Giáo án Bài 4. Đột biến gene

Tạo tình huống gợi vấn đề, giúp HS nhận ra một thay đổi nhỏ về nucleotide có thể làm thay đổi protein và cần tìm hiểu khái niệm đột biến gene.

GV chiếu đoạn mRNA: 5'-AUG GGU AAA UUU GAA UAA-3', cho HS biết đoạn này mã hóa chuỗi Met–Gly–Lys–Phe–Glu rồi kết thúc.
Câu hỏi GV đặt ra: (1) Nếu một nucleotide ở codon thứ hai bị thay bằng nucleotide khác thì protein có thay đổi không? (2) Nếu chèn thêm một nucleotide vào sau codon AUG thì điều gì xảy ra với các codon phía sau? (3) Thay đổi trình tự ở gene có luôn làm protein thay đổi không?
HS dự đoán bằng cách viết nhanh suy nghĩ cá nhân.

Các dự đoán ban đầu của HS, ví dụ: “Thay một nucleotide có thể đổi một amino acid hoặc không đổi gì, tùy codon”; “Thêm một nucleotide có thể làm các codon sau bị đọc lệch”. GV ghi các dự đoán lên bảng để đối chiếu ở phần kết luận.

HS nêu được khái niệm đột biến gene, đột biến điểm và dịch khung; ghép đúng thuật ngữ với nội dung.

Cặp đôi đọc mục Bản chất và cơ chế trong SGK và học liệu NeoEdu, sau đó hoàn thành Phiếu học tập số 1 (ghép thuật ngữ với định nghĩa).
Nhiệm vụ: (1) Đột biến gene là gì? (2) Đột biến điểm được hiểu theo phạm vi nào trong bài? (3) Dịch khung xảy ra khi nào? Vì sao đây là điều kiện cần của hiện tượng dịch khung? Các cặp đôi viết kết quả vào ô tương ứng trên khăn trải bàn.

Kết quả ghép đúng trong Phiếu học tập số 1:

• Đột biến gene: biến đổi trình tự nucleotide của gene.
• Đột biến điểm: biến đổi liên quan một cặp nucleotide theo phạm vi bài.
• Dịch khung: thay đổi khung đọc khi thêm/mất số nucleotide không bội 3 trong vùng mã hóa.
  HS rút ra: thêm hoặc mất nucleotide bội 3 không làm đổi khung đọc phía sau, còn không bội 3 thì làm đổi khung đọc.

HS vận dụng bảng mã di truyền để phân tích tác động của thay thế, thêm và mất nucleotide lên chuỗi amino acid.

Nhóm 4 HS thao tác trên mRNA gốc 5'-AUG GGU AAA UUU GAA UAA-3' (chuỗi Met–Gly–Lys–Phe–Glu–kết thúc), thực hiện theo Phiếu học tập số 2:
Nhiệm vụ 1: Thay G ở codon GAA thành G→G? Cụ thể: đổi GAA thành GAG (thay nucleotide thứ ba), xác định amino acid và kiểu tác động.
Nhiệm vụ 2: Đổi GAA thành UAA (thay nucleotide thứ nhất), xác định amino acid hoặc tín hiệu kết thúc.
Nhiệm vụ 3: Thêm 1 nucleotide A sau codon AUG; viết lại chuỗi codon và chuỗi amino acid.
Nhiệm vụ 4: Thêm 3 nucleotide GCU sau codon AUG; so sánh với nhiệm vụ 3.
GV yêu cầu nhóm dùng học liệu NeoEdu để kiểm tra kết quả nếu còn băn khoăn.

Kết quả trong Phiếu học tập số 2:

• GAA → GAG: vẫn mã hóa glutamate, đồng nghĩa, protein không đổi ở vị trí đó.
• GAA → UAA: thành codon kết thúc, chuỗi polypeptide bị cắt ngắn tại đây.
• Thêm A sau AUG: chuỗi codon AUG AGG UAA…, chuỗi amino acid Met–Arg rồi dừng; khung đọc phía sau bị đổi.
• Thêm GCU sau AUG: chuỗi AUG GCU GGU AAA UUU GAA UAA, chuỗi Met–Ala–Gly–Lys–Phe–Glu rồi dừng; khung đọc không đổi, chỉ thêm một amino acid.
  Kết luận HS rút ra: tác động của đột biến phụ thuộc vị trí và mã di truyền; thêm 3 không đổi khung nhưng vẫn có thể làm thay đổi amino acid cục bộ.

HS nêu được vai trò của đột biến trong việc tạo allele mới, phân biệt với biến dị tổ hợp và phân biệt đột biến dòng mầm với đột biến soma.

Cả lớp làm việc theo nhóm 4 với hai câu hỏi:
(1) Đột biến và biến dị tổ hợp khác nhau thế nào về nguồn gốc của allele mới?
(2) Một đột biến phát hiện ở tế bào da có thể kết luận là sẽ truyền cho con không? Vì sao?
Nhóm ghi kết quả vào phần cuối Phiếu học tập số 2.

