Biến thể là gì? Các công bố khoa học về Biến thể

Biến thể là sự khác biệt về hình thái, sinh lý hoặc di truyền giữa các cá thể cùng loài, có thể do gen hoặc môi trường gây ra. Trong di truyền học, biến thể thường là sự sai khác trong trình tự DNA giữa các cá thể, đóng vai trò quan trọng trong tiến hóa và thích nghi.

Định nghĩa khái niệm biến thể

Biến thể (tiếng Anh: variation) là thuật ngữ dùng để chỉ những khác biệt có thể quan sát được giữa các cá thể trong cùng một loài, hoặc trong các quần thể sinh học. Khác biệt này có thể mang tính di truyền hoặc không di truyền, thể hiện ở nhiều cấp độ: từ đặc điểm hình thái (chiều cao, màu mắt), sinh lý (tốc độ trao đổi chất, khả năng kháng bệnh), hành vi (phản ứng với môi trường), đến cấp độ phân tử như trình tự DNA.

Trong di truyền học, biến thể thường dùng để nói đến sự sai khác trong trình tự DNA giữa các cá thể. Những sai khác này có thể nhỏ như thay đổi một nucleotide, hoặc lớn như mất đoạn, đảo đoạn hoặc thêm đoạn DNA. Biến thể chính là cơ sở cho đa dạng sinh học, cho phép loài thích nghi với điều kiện môi trường thay đổi và là nguyên liệu cho quá trình tiến hóa.

Một số khía cạnh chính của biến thể gồm:

  • Biến thể cá thể: Khác biệt giữa các cá thể trong cùng loài
  • Biến thể quần thể: Sai khác trung bình giữa các quần thể sống ở môi trường khác nhau
  • Biến thể tạm thời: Xuất hiện do điều kiện môi trường tức thời

Phân loại biến thể

Biến thể có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, trong đó hai hệ thống phổ biến nhất là phân loại theo nguồn gốc và phân loại theo hình thức biểu hiện. Phân loại rõ ràng giúp xác định nguyên nhân, vai trò và khả năng di truyền của từng loại biến thể trong nghiên cứu sinh học.

Theo nguồn gốc:

  • Biến thể di truyền: Do thay đổi trong vật chất di truyền (DNA), có thể di truyền cho thế hệ sau
  • Biến thể không di truyền: Gây ra bởi tác nhân môi trường, không di truyền qua các thế hệ

Theo hình thức biểu hiện:

  • Biến thể liên tục: Thể hiện dưới dạng phổ liên tục, khó phân loại rõ ràng thành từng nhóm. Ví dụ: