Bộ Giải Chéo Dihybrid: Máy Tính Ô Vuông Punnett Di Truyền

Máy tính phép lai hai tính trạng là gì?

Máy tính phép lai hai tính trạng dự đoán kiểu gen và kiểu hình của đời con cho hai gen cùng lúc. Nó lập ô Punnett từ kiểu gen của hai bố mẹ và cho biết tỉ lệ các tính trạng tạo thành. Sinh viên sinh học, giáo viên và người lai giống dùng công cụ này để kiểm tra các bài toán phép lai hai tính trạng mà không cần tự vẽ lưới.

Phép lai hai tính trạng là gì?

Phép lai hai tính trạng theo dõi cách hai gen truyền từ bố mẹ sang đời con cùng lúc. Gregor Mendel lần đầu giải thích được điều này vào những năm 1860 khi lai các cây đậu khác nhau về hình dạng và màu sắc hạt.

Một vài thuật ngữ giúp giải thích cách thức hoạt động.

Alen: một phiên bản của gen. Chữ in hoa (A, B) đánh dấu alen trội. Chữ thường (a, b) đánh dấu alen lặn.
Kiểu gen: cấu tạo di truyền của một sinh vật, được viết dưới dạng tổ hợp chữ như AaBb.
Kiểu hình: tính trạng mà sinh vật thực sự biểu hiện. Alen trội che lấp alen lặn, nên AA và Aa có biểu hiện giống nhau.
Đồng hợp tử: cả hai alen tại một gen giống nhau (AA hoặc aa).
Dị hợp tử: hai alen tại một gen khác nhau (Aa).

Cách tính phép lai hai tính trạng

Phép lai hai tính trạng dựa trên sự phân li độc lập: trong quá trình hình thành giao tử, các alen của một gen phân li độc lập với các alen của gen kia. Nhờ đó, các alen của mỗi bố mẹ có thể kết hợp tự do.

Ghi kiểu gen của từng bố mẹ, chẳng hạn AaBb.
Liệt kê các giao tử. Phương pháp ô Punnett dành cho mỗi bố mẹ bốn ô giao tử, mỗi ô tương ứng với một cặp gồm một alen của gen 1 và một alen của gen 2. Bố mẹ dị hợp tử ở cả hai gen (AaBb) điền vào các ô đó bốn giao tử khác nhau: AB, Ab, aB, ab. Bố mẹ đồng hợp tử ở cả hai gen (AABB) điền bốn bản sao của cùng một giao tử: AB, AB, AB, AB.
Lập ô Punnett 4×4. Đặt bốn giao tử của một bố mẹ ở hàng trên cùng và bốn giao tử của bố mẹ kia dọc theo cạnh bên, sau đó điền kiểu gen kết hợp vào từng ô trong 16 ô.
Đếm kiểu hình. Nhóm 16 con theo các tính trạng mà chúng biểu hiện, rồi chuyển mỗi nhóm thành một phần của 16.

Với hai bố mẹ dị hợp tử (AaBb × AaBb), phép lai này tạo ra tỉ lệ kiểu hình kinh điển:

9/16 biểu hiện cả hai tính trạng trội (A_B_)
3/16 biểu hiện tính trạng trội 1 và tính trạng lặn 2 (A_bb)
3/16 biểu hiện tính trạng lặn 1 và tính trạng trội 2 (aaB_)
1/16 biểu hiện cả hai tính trạng lặn (aabb)

Dấu gạch dưới đại diện cho “một trong hai alen”, vì nó không làm thay đổi kiểu hình.

Tỉ lệ 9:3:3:1 này cũng là tích của hai tỉ lệ 3:1 riêng biệt: 3/4 × 3/4 = 9/16 đối với cả hai tính trạng trội, 3/4 × 1/4 = 3/16 đối với mỗi trường hợp chỉ có một tính trạng trội, và 1/4 × 1/4 = 1/16 đối với cả hai tính trạng lặn.

Ví dụ 1: Dị hợp tử × Dị hợp tử (AaBb × AaBb)

Cả hai bố mẹ đều tạo ra bốn loại giao tử: AB, Ab, aB, ab.

	AB	Ab	aB	ab
AB	AABB	AABb	AaBB	AaBb
Ab	AABb	AAbb	AaBb	Aabb
aB	AaBB	AaBb	aaBB	aaBb
ab	AaBb	Aabb	aaBb	aabb

Tỉ lệ kiểu hình:

A_B_ (cả hai trội): 9/16 (56,25%)
A_bb (trội 1, lặn 2): 3/16 (18,75%)
aaB_ (lặn 1, trội 2): 3/16 (18,75%)
aabb (cả hai lặn): 1/16 (6,25%)

Ví dụ 2: Đồng hợp tử trội × Đồng hợp tử lặn (AABB × aabb)

Mỗi bố mẹ đều đồng hợp tử, nên mỗi bên chỉ tạo ra một loại giao tử duy nhất: AB đối với bố mẹ 1 và ab đối với bố mẹ 2. Vì máy tính luôn liệt kê bốn giao tử cho mỗi bố mẹ, giao tử duy nhất đó chỉ đơn giản được lặp lại bốn lần: AB, AB, AB, AB và ab, ab, ab, ab. Ô Punnett vẫn là lưới 4×4 gồm 16 ô, nhưng mọi ô đều chứa cùng một kiểu gen.

	ab	ab	ab	ab
AB	AaBb	AaBb	AaBb	AaBb
AB	AaBb	AaBb	AaBb	AaBb
AB	AaBb	AaBb	AaBb	AaBb
AB	AaBb	AaBb	AaBb	AaBb

Mọi con đều có kiểu gen AaBb và biểu hiện cả hai tính trạng trội.

