tingerprinting (như AFLP) hoặc dùng các marker đa locus (như rep-PCR, RF LP dùng dò đa locus) đôi với mỗi cá thể trong quằn thế. Mức độ đa dạng kiểu gen được đo dựa trên số lượng và tẫn số các kiệu gen trong quẫn thệ. Mức độiđa dạng tặnglkhi số lượng kiếu gen tặng Va tần số kiểu gen phân bố đồng đều trong quấn thế. Đa dạng kiếu gen bị anh hướng bơi hệ thông ghép cặp (quân thế tự thụ có mức độ đa dạng kiều gen thấp hơn quần thể giao phối), hệ thống sinh sản (sinh vật sinh sản hữu tinh có mức độ đa dạng kiệu gen cao hơn sinh vật sinh San Vô tinh) và chọn lọc. Nếu l hoặc 2 dòng tác nhân gây bệnh gia tăng tẫn số so với các dòng khác trên I cánh động do chọn lọc thì mức đa dạng kiều gen chung trong quần thể sẽ giam. Như vậy kiếu ghép cặp và sinh san có tác động đáng kề đến đa dạng kiếu gen nhưng không nhất thiết có tác động lện đa dạng gen. Điều này có thể được minh họa qua l vi dụ dưới đây. 7.3.3 Vi du đo đa đang gen và đa đang kiểu gen Đo đa dạng gen và đa dạng kiếu gen nện dựa trên kich thước mẫu gồm ít nhất 30 cả thể / quần thệ. Đế đơn gian hóa, ví dụ dưới đây chi gồm 8 cá thế /quần thể với 3 loci. Xét 2 quận thệ đơn bội (điên hình cho phận lớn nậm, vi khuân gây bệnh cây) với 3 locus, môi locus gôm 2 allele. Locus A có 2 allele, Al và A2. Locus B có 2 allele, B1 và B2. Locus C có 2 allele Cl và C2. Pop.l Pop.2 Al BI Cl A2 B1 C2 A1 B1 C2 A2 BI C2 A1 B2 Cl A2 BI C2 Al B2 C2 A2 BI C2 A2 B1 C1 A1 B2 C1 A2 B1 C2 Al B2 C1 A2 B2 Cl Al B2 Cl A2 B2 C2 A1 B2 C1 8 genotypes 2 genotypes f(A1) =f(A2) =0.5 f(Al)=f(A2) =0.5 f(B1) = f(B2) = 0.5 f(Bl) = f(B2) = 0.5 f(Cl) = f(C2) = 0.5 f(Cl) = f(C2) = 0.5 Trong trường hợp này, 2 quần thể đổng nhất về đa dạng gen vì mỗi quần thể có cùng số lượng allele với cùng tần xuất. Dùng công thức của Nei, chúng ta tinh được da dạng gen là 0.5`cho ệ tât ca 3 locus ớ ca 2 quận thê. Tuy nhiện đa dạng kiệu gen khác nhau đáng kê giữa 2 quân thê vì quần thệ 1 có tống số 8 kiệu gen và quần thế 2 có tống số 2 kiểu gen. Các quần thể tác nhân gây bệnh sinh san hữu tinh thường xuyến xắp sếp lại kiếu gen cúa chúng dẫn tới các allele độc và các allele khảng thuốc có thể kết hợp lại với nhau nhanh chỏng hơn (như ơ quần thể 1). Các quần thể tác nhân gậy bệnh sinh san vô tinh có thể có mức độ đa dạng gen cao như Ở quần thể hữu tinh nhưng mức độ đa dạng của các al lele được phân bố trong các dòng Vô tinh của chúng thay vi trong các cá thế. Nói cách khác, chúng có mức độ đa dạng kiếu gen thấp hơn (như Ờ quần thể 2). Các marker di truyền trội dựa trên PCR như AFLP và RAPD (chi có 2 allele /locus) có mức đa dạng gen tối đa = 0.50 khi cả 2 allele có tần số tirơg đương. Do vậy, sẽ không thích hợp khi So sánh đa dạng di truyền cùa các tác nhân gây bệnh khác nhau nếu phương pháp đánh giá khác nhau (vd RF LPS và AFLPS). Lợi thế cua các kỹ thuật đảnh giá đa allele như RFLPS, 25
  26. 26. microsatellites, hoặc SNPS là ớ chỗ chúng có thể tiến gần tới giá trị đa dạng gen tối đa lý thuyết =l (báng) và có thể cung cấp các thông tin bổ sung về đa dạng gen vi sự có mặt của các allele hiểm (rare allele) hoặc các allele riêng (private allele). Các allele hiếm và allele riêng có thể được sử dụng đề xác địrtlt trung tâm đa dạng của tác nhân gây bệnh và đề đánh giá sự di chuyên của các quần thể tác nhân gây bệnh theo không gian và thời gian. Tuy nhiện, các allele hiếm chi có thể đóng góp ít vào mức đa dạng gen chung (báng)., Bảng Thay đối mức đa dạng gen (h) theo số allele số alleles Báng Đa dạng gene theo tần số của 2 hay allele. Chú ý h đạt tối đa với 3 allele = 0.67; 2 lƠkhulằbJ h tối đa 0.50 0.67 0.75 0.80 0.83 0.86 h giảin mạnh khi allele chung nhất có tẫn sô = 90% (Vd allele 2) Quần thể l 0OOlƠLhlIằUJINJ 8. Chọn lọc tự nhiền 8.1. Khái niệm Chọn lọc là một quá trình có định hướng dẫn tới tặng hoặc giảm tấn số gen hay tần số kiếu Tần số allele 1 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.01 0.02 0.05 0.33 Tần số allele 2 Tần số allele 3 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.99 0.96 0.90 0.34 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.05 0.33 Nei's h 0.50 0.48 0.42 0.32 0.18 0.02 0.08 0.19 0.67 gen. Chọn lọc xuât hiện nhằm phản ứng lại một yêu tộ môi trường đặc biệt nào đó. Hậu quả của chọn lọc lên cấu trúc và tiển hóa của`Sinh vật là phứcớtạp. ` Chọn lọc có thê làm giE`1_m biên dị di truyện trong quấn thê sinh vật băng giữ lại hoặc loại bỏ ị gen hoặc 1 tố hợp gen đặc biệt nào đó (chọn lọc có định hướng). 26