• Đột biến tạo allele mới vì làm biến đổi trình tự nucleotide của gene; biến dị tổ hợp chỉ sắp xếp lại các allele có sẵn qua giảm phân và thụ tinh.
• Đột biến ở tế bào da là đột biến soma; để truyền cho đời sau theo sinh sản hữu tính thông thường, đột biến cần có ở dòng mầm (tế bào tạo giao tử). Không thể suy từ một mô sang mọi giao tử.

HS vận dụng khái niệm và cơ chế đột biến gene để trả lời các câu hỏi trắc nghiệm và tự luận ngắn.

HS làm bài tập 1 đến 5 và bài tập 8 trong phần Bài tập (kèm đáp án) của bài học. Mỗi câu trả lời cần kèm lập luận ngắn. Làm việc cá nhân 5 phút, sau đó đổi chéo vở với bạn cùng bàn để kiểm tra.
Bài 1: Đột biến gene được hiểu đúng như thế nào? A. mọi thay đổi mức biểu hiện gene; B. biến đổi trình tự nucleotide của gene; C. sự phân li lại các allele không đổi trình tự.
Bài 2: Đột biến điểm được hiểu đúng như thế nào? A. biến đổi nguyên một bộ NST hoàn chỉnh; B. chỉ tăng số bản của nguyên một NST; C. biến đổi liên quan một cặp nucleotide theo phạm vi bài.
Bài 3: Ghép thuật ngữ với nội dung phù hợp (đột biến gene, đột biến điểm, dịch khung).
Bài 4: Thay thế một cặp nucleotide có thể không đổi amino acid. Đúng hay sai?
Bài 5: Cho mã GAA và GAG cùng mã hóa glutamate. Đổi codon GAA thành GAG ở mRNA trong cùng khung là kiểu tác động nào? A. Dịch khung; B. Đồng nghĩa ở vị trí đó; C. Tạo dừng tất yếu.
Bài 8: Đoạn mã hóa mất 6 nucleotide hoàn toàn trong khung, không ảnh hưởng ghép nối. Khối lượng thông tin tương ứng bao nhiêu codon?

Đáp án và lập luận:

• Bài 1: B. Biến đổi trình tự nucleotide của gene; mức biểu hiện không phải là đột biến gene.
• Bài 2: C. Biến đổi liên quan một cặp nucleotide; A và B là các dạng đột biến nhiễm sắc thể.
• Bài 3: Đột biến gene – biến đổi trình tự nucleotide của gene; Đột biến điểm – biến đổi liên quan một cặp nucleotide theo phạm vi bài; Dịch khung – thay đổi khung đọc khi thêm/mất số nucleotide không bội 3 trong vùng mã hóa.
• Bài 4: Đúng. Mã di truyền thoái hóa cho phép codon khác nhau cùng mã hóa một amino acid; cần xét vị trí và codon cụ thể.
• Bài 5: B. Đồng nghĩa ở vị trí đó, vì GAA và GAG cùng mã hóa glutamate và không thêm/mất nucleotide nên không dịch khung.
• Bài 8: $6:3=2$, tương ứng 2 codon; mất 6 nucleotide bội 3 không dịch khung.

HS vận dụng kiến thức đột biến gene để phân tích một tình huống thực tế, đồng thời nhận biết giới hạn của việc suy luận tác động từ trình tự.

Tình huống: Một phòng xét nghiệm báo cáo rằng bệnh nhân có một thay đổi nucleotide trong vùng mã hóa của một gene. Bác sĩ hỏi: Có thể chắc chắn thay đổi này gây bệnh không?
Nhiệm vụ nhóm 4 HS:
(1) Xác định trong các trường hợp thay thế, thêm hoặc mất nucleotide, trường hợp nào có khả năng làm đổi khung đọc.
(2) Nêu vì sao việc dự đoán từ trình tự mô hình không đủ để chẩn đoán tác động y khoa.
(3) Nêu những bằng chứng cần có thêm (ví dụ bằng chứng chức năng và bối cảnh).
GV yêu cầu nhóm trả lời bằng 3–5 câu và chuẩn bị trình bày.

• Thêm hoặc mất 1 nucleotide (không bội 3) có khả năng đổi khung đọc phía sau; thay thế một cặp nucleotide thì không đổi số lượng nucleotide nên không dịch khung.
• Không thể kết luận gây bệnh chỉ từ dự đoán trình tự mô hình, vì tác động phụ thuộc vị trí, mã di truyền và bối cảnh, và một thay đổi có thể không có hại.
• Cần bằng chứng chức năng (đánh giá sản phẩm của gene) và bối cảnh (tiền sử, các trường hợp tương tự) trước khi đưa ra kết luận.