Tỉ lệ kiểu hình:

A_B_ (cả hai trội): 16/16 (100,00%)

Ví dụ 3: Dị hợp tử × Đồng hợp tử trội (AaBb × AABB)

Bố mẹ 1 (AaBb) tạo ra bốn giao tử khác nhau: AB, Ab, aB, ab. Bố mẹ 2 (AABB) là đồng hợp tử, nên loại giao tử duy nhất là AB được lặp lại bốn lần: AB, AB, AB, AB. Kết quả vẫn là lưới 4×4 gồm 16 ô, trong đó mỗi giao tử trong bốn giao tử của bố mẹ 1 được ghép với AB bốn lần, nên mỗi hàng lặp lại qua cả bốn cột.

	AB	AB	AB	AB
AB	AABB	AABB	AABB	AABB
Ab	AABb	AABb	AABb	AABb
aB	AaBB	AaBB	AaBB	AaBB
ab	AaBb	AaBb	AaBb	AaBb

Có bốn kiểu gen khác nhau, mỗi kiểu gen chiếm 4 trong 16 ô: AABB, AABb, AaBB và AaBb. Mỗi kiểu gen đều mang ít nhất một alen trội ở mỗi gen, nên mọi con đều biểu hiện cả hai tính trạng trội.

Tỉ lệ kiểu hình:

A_B_ (cả hai trội): 16/16 (100,00%)

Cách sử dụng công cụ tính này

Nhập kiểu gen của từng bố mẹ theo dạng AaBb: chữ in hoa biểu thị alen trội, chữ thường biểu thị alen lặn, trong đó cặp thứ nhất là của gen 1 và cặp thứ hai là của gen 2.
Máy tính kiểm tra bốn điều. Mỗi kiểu gen phải có đúng bốn chữ cái. Hai chữ cái trong một cặp phải là cùng một chữ gen, nên Aa được chấp nhận còn Ab thì không. Hai gen trong một kiểu gen phải là các chữ cái khác nhau, nên AaAa bị từ chối. Cả hai bố mẹ phải có cùng hai gen.
Hai gen có thể được viết theo một trong hai thứ tự. BbAa được hiểu là cùng kiểu gen với AaBb, nên AaBb × BbAa là cùng một phép lai với AaBb × AaBb.
Ô Punnett và tỉ lệ được cập nhật khi bạn nhập dữ liệu. Không cần nhấn nút.
Tỉ lệ được gắn nhãn theo tính trạng, không theo chữ cái. “Tính trạng trội 1” có nghĩa là gen 1 biểu hiện dạng trội (A_), còn “Tính trạng lặn 2” có nghĩa là gen 2 biểu hiện dạng lặn (bb). Với AaBb × AaBb, công cụ hiển thị “Tính trạng trội 1, Tính trạng trội 2: 9/16 (56,25%)”.
Dùng nút sao chép để lưu lưới và tỉ lệ dưới dạng văn bản, hoặc dùng nút đặt lại để trở về phép lai AaBb × AaBb mặc định.

Ứng dụng của phép tính lai hai tính trạng

Các khóa học sinh học dùng phép lai hai tính trạng để dạy xác suất và quy luật di truyền Mendel. Người lai giống cây trồng và vật nuôi dùng cùng phép toán để dự đoán những tổ hợp tính trạng nào sẽ xuất hiện ở đời con trước khi thực hiện phép lai thực tế. Chuyên viên tư vấn di truyền dùng nguyên lý nền tảng là sự phân li độc lập để giải thích nguy cơ di truyền đối với hai bệnh lý không liên quan. Các nhà nghiên cứu dùng phương pháp này để xác định tỉ lệ dự kiến trước khi so sánh với dữ liệu thực nghiệm.

Ô Punnett là một trong vài cách giải cùng một bài toán. Phép tính xác suất nhân xác suất của từng tính trạng riêng biệt, chẳng hạn 3/4 × 3/4 = 9/16 đối với hai tính trạng trội trong phép lai AaBb × AaBb. Sơ đồ phân nhánh hoặc phương pháp đường phân nhánh cho cùng kết quả bằng cách lần theo kết quả của từng gen trên các nhánh riêng. Cả ba phương pháp đều dựa trên cùng quy tắc phân li độc lập và cho các tỉ lệ giống hệt nhau khi hai gen nằm trên các nhiễm sắc thể khác nhau.

Di truyền thực tế đôi khi khác với mô hình này. Các gen nằm gần nhau trên cùng một nhiễm sắc thể được di truyền cùng nhau thường xuyên hơn so với dự đoán của sự phân li độc lập; hiện tượng này gọi là liên kết gen. Một số cặp gen tương tác với nhau, khiến một gen che lấp tác động của gen kia; hiện tượng này gọi là át chế gen. Máy tính này giả định hai gen không liên kết với tính trội hoàn toàn, là trường hợp chuẩn trong lớp học.

Lịch sử

Gregor Mendel, một tu sĩ dòng Augustinô, đã thực hiện những thí nghiệm lai hai tính trạng đầu tiên được ghi chép trên cây đậu vào những năm 1860, theo dõi đồng thời hình dạng và màu sắc hạt. Bài báo 1866 của ông mô tả tỉ lệ 9:3:3:1 thu được và dẫn đến điều ngày nay gọi là quy luật phân li độc lập. Công trình của Mendel hầu như không được chú ý cho đến 1900, khi Hugo de Vries, Carl Correns và Erich von Tschermak độc lập phát hiện lại những quy luật tương tự, mở đầu cho ngành di truyền học hiện đại. Các thí nghiệm sau đó của Thomas Hunt Morgan với ruồi giấm cho thấy các gen trên cùng một nhiễm sắc thể không phải lúc nào cũng phân li độc lập, qua đó phát hiện ngoại lệ là liên kết gen.

Các câu hỏi thường gặp

Phép lai hai tính trạng là gì? Phép lai hai tính trạng là phép lai giữa hai sinh vật, theo dõi đồng thời hai gen. Lai hai cá thể dị hợp tử kép (AaBb × AaBb) tạo ra đời con có tỉ lệ kiểu hình 9:3:3:1 khi cả hai gen đều biểu hiện tính trội hoàn toàn.

Vì sao tỉ lệ là 9:3:3:1? Tỉ lệ này xuất phát từ việc kết hợp hai tỉ lệ 3:1 độc lập, mỗi tỉ lệ ứng với một gen: 3/4 × 3/4 = 9/16 đối với cả hai tính trạng trội, 3/4 × 1/4 = 3/16 đối với mỗi tổ hợp chỉ có một tính trạng trội, và 1/4 × 1/4 = 1/16 đối với cả hai tính trạng lặn.

Kiểu gen và kiểu hình khác nhau thế nào? Kiểu gen là tập hợp các alen mà một sinh vật mang, chẳng hạn AaBb. Kiểu hình là tính trạng do kiểu gen tạo ra, chẳng hạn biểu hiện dạng trội của cả hai tính trạng.

Phép lai hai tính trạng có luôn tạo ra bốn giao tử khác nhau ở mỗi bố mẹ không? Theo phương pháp ô Punnett, một bố mẹ luôn có bốn ô giao tử. Bốn giao tử của bố mẹ dị hợp tử thực sự khác nhau (AB, Ab, aB, ab). Bốn giao tử của bố mẹ đồng hợp tử là các bản sao giống hệt nhau của một loại (ví dụ AB, AB, AB, AB), vì vậy phép lai đồng hợp tử thu gọn thành một kiểu gen lặp lại duy nhất dù lưới vẫn có 16 ô.

Máy tính này có xử lý gen liên kết hoặc đồng trội không? Không. Công cụ giả định hai gen nằm trên các nhiễm sắc thể khác nhau và phân li độc lập, đồng thời mỗi gen biểu hiện tính trội hoàn toàn. Các gen liên kết và các alen đồng trội hoặc trội không hoàn toàn tạo ra những tỉ lệ khác với tỉ lệ mà công cụ này tính.

Phương pháp này có áp dụng cho các tính trạng ở người không? Phép toán tương tự áp dụng cho bất kỳ hai gen nào có kiểu di truyền trội-lặn đơn giản, bao gồm một số tính trạng ở người. Tuy nhiên, hầu hết tính trạng ở người liên quan đến nhiều hơn một gen hoặc chịu ảnh hưởng của môi trường, nên mô hình đơn giản này không mô tả chính xác chúng.

Tài liệu tham khảo

Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A., & Palladino, M. A. (2019). Các khái niệm về di truyền học (lần xuất bản thứ 12). Pearson.
Pierce, B. A. (2017). Di truyền học: Một cách tiếp cận khái niệm (lần xuất bản thứ 6). W.H. Freeman.
Mendel, G. (1866). “Các thí nghiệm về lai giống thực vật.” Kỷ yếu Hội Lịch sử Tự nhiên Brünn.
Viện Nghiên cứu Bộ gen Người Quốc gia. “Phép lai hai tính trạng.” genome.gov/genetics-glossary/Dihybrid-Cross

Bộ Giải Chéo Dihybrid: Máy Tính Ô Vuông Punnett Di Truyền