  27. 27. Chọn lọc có thể làm tiầ,_ng biển dị di truyền trong quần thể nhờ giữ lai nhiều gen hoăc tố hợp Ẹ đặc biệt nào độ và loại bỏ các dạng trung gian (chọn lọc ngắt quãng, chọn lọc cấn bằng). Chọn lọc có thê dận tới biết hóa loài nhờ tich lũy các biên dị di truyên thich nghi trong quân thể biệt lập về sinh sản. Chọn lọc có thể ngăn sư biç^t hóa loài bằng cách đồng nhất cấu tI'úc di truyền của các quần thế tại các địa điểm khác nhau. Chọn lọc trong bệnh cậy chủ yểu được xét trong phạm vi quá trình đồng tiển hỏa gen-đối gen. Nó là quá trình làm tặng tẫn số allene kháng trong hệ sinh thải tự nhiện thông qua quá trinh đồng tiến hóa, làm tăng tấn số allele độc trong hệ sinh thái nông nghiệp qua chu trình “'điI1h - đáy' 8.2. Hai mô hình chọn lọc Một cậu hỏi quan trọng trong di truyền quần thể là biến dị di truyền lớn tới mức nào để có thể tồn tại trong 1 quần thế hay 1 loài. Có 2 mô hình chọn lọc các biến dị di truyền có thể trả lời câu hỏi này là mô hình cân bằng và mô hình trung tính. Mô hình cân bẳng. Theo mộ hình này, không có l allele nào là tốt nhất tại bất kỳ một locus nào mà thay vào đó bế gen của quần thể chứa một số lượng lớn các các allele khác nhau và có tần số khác nhau tại một locus. Do không có một allele nào tốt nhất nến các cá thể dị hơp tứ trong I quần thế sẽ có ưu thể thich nghi hơn các cá thể đống hợp tứ. Đặc điếm này được gọi là siêu trội (overdominance). Theo mô hình cận bằng, quẫn thể sẽ có nhiều biển dị di truyền, và hầu hết cả thế là dị hợp tứ tại một số lượng lớn loci. Tiển hóa trong các quần thể này xảy ra do sự thay đối đần dần tần số allele hay tổ hợp allele thich nghi với điều kiện môi trường. Mô hình trung tính. Theo mô hình này, phần lớn các biển dị di truyền không có ảnh hưởng lên sự thich nghi. Đa số các đột biển là gây chết và nhanh chóng bị loại bỏ bới chọn lọc nhưng các đột biến còn lại là trung tinh hoặc gấn trung tính nên tồn tại được trong bể gen của quấn thế. Đột biến trung tinh sẽ dẫn tới sự đa dạng mà ta có thể quan sát thấy Ở mức protein hay DNA. Như vậy, mô hình trung tinh tương phản với mô hình cân bằng Ở chỗ mô hình cân bằng cho rằng mức độ biến dị di truyền cao, nhìn chưng, sẽ làm tăng tinh thich nghi của quấn thể có lẽ do nó tạo ra một khả nặng đếm (buffering) cho quần thể trước những thay đối đột ngột của môi trường hay do nó tạo ra sự siêu trội (dị hợp tử có lợi thế thich nghi cao hơn đồng hợp nĩ). 9. Tương tác giữa các lực tiền hóa và cấu trúc dí truyền của quần thề tác nhân gậy bệnh Hậu quà cuối cùng của sự tương tác giữa các lực tiến hỏa là cẩu trúc di truyhền của quần thể tác nhân gây bệnh. Cấu trúc di truyền có thể được Xem như số lượng và phân bố của biến di di truyền bến trong và giữa các quần thể được hình thành do tổng ảnh hưởng (có sự tương tác) của tất cả các lực tiến hóa tác động lện quẩn thể theo thời gian. Các tương tác giữa các lực tiến hóa bao gồm m Tương tác giữa đột biến và chọn lọc - Tương tác giữa tái tổ hợp và chọn lọc - Tương tác giũa trôi dạt di truyền, giao lưu gen và chọn lọc m Tương tác giữa chọn lọc và giao lưu gen - Tương tác giữa tái tổ hợp và giao lưu gen 9.1. Tương tác gỉrra đột biển và chọn lọc Mặc dù nhiều lực có thể tương tác để xác định sự tiển hớa của quẩn thể thi tưong tác giũa đột biển và chọn lọc được Xem là quan trọng nhất nhăm giải thich sự tiên hóa của các tác 27

×