Có một trao đổi rất khó hiểu trong tác phẩm Through the looking-Glass của Lewis Carroll:
“Khi tôi dùng một từ,” Humpty Dumpty nói, bằng một giọng khá coi thường, “nó có nghĩa chính xác những gì tôi chọn, không hơn, không kém.”
Khi mọi người sử dụng từ “gen”, điều quan trọng là phải biết ý nghĩa của chúng. Ý nghĩa có thể phụ thuộc vào việc người ta đang nói về việc mang gen, biểu hiện gen, chuyển gen hay thảo luận về việc chúng ta có bao nhiêu gen.
Một trong những lý do khiến định nghĩa trở nên khó hiểu là thuật ngữ này được đặt ra vào năm 1909, trước khi chúng ta thực sự biết gen là gì. Và tác động của gen (đặc điểm di truyền) đã được nhìn thấy trước khi chúng ta hiểu về gen.
Khi kiến thức của chúng ta đã nâng cao, định nghĩa của từ gen đã phát triển; và với tất cả thông tin từ dự án ENCODE mới, định nghĩa cần được cập nhật lại. Để có bản tóm tắt học thuật xuất sắc về định nghĩa hiện tại, hãy xem bài báo và áp phích gần đây trên tạp chí Nghiên cứu bộ gen.
Mục lục
Cơ sở phân tử của di truyền.
Nhà sư người Áo Gregor Mendel đã thực hiện nghiên cứu di truyền đầu tiên vào những năm 1860 và cho thấy rằng các đặc điểm được di truyền.
Chúng ta luôn biết rằng hạt đậu phát triển thành cây đậu chứ không phải chuột túi. Ngoài ra, những cây có hoa màu đỏ thường sinh ra những cây con có hoa màu đỏ: những đứa trẻ giống bố mẹ chúng.
Mendel đã chỉ ra rằng việc lai một hạt đậu đỏ với một hạt đậu trắng có thể tạo ra những hạt đậu không có màu hồng mà có màu trắng hoặc đỏ.
Đôi khi chúng ta bỏ lỡ điểm này bởi vì tất cả chúng ta đều có những đặc điểm của cả cha lẫn mẹ và nhiều đặc điểm dường như bị lẫn lộn. Nhưng Mendel đã chỉ ra rằng các đặc điểm khác nhau có thể được di truyền nguyên vẹn và chúng ta có thể coi mỗi đặc điểm đó được mã hóa bởi một gen.
Nhưng Mendel không bao giờ sử dụng từ “gen”. Darwin cũng vậy. Từ gen lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1909 bởi nhà thực vật học người Đan Mạch Wilhelm Johnannsen để chỉ “các yếu tố quyết định có mặt [in the gametes] … [by which] nhiều đặc điểm của sinh vật được quy định.
Viện bộ gen chung DOE
Sau đó, người ta phát hiện ra rằng bất kỳ vật liệu nào có những đặc điểm này đều là tuyến tính, giống như một sợi dây. Năm 1915, nhà di truyền học người Mỹ Thomas Morgan đã phát hiện ra rằng một số gen có xu hướng được đồng thừa kế (ruồi có thể thừa hưởng đôi cánh ngắn và mắt đỏ từ bố mẹ, thường là hơn so với cánh ngắn và chân ngắn).
Ông suy luận rằng điều này có thể có nghĩa là một số gen nhất định ở gần nhau, giống như các hạt trên một sợi dây.
Ý tưởng được sinh ra rằng vật liệu di truyền là tuyến tính. Nhưng chúng tôi vẫn không biết nó là gì.
Vào những năm 1940, bác sĩ người Mỹ Oswald Avery đã chứng minh rằng một loại enzyme nhai DNA, DNase, có thể phá hủy gen.
Cuối cùng chúng tôi đã biết rằng vật liệu di truyền là DNA.
Năm 1953, James Watson và Francis Crick, cùng với Maurice Wilkins, sử dụng dữ liệu từ Rosalind Franklin, cho thấy DNA được tìm thấy ở dạng xoắn kép. Thực tế là nó gấp đôi, với hai luồng giống nhau, cho thấy nó có thể được sao chép như thế nào.
Định nghĩa đầu tiên về gen
Nhưng chính xác gen là gì? Crick giải thích làm thế nào DNA có thể được “phiên mã” thành RNA (axit ribonucleic) và RNA có thể được “phiên dịch” thành protein. Hãy nghĩ về protein như một công cụ sinh học làm một việc gì đó, cụ thể là huyết sắc tố mang oxy trong máu.
Điều này đã cho chúng tôi định nghĩa vững chắc đầu tiên của chúng tôi:
Gen là một đoạn DNA mã hóa cho một đoạn RNA mã hóa chuỗi protein.
Các chi tiết kỹ thuật rất phức tạp, nhưng hãy tưởng tượng bạn có thể làm một hoặc nhiều rìu bằng kim loại như thế nào.
Hãy tưởng tượng một đoạn DNA kết lại với nhau theo hình dạng chính xác của đầu rìu. Hãy xem xét rằng RNA lắng xuống và tạo thành ấn tượng của một cái rìu, vì vậy nó bây giờ giống như một vật đúc hoặc đúc.
RNA di chuyển ra khỏi phòng lưu trữ DNA, nhân và sắt nóng chảy được đổ vào đó. Nó cứng lại và một cái đầu rìu lòi ra. Bạn sẽ có một khuôn khác cho tay cầm kim loại.
garrett lội nước
Sau đó, đầu rìu và tay cầm nảy xung quanh tế bào, gặp nhau và tự lắp ráp. Các sửa đổi sau dịch mã, tương tự như mài sắc, có thể được thực hiện bởi các máy khác trong ô.
Nếu chúng ta mô hình hóa nhiều trục, chúng ta nói rằng gen được biểu hiện ở mức độ cao; nếu có ít hoặc không có trục nào thì gen biểu hiện ở mức độ thấp hoặc im lặng.
Chúng ta có thể sử dụng phép loại suy cái rìu theo một cách khác. Một định nghĩa về gen là một vùng tạo ra công cụ protein. Nhưng có nhiều gen DNA tạo ra RNA và quá trình này dừng lại ở đó.
Tương tự như vậy, RNA của đầu rìu, hoặc một loại tương tự, có thể là vật hỗ trợ hoàn hảo cho rìu – bạn không cần phải tiếp tục tự tạo ra chiếc rìu.
Gen này sẽ tạo ra thứ được gọi là “ARN không mã hóa”, một loại ARN có chức năng riêng và không cần mã hóa protein.
Các dạng sống sớm nhất có lẽ đã sử dụng RNA và tồn tại mà không cần protein hoặc DNA. Các công cụ di động lâu đời nhất của chúng ta, tRNA và rRNA, hoạt động trên dây chuyền lắp ráp, tạo ra protein, không bao giờ được dịch mã thành protein.
Điều thú vị nhất là công việc gần đây, chẳng hạn như dự án ENCODE, gợi ý rằng chúng ta đã đánh giá thấp lượng RNA không mã hóa. Tuy nhiên, có một vấn đề là dường như cũng có RNA nhiễu có thể gây hại ít nhưng cũng không tốt, vì vậy không phải tất cả RNA đều hoạt động. Không phải mọi đoạn DNA mã hóa RNA đều là gen.
Ở giai đoạn này, điều quan trọng cần lưu ý là không có khuôn hoặc gang thật, mà là các chuỗi khối giống như Lego có hình dạng khác nhau. Một phần của khối DNA được đọc thành khối RNA.
Các khối RNA được đọc thành 20 khối xây dựng protein khác nhau có thể gấp lại theo hình dạng của chúng để tạo ra, trong trường hợp này, có lẽ là một cái cán rìu.
Cái rìu thực sự không có gì giống như DNA hoặc RNA ở dạng; trình tự của các khối Lego được quyết định bởi trình tự trong DNA, thông qua một mã đặc biệt, được gọi là mã di truyền.
Một định nghĩa cuối cùng
Nhưng bây giờ chúng ta có một định nghĩa cho một gen:
Gen là các đoạn DNA có khả năng tạo ra một công cụ hoặc đặc điểm, chẳng hạn như màu đỏ trên hoa đậu.
Kết quả được gọi là “kiểu hình” và “kiểu gen” (vật liệu di truyền của chúng ta) cộng với đầu vào môi trường tạo ra kiểu hình của chúng ta. Tổ chức Danh pháp bộ gen người định nghĩa gen là “một đoạn DNA góp phần tạo nên kiểu hình/chức năng”.
Gen là một đoạn tuyến tính của DNA, từ một nhiễm sắc thể, cung cấp một số chức năng cho sinh vật. Có rất nhiều gen trên mỗi nhiễm sắc thể của con người, hàng ngàn.
Xin chào Paul Studios
Ngoài ra còn có các vùng đệm giữa các gen và ngay cả trong các gen (intron) có thể hoặc không thể làm điều gì đó.
Một số làm: vùng kiểm soát chính của gen (promoter) nằm ngược dòng hoặc xung quanh điểm bắt đầu của gen; nhưng cũng có những yếu tố tăng cường và giảm thanh có thể được định vị ở những khoảng cách rất lớn dọc theo nhiễm sắc thể và điều chỉnh mức độ biểu hiện.
Không rõ liệu có bao gồm các vùng kiểm soát như một phần của gen hay không. Nói một cách chính xác, gen thường chỉ là “bộ phận mã hóa” (khuôn), nhưng đột biến ở các vùng kiểm soát có thể gây hại như những đột biến ở chính khuôn.
Vì vậy, một định nghĩa tốt về gen là toàn bộ vùng DNA cần thiết cho quá trình tổng hợp protein chức năng hoặc RNA.
Lúc đầu, người ta cho rằng mỗi gen tạo ra một công cụ protein, nhưng chúng ta có thể sử dụng phép loại suy cái rìu để giải thích làm thế nào một gen có thể tạo ra nhiều hơn một loại protein hoặc công cụ.
Gen cán rìu có thể được “ghép”, một quá trình trong đó các đoạn của bản phiên mã ARN bị cắt trước khi nó được dịch mã thành protein. Bằng cách này, chúng tôi có thể tạo ra một tay cầm ngắn để tạo ra một chiếc tomahawk hoặc rìu thay vì một chiếc rìu kích thước đầy đủ.
Số lượng nối thay thế ở người rất lớn và một số sản phẩm gen thường thu được từ mỗi gen.
Định nghĩa sau ENCODE được đề xuất của một gen là:
Một tập hợp các trình tự bộ gen mã hóa một tập hợp nhất quán các sản phẩm chức năng có khả năng chồng chéo.
Tại sao chúng ta lại phát triển một gen gây ung thư?
Bây giờ chúng ta cũng có thể giải thích ý nghĩa của việc một cây mang gen quy định hoa đỏ; nó có thể có nghĩa là cây có một đoạn DNA mã hóa cho một loại enzyme (một công cụ protein xúc tác các phản ứng hóa học) để tạo ra sắc tố đỏ.
Nhưng liệu có gen quy định hoa màu trắng không? Có thể đơn giản là có một lỗi trong gen quy định hoa màu đỏ, do đó enzyme không còn hoạt động và hoa không có màu.
Điều này cũng giải thích sự nhầm lẫn giữa việc mô tả gen dưới dạng công cụ mà nó tạo ra hoặc tác dụng cuối cùng của công cụ đó.
Người mang gen ung thư vú có nghĩa là gì? Điều đó không có nghĩa là một gen đặc biệt đã tiến hóa và có chức năng gây ung thư vú.
Điều đó có nghĩa là một gen liên quan đến việc hạn chế sự nhân đôi của tế bào trong mô vú hoặc trong việc duy trì DNA bị đột biến và không còn hoạt động. Do đó, xác suất phát triển ung thư tăng lên. Gen khiến người mang mầm bệnh ung thư, không gây ra nó.
MShades
Gen bệnh ưa chảy máu không có ở đó để gây chảy máu: đó là gen khi bị đột biến sẽ dẫn đến một yếu tố đông máu bị lỗi và kết quả là chảy máu.
Có một số gen gây ung thư vú và có hai gen phổ biến cho bệnh máu khó đông. Giống như việc đột biến gen đầu rìu hoặc gen cán rìu sẽ khiến chiếc rìu bị hỏng, nhiều protein sinh học hoạt động cùng nhau hoặc theo lộ trình và việc phá vỡ bất kỳ liên kết nào trong chuỗi có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.
Điều khó hiểu nhất là “gen ung thư vú” có thể có mối quan hệ rất gián tiếp với sinh học của vú.
Nếu con người là các hành tinh và một người có đột biến gen cán rìu, thì một nhà sinh học phân tử sẽ quan sát thấy rằng không có trục chức năng nào trên hành tinh, nhưng một nhà di truyền học trước tiên sẽ nhận thấy rằng thế giới được bao phủ bởi cây cối.
Gen này sẽ không được gọi là gen rìu, nhưng trước tiên sẽ được ghi nhận là gen tạo gỗ. Chỉ sau này, ai đó mới lập bản đồ gen, sao chép nó và tìm ra nó mã hóa cho cái gì và sản phẩm của họ hoạt động như thế nào.
Chúng ta có bao nhiêu gen?
Chúng ta vẫn không biết chắc mình có bao nhiêu gen. Một cuộc xổ số nổi tiếng đã được tổ chức khi bộ gen của con người, tất cả DNA của chúng ta, lần đầu tiên được sắp xếp theo trình tự và con số ước tính lên tới 100.000. Nhưng bây giờ chúng tôi tin rằng con số thấp hơn nhiều.
Người ta có thể phát hiện nhiều gen bằng máy tính vì chúng có một số đặc điểm chính: một RNA được đọc từ chúng và mã di truyền được dịch thành một protein có độ dài hợp lý. Nhưng rất khó để xác định các gen ngắn và các gen RNA không mã hóa chức năng.
Có lẽ có khoảng 20.000 gen mã hóa cho protein và có lẽ nhiều gen mã hóa cho các RNA chức năng. Chúng tôi không biết con số chính xác vì rất khó để chắc chắn đoạn DNA nào được đọc thành sản phẩm chức năng. Chúng ta sẽ không biết trừ khi chúng bị đột biến.
Và đó là một thí nghiệm mà sẽ không ai thực hiện ở người, mặc dù khi thông tin của chúng ta về các quần thể người hiện có và các loài khác tăng lên, chúng ta chắc chắn sẽ nâng cao kiến thức của mình về thế giới thần tiên rộng lớn của bộ gen và khám phá ra những gen mới mà chúng ta không biết. ở đó.
