Hệ số di truyền là gì? Công thức, bài tập về hệ số di truyền?

1. Hệ số di truyền là gì? 

Hệ số di truyền là một khái niệm được sử dụng trong lĩnh vực di truyền học để chỉ mức độ mà các đặc điểm kiểu hình của một quần thể được ảnh hưởng bởi các yếu tố di truyền. Kiểu hình là biểu hiện của các đặc điểm thể chất, sinh lý và tâm lý của một cá thể, còn yếu tố di truyền là các gen mà cá thể đó kế thừa từ cha mẹ. Hệ số di truyền được tính bằng tỷ lệ giữa phương sai kiểu di truyền và phương sai kiểu hình. Phương sai là một đại lượng thống kê thể hiện sự phân tán của các giá trị trong một tập hợp dữ liệu. Phương sai kiểu di truyền là sự phân tán của các giá trị kiểu di truyền trong quần thể, còn phương sai kiểu hình là sự phân tán của các giá trị kiểu hình trong quần thể. Hệ số di truyền có giá trị từ 0 đến 1. Nếu hệ số di truyền bằng 0, có nghĩa là không có sự biến đổi gen nào trong quần thể, và các đặc điểm kiểu hình chỉ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Nếu hệ số di truyền bằng 1, có nghĩa là không có sự biến đổi môi trường nào trong quần thể, và các đặc điểm kiểu hình chỉ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố di truyền. Nếu hệ số di truyền nằm giữa 0 và 1, có nghĩa là cả hai yếu tố di truyền và môi trường đều có ảnh hưởng đến các đặc điểm kiểu hình, và giá trị càng cao thì ảnh hưởng của yếu tố di truyền càng lớn.

2. Phân loại hệ số di truyền:

Hệ số di truyền là một chỉ số thể hiện mức độ ảnh hưởng của yếu tố di truyền đến biến dạng của một tính trạng. Có nhiều cách phân loại hệ số di truyền, tùy theo mục đích nghiên cứu và phương pháp tính toán. Một số cách phân loại phổ biến nhất là:

– Hệ số di truyền toàn phần (H) và hệ số di truyền môi trường (E): H là tỷ lệ phương sai của tính trạng do yếu tố di truyền gây ra, E là tỷ lệ phương sai của tính trạng do yếu tố môi trường gây ra. H và E có thể được tính bằng cách so sánh sự khác biệt giữa các cá thể có quan hệ họ hàng và không có quan hệ họ hàng trong cùng một môi trường.

– Hệ số di truyền bộ phận (h2) và hệ số di truyền đặc thù (e2): h2 là tỷ lệ phương sai của tính trạng do yếu tố di truyền bộ phận gây ra, e2 là tỷ lệ phương sai của tính trạng do yếu tố môi trường đặc thù gây ra. Yếu tố di truyền bộ phận là những yếu tố di truyền chung cho tất cả các cá thể trong một loài, yếu tố môi trường đặc thù là những yếu tố môi trường chỉ ảnh hưởng đến một cá thể cụ thể. h2 và e2 có thể được tính bằng cách so sánh sự khác biệt giữa các cá thể có quan hệ họ hàng trong cùng một môi trường và các cá thể không có quan hệ họ hàng trong các môi trường khác nhau.

– Hệ số di truyền liên kết (I) và hệ số di truyền tương tác (GxE): I là tỷ lệ phương sai của tính trạng do sự liên kết giữa các gen gây ra, GxE là tỷ lệ phương sai của tính trạng do sự tương tác giữa yếu tố di truyền và yếu tố môi trường gây ra. Sự liên kết giữa các gen là hiện tượng hai hoặc nhiều gen ở gần nhau trên nhiễm sắc thể ảnh hưởng đến nhau trong quá trình biểu hiện gen, sự tương tác giữa yếu tố di truyền và yếu tố môi trường là hiện tượng yếu tố di truyền có ảnh hưởng khác nhau đối với tính trạng ở các môi trường khác nhau. I và GxE có thể được tính bằng cách so sánh sự khác biệt giữa các cá thể có quan hệ họ hàng trong các môi trường khác nhau và các cá thể không có quan hệ họ hàng trong cùng một môi trường.

3. Công thức tính hệ số di truyền:

Hệ số di truyền là một thông số di truyền quan trọng trong quần thể, chỉ mức độ di truyền cao hay thấp của một tính trạng. Hệ số di truyền được sử dụng trong công tác giống cây trồng, vật nuôi để đánh giá tiềm năng lựa chọn và cải thiện các tính trạng mong muốn. Hệ số di truyền được tính bằng tỷ lệ giữa phương sai kiểu di truyền với phương sai kiểu hình, như vậy, giá trị hệ số di truyền càng cao thì mối quan hệ giữa giá trị kiểu hình và giá trị di truyền càng cao. Công thức tính hệ số di truyền như sau:

Trong đó:

Phương sai kiểu di truyền là sự biến thiên của giá trị di truyền của các cá thể trong quần thể do sự kết hợp của các alen khác nhau. Phương sai kiểu hình là sự biến thiên của giá trị kiểu hình của các cá thể trong quần thể do ảnh hưởng của yếu tố di truyền và yếu tố môi trường. Hệ số di truyền có thể dao động từ 0 đến 1, tùy thuộc vào mức độ ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến tính trạng. Nếu hệ số di truyền bằng 0, có nghĩa là tính trạng hoàn toàn không có tính kế thừa, chỉ phụ thuộc vào yếu tố môi trường. Nếu hệ số di truyền bằng 1, có nghĩa là tính trạng hoàn toàn có tính kế thừa, không bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường.

4. Ứng dụng hệ số di truyền trong thực tế:

Hệ số di truyền là một thông số di truyền quan trọng trong quần thể, chỉ mức độ di truyền cao hay thấp của một tính trạng. Hệ số di truyền có nhiều ứng dụng trong công tác giống cây trồng, vật nuôi, như:

– Dự đoán tiến triển di truyền: là khả năng cải thiện tính trạng của quần thể qua các thế hệ chọn lựa. Tiến triển di truyền phụ thuộc vào hệ số di truyền, độ biến dạng kiểu hình, áp lực chọn lựa và kích thước quần thể.

– Tính toán giá trị giống cá thể: là giá trị di truyền của cá thể đối với một hoặc nhiều tính trạng. Giá trị giống cá thể có thể được ước lượng bằng cách sử dụng thông tin về kiểu hình cá thể, kiểu hình gia hệ, kiểu hình gia tộc và thông tin di truyền phân tử. Hệ số di truyền là một yếu tố quan trọng để xác định độ tin cậy của ước lượng giá trị giống.

– Xây dựng chỉ số lựa chọn tổng hợp: là một công cụ để tối ưu hóa lựa chọn đa tính trạng. Chỉ số lựa chọn tổng hợp là tổng trọng số của các kiểu hình hoặc giá trị giống của các tính trạng liên quan. Trọng số được xác định bằng cách sử dụng hệ số di truyền, hiệp phương sai di truyền và giá trị kinh tế của các tính trạng.

Ngoài ra, hệ số di truyền còn có ứng dụng trong vi sinh vật học, như phát hiện các đột biến kháng thuốc của virus, xác định genotype và type của virus, nhiễm cúm A, AH5, nhiễm HPV, SARS, nhiễm Chlamydia trachomatis, thủy đậu, HSV, CMV,….

5. Bài tập về hệ số di truyền:

Hệ số di truyền là một chỉ số thể hiện mức độ ảnh hưởng của yếu tố di truyền đến biến động của một tính trạng trong một quần thể. Hệ số di truyền có thể được tính bằng công thức:

Hệ số di truyền = Phương sai di truyền / Phương sai tổng

Phương sai di truyền là phương sai của các giá trị genotip trong quần thể, còn phương sai tổng là phương sai của các giá trị phénotip. Phương sai tổng bao gồm cả phương sai di truyền và phương sai môi trường, nên hệ số di truyền luôn nằm trong khoảng từ 0 đến 1.

Dưới đây là các bài tập về hệ số di truyền và lời giải:

Bài 1: Cho biết phương sai tổng của chiều cao ở người là 100 cm2, phương sai môi trường là 20 cm2. Tính hệ số di truyền của chiều cao.

Lời giải: Phương sai di truyền = Phương sai tổng – Phương sai môi trường = 100 – 20 = 80 cm2

Hệ số di truyền = Phương sai di truyền / Phương sai tổng = 80 / 100 = 0.8

Bài 2: Cho biết hệ số di truyền của màu lông ở chó là 0.6, phương sai tổng của màu lông là 25 đơn vị. Tính phương sai di truyền và phương sai môi trường của màu lông.

Lời giải: Phương sai di truyền = Hệ số di truyền x Phương sai tổng = 0.6 x 25 = 15 đơn vị

Phương sai môi trường = Phương sai tổng – Phương sai di truyền = 25 – 15 = 10 đơn vị

Bài 3: Cho biết hệ số di truyền của khối lượng cơ thể ở heo là 0.4, phương sai môi trường là 16 kg2. Tính phương sai tổng và phương sai di truyền của khối lượng cơ thể.

Lời giải: Phương sai tổng = Phương sai môi trường / (1 – Hệ số di truyền) = 16 / (1 – 0.4) = 26.67 kg2

Phương sai di truyền = Hệ số di truyền x Phương sai tổng = 0.4 x 26.67 = 10.67 kg2

Bài 4: Cho biết hệ số di truyền của năng suất sữa ở bò sữa là 0.3, phương sai di truyền là 9 lít2. Tính phương sai tổng và phương sai môi trường của năng suất sữa.

Lời giải: Phương sai tổng = Phương sai di truyền / Hệ số di truyền = 9 / 0.3 = 30 lít2

Phương sai môi trường = Phương sai tổng – Phương sai di truyền = 30 – 9 = 21 lít2