Punnett Squares là công cụ trực quan được sử dụng trong khoa học di truyền học để xác định các tổ hợp gen có thể xảy ra khi thụ tinh. Một hình vuông Punnett được tạo bởi một lưới hình vuông đơn giản được chia thành các không gian 2x2 (hoặc nhiều hơn). Với mạng lưới này và kiến thức về kiểu gen của cả bố và mẹ, các nhà khoa học có thể khám phá ra các tổ hợp gen tiềm năng cho thế hệ con cái và thậm chí cả cơ hội thể hiện một số đặc điểm được di truyền.
Các bước
Trước khi bạn bắt đầu: Các định nghĩa quan trọng
Để bỏ qua phần "cơ bản" này và chuyển thẳng đến các bước sử dụng Punnett vuông, hãy nhấp vào đây.
Bước 1. Tìm hiểu khái niệm gen
Trước khi học cách tạo và sử dụng hình vuông Punnett, bạn cần nắm được một số kiến thức cơ bản quan trọng. Đầu tiên là ý tưởng cho rằng tất cả các sinh vật sống (từ vi sinh vật nhỏ bé đến cá voi xanh khổng lồ) đều có gen. Gen là những tập hợp lệnh cực kỳ phức tạp, cực nhỏ được mã hóa thành hầu hết mọi tế bào trong cơ thể sinh vật. Theo một cách nào đó, gen chịu trách nhiệm cho hầu hết mọi khía cạnh của cuộc sống của một sinh vật, bao gồm cả cách nó trông, cách nó hoạt động và nhiều hơn nữa.
Một khái niệm quan trọng cần hiểu khi làm việc với hình vuông Punnett là các sinh vật sống lấy gen từ cha mẹ của chúng. Bạn có thể đã nhận thức được điều này trong tiềm thức. Hãy nghĩ xem - không phải những người bạn biết có vẻ giống với cha mẹ của họ trong cách họ nhìn và hành động, nói chung?
Bước 2. Hiểu khái niệm sinh sản hữu tính
Hầu hết (nhưng không phải tất cả) các sinh vật mà bạn biết trong thế giới xung quanh bạn tạo ra con cái thông qua sinh sản hữu tính. Có nghĩa là, cha mẹ nữ và cha mẹ nam đóng góp gen của họ để tạo ra một đứa trẻ với khoảng một nửa số gen của mỗi cha mẹ. Hình vuông Punnett về cơ bản là một cách thể hiện các khả năng khác nhau có thể xảy ra từ quá trình trao đổi một nửa số gen này dưới dạng biểu đồ.
Sinh sản hữu tính không phải là hình thức sinh sản duy nhất ở đó. Một số sinh vật (như nhiều chủng vi khuẩn) sinh sản thông qua sinh sản vô tính, đó là khi một bên cha mẹ tự tạo ra một đứa con. Trong sinh sản vô tính, tất cả các gen của đứa trẻ đều đến từ một bên cha mẹ, vì vậy đứa trẻ ít nhiều là một bản sao của cha mẹ nó
Bước 3. Hiểu khái niệm về alen
Như đã đề cập ở trên, gen của một sinh vật về cơ bản là một tập hợp các chỉ dẫn cho mọi tế bào trong cơ thể sinh vật biết cách sống. Trên thực tế, giống như sách hướng dẫn được chia thành các chương, phần và tiểu mục khác nhau, các phần khác nhau của gen của một sinh vật sẽ cho nó biết cách làm những việc khác nhau. Nếu một trong những "phần phụ" này khác nhau giữa hai sinh vật, thì hai sinh vật có thể trông hoặc hoạt động khác nhau - ví dụ, sự khác biệt về gen có thể khiến một người có mái tóc đen và một người khác có mái tóc vàng. Các dạng khác nhau này của cùng một gen được gọi là các alen.
Bởi vì một đứa trẻ nhận được hai bộ gen - mỗi bộ gen từ bố mẹ - nó sẽ có hai bản sao của mỗi alen
Bước 4. Hiểu khái niệm về alen trội và alen lặn
Các alen của một đứa trẻ không phải lúc nào cũng "chia sẻ" sức mạnh di truyền của chúng. Một số alen, được gọi là alen trội, sẽ biểu hiện trong ngoại hình và hành vi của đứa trẻ (chúng tôi gọi điều này là "được biểu hiện") theo mặc định. Các alen lặn khác, được gọi là alen lặn, sẽ chỉ được biểu hiện nếu chúng không được ghép đôi với alen trội có thể "ghi đè" chúng. Hình vuông Punnett thường được sử dụng để giúp xác định khả năng đứa trẻ nhận alen trội hoặc lặn.
Bởi vì chúng có thể bị các alen trội "ghi đè", các alen lặn có xu hướng được biểu hiện hiếm hơn. Nói chung, một đứa trẻ sẽ phải nhận được alen lặn từ cả bố và mẹ để alen đó được biểu hiện. Tình trạng máu được gọi là thiếu máu hồng cầu hình liềm là một ví dụ thường được sử dụng về tính trạng lặn - tuy nhiên, lưu ý rằng các alen lặn không phải là "xấu" theo định nghĩa
Phương pháp 1/2: Hiển thị một Thập tự giá Monohybrid (Một gen)
Bước 1. Tạo một ô vuông 2x2
Các hình vuông Punnett cơ bản nhất khá đơn giản để thiết lập. Bắt đầu bằng cách vẽ một hình vuông có kích thước tốt, sau đó chia hình vuông đó thành bốn hộp chẵn. Khi bạn hoàn thành, sẽ có hai hình vuông trong mỗi cột và hai hình vuông trong mỗi hàng.
Bước 2. Sử dụng các chữ cái để đại diện cho các alen cha cho mỗi hàng và cột
Trên hình vuông Punnett, các cột được gán cho mẹ và các hàng cho bố hoặc ngược lại. Viết một chữ cái bên cạnh mỗi hàng và cột đại diện cho mỗi alen của mẹ và bố. Sử dụng chữ in hoa đối với alen trội và viết thường đối với alen lặn.
-
Điều này dễ hiểu hơn nhiều với một ví dụ. Ví dụ, giả sử bạn muốn xác định khả năng con của một cặp vợ chồng có thể cuộn lưỡi. Chúng ta có thể thể hiện điều này bằng các chữ cái NS và NS - chữ hoa của gen trội và chữ thường của gen lặn. Nếu cả bố và mẹ đều dị hợp tử (có một bản sao của mỗi alen), chúng ta sẽ viết một chữ "R" và một chữ "r" dọc theo đầu lưới và một chữ "R" và một chữ "r" dọc theo bên trái của lưới.
Bước 3. Viết các chữ cái cho từng hàng và cột của khoảng trắng
Khi bạn đã tìm ra các alen mà mỗi phụ huynh đang đóng góp, việc điền vào ô vuông Punnett của bạn thật dễ dàng. Trong mỗi ô vuông, hãy viết tổ hợp gen gồm hai chữ cái được cho từ alen của mẹ và của bố. Nói cách khác, lấy ký tự từ cột của khoảng trắng và ký tự từ hàng của nó và viết chúng cùng nhau bên trong khoảng trắng.
- Trong ví dụ của chúng tôi, chúng tôi sẽ điền vào các ô vuông của chúng tôi như sau:
- Hình vuông trên cùng bên trái: RR
- Hình vuông trên cùng bên phải: Rr
- Hình vuông dưới cùng bên trái: Rr
- Hình vuông dưới cùng bên phải: rr
- Lưu ý rằng, theo truyền thống, các alen trội (chữ in hoa) được viết đầu tiên.
Bước 4. Xác định kiểu gen của từng thế hệ con
Mỗi hình vuông của một hình vuông Punnett được điền đầy đủ thông tin đại diện cho một thế hệ con mà hai bố và mẹ có thể có. Mọi hình vuông (và do đó mọi con cái) đều có khả năng xảy ra như nhau - nói cách khác, trên lưới 2x2, có 1/4 khả năng xảy ra cho bất kỳ khả năng nào trong bốn khả năng. Các tổ hợp khác nhau của các alen biểu diễn trên một hình vuông Punnett được gọi là kiểu gen. Mặc dù kiểu gen đại diện cho sự khác biệt di truyền, nhưng con cái sẽ không nhất thiết phải khác nhau đối với mỗi hình vuông (xem bước bên dưới.)
- Trong ví dụ Punnett vuông của chúng tôi, các kiểu gen có thể có cho con cái từ hai bố mẹ này là:
- Hai alen trội (từ hai Rs)
- Một alen trội và một alen lặn (từ R và r)
- Một alen trội và một alen lặn (từ R và r) - chú ý rằng có hai hình vuông có kiểu gen này
- Hai alen lặn (từ hai rs)
Bước 5. Xác định kiểu hình của từng thế hệ con
Kiểu hình của một sinh vật là đặc điểm vật lý thực tế mà nó biểu hiện dựa trên kiểu gen của nó. Chỉ một vài ví dụ về kiểu hình bao gồm màu mắt, màu tóc và sự hiện diện của bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm - tất cả đều là những đặc điểm thể chất do gen quyết định, nhưng không phải bản thân chúng là tổ hợp gen thực sự. Kiểu hình mà con cái tiềm năng sẽ có được xác định bởi các đặc điểm của gen. Các gen khác nhau sẽ có các quy luật khác nhau về cách chúng biểu hiện thành kiểu hình.
- Trong ví dụ của chúng ta, giả sử rằng gen cho phép ai đó cuộn lưỡi của họ là gen trội. Điều này có nghĩa là bất kỳ con cái nào cũng có thể cuộn lưỡi của chúng ngay cả khi chỉ có một trong các alen trội của chúng. Trong trường hợp này, kiểu hình của thế hệ con là:
- Trên cùng bên trái: Có thể cuộn lưỡi (hai Rs)
- Trên cùng bên phải: Có thể cuộn lưỡi (một R)
- Dưới cùng bên trái: Có thể cuộn lưỡi (một R)
- Góc phải ở phía dưới: Không thể cuộn lưỡi (không Rs)
Bước 6. Sử dụng các bình phương để xác định xác suất của các kiểu hình khác nhau
Một trong những cách sử dụng phổ biến nhất đối với hình vuông Punnett là xác định khả năng con cái sẽ có kiểu hình cụ thể như thế nào. Vì mỗi hình vuông đại diện cho một kết quả kiểu gen có khả năng như nhau, bạn có thể tìm thấy khả năng của kiểu hình bằng cách chia số ô vuông có kiểu hình đó cho tổng số ô vuông.
- Ví dụ về hình vuông Punnett của chúng tôi cho chúng tôi biết rằng có bốn tổ hợp gen có thể có cho bất kỳ con cái nào từ những bậc cha mẹ này. Ba trong số những sự kết hợp này tạo ra một con cái có thể cuộn lưỡi, trong khi một con thì không. Do đó, xác suất cho hai kiểu hình của chúng ta là:
- Con cái có thể cuộn lưỡi: 3/4 = 0.75 = 75%
- Con cái không cuộn được lưỡi: 1/4 = 0.25 = 25%
Phương pháp 2/2: Hiển thị Thập tự giá Dihybrid (Hai gen)
Bước 1. Nhân đôi mỗi bên của lưới 2x2 cơ bản cho mỗi gen bổ sung
Không phải tất cả các tổ hợp gen đều đơn giản như phép lai đơn gen cơ bản (một gen) từ phần trên. Một số kiểu hình được xác định bởi nhiều hơn một gen. Trong những trường hợp này, bạn phải tính đến mọi sự kết hợp có thể có, nghĩa là vẽ một lưới lớn hơn.
-
Quy tắc cơ bản cho bình phương Punnett khi nói đến nhiều hơn một gen là: nhân đôi mỗi bên của lưới cho mỗi gen ngoài gen đầu tiên.
Nói cách khác, vì lưới một gen là 2x2, lưới hai gen là 4x4, lưới ba gen là 8x8, v.v.
- Để làm cho các khái niệm này dễ hiểu hơn, chúng ta hãy cùng theo dõi một bài toán ví dụ hai gen. Điều này có nghĩa là chúng ta nên vẽ một 4x4 lưới điện. Các khái niệm trong phần này cũng đúng đối với ba gen trở lên - những vấn đề này chỉ đòi hỏi các lưới lớn hơn và nhiều công việc hơn.
Bước 2. Xác định gen của bố mẹ được đóng góp
Tiếp theo, tìm các gen mà cả bố và mẹ đều có cho đặc điểm mà bạn đang kiểm tra. Vì bạn đang xử lý nhiều gen, nên kiểu gen của mỗi bố mẹ sẽ có thêm hai chữ cái cho mỗi gen ngoài gen đầu tiên - nói cách khác, bốn chữ cái cho hai gen, sáu chữ cái cho ba gen, v.v. Có thể hữu ích nếu viết kiểu gen của mẹ ở phía trên cùng của lưới và của bố ở bên trái (hoặc ngược lại) như một lời nhắc nhở trực quan.
Hãy sử dụng một bài toán ví dụ cổ điển để minh họa những xung đột này. Cây đậu Hà Lan có thể nhẵn hoặc nhăn nheo và có màu vàng hoặc xanh. Mượt và vàng là những tính trạng trội. Trong trường hợp này, sử dụng S và s để đại diện cho các gen trội và gen lặn cho tính trạng trơn và Y và y cho tính màu vàng. Giả sử rằng người mẹ trong trường hợp này có SsYy kiểu gen và bố có SsYY kiểu gen.
Bước 3. Viết các tổ hợp gen khác nhau dọc theo mặt trên và mặt trái
Bây giờ, phía trên hàng ô vuông trên cùng trong lưới và ở bên trái của cột ngoài cùng bên trái, hãy viết các alen khác nhau mà mỗi phụ huynh có thể có khả năng đóng góp. Như khi xử lý một gen, mỗi alen có khả năng được truyền lại như nhau. Tuy nhiên, vì bạn đang xem xét nhiều gen, mỗi hàng và cột sẽ nhận được nhiều chữ cái: hai chữ cái cho hai gen, ba chữ cái cho ba gen, v.v.
- Trong ví dụ của chúng ta, chúng ta cần viết ra các tổ hợp gen khác nhau mà mỗi bậc cha mẹ có thể đóng góp từ kiểu gen SsYy của họ. Nếu chúng ta có các gen SsYy của mẹ ở phía trên và các gen SsYY của bố ở bên trái, thì các alen cho mỗi gen là:
- Trên đầu trang: SY, Sy, sY, sy
- Xuống phía bên trái: SY, SY, sY, sY
Bước 4. Điền vào chỗ trống với mỗi tổ hợp alen
Điền vào các khoảng trống trong lưới giống như cách bạn làm với một gen đơn lẻ. Tuy nhiên, lần này, mỗi khoảng trống sẽ có thêm hai chữ cái bổ sung cho mỗi gen ngoài khoảng trống đầu tiên: bốn chữ cái cho hai gen, sáu chữ cái cho ba gen. Theo nguyên tắc chung, số lượng chữ cái trong mỗi khoảng trống phải phù hợp với số lượng chữ cái trong kiểu gen của mỗi bố mẹ.
- Trong ví dụ của chúng tôi, chúng tôi sẽ điền vào các khoảng trống như sau:
- Hàng đầu: SSYY, SSYy, SsYY, SsYy
- Hàng thứ hai: SSYY, SSYy, SsYY, SsYy
- Hàng thứ ba: SsYY, SsYy, ssYY, ssYy
- Hàng dưới cùng: SsYY, SsYy, ssYY, ssYy
Bước 5. Tìm kiểu hình cho mỗi thế hệ con
Khi xử lý nhiều gen, mỗi khoảng trống trong hình vuông Punnett vẫn đại diện cho kiểu gen của mỗi con tiềm năng - chỉ có số lượng lựa chọn nhiều hơn số lượng lựa chọn với một gen. Các kiểu hình cho mỗi ô vuông, một lần nữa, phụ thuộc vào các gen chính xác được xử lý. Tuy nhiên, theo quy luật chung, các tính trạng trội chỉ cần một alen trội được biểu hiện, trong khi tính trạng lặn cần tất cả các alen lặn.
- Trong ví dụ của chúng ta, vì độ nhẵn và màu vàng là những đặc điểm nổi trội đối với đậu Hà Lan, nên bất kỳ hình vuông nào có ít nhất một chữ hoa S là cây có kiểu hình trơn và bất kỳ hình vuông nào có ít nhất một chữ hoa Y là cây có kiểu hình màu vàng. Cây nhăn nheo cần hai alen s viết thường và cây xanh cần hai alen viết thường. Từ những điều kiện này, chúng tôi nhận được:
- Hàng đầu: Mượt / vàng, Mượt / vàng, Mịn / vàng, Mịn / vàng
- Hàng thứ hai: Mượt / vàng, Mượt / vàng, Mịn / vàng, Mịn / vàng
- Hàng thứ ba: Mượt / vàng, Mượt / vàng, nhăn / vàng, nhăn / vàng
- Hàng dưới cùng: Mượt / vàng, Mượt / vàng, nhăn / vàng, nhăn / vàng
Bước 6. Sử dụng các ô vuông để xác định khả năng xảy ra của mỗi kiểu hình
Sử dụng các kỹ thuật tương tự như khi xử lý một gen để tìm khả năng rằng bất kỳ con nào từ hai bố mẹ đều có thể có mỗi kiểu hình khác nhau. Nói cách khác, số ô vuông có kiểu hình chia cho tổng số ô vuông bằng xác suất cho mỗi kiểu hình.
- Trong ví dụ của chúng tôi, xác suất cho mỗi kiểu hình là:
- Con cái lông vàng óng mượt: 16/12 = 3/4 = 0.75 = 75%
- Con con nhăn nheo, vàng úa: 4/16 = 1/4 = 0.25 = 25%
- Con non xanh mượt: 0/16 = 0%
- Con cái nhăn nheo và xanh: 0/16 = 0%
- Chú ý rằng vì không thể có bất kỳ con lai nào có được hai alen lặn y, nên không con nào có màu xanh lục.
Lời khuyên
- Đang vội? Hãy thử sử dụng máy tính bình phương Punnett trực tuyến (như máy tính này), có thể tạo và điền vào các hình vuông Punnett dựa trên gen mẹ mà bạn chỉ định.
- Theo quy luật chung, tính trạng lặn ít phổ biến hơn tính trạng trội. Tuy nhiên, có những tình huống mà những đặc điểm hiếm này có thể làm tăng sức khỏe của sinh vật và do đó trở nên phổ biến hơn thông qua chọn lọc tự nhiên. Ví dụ, tính trạng lặn gây ra tình trạng máu Thiếu máu hồng cầu hình liềm cũng có khả năng kháng bệnh sốt rét, điều này khiến nó trở nên phổ biến ở các vùng khí hậu nhiệt đới.
- Không phải tất cả các gen đều chỉ có hai kiểu hình. Ví dụ, một số gen có kiểu hình riêng biệt cho tổ hợp dị hợp tử (một trội, một lặn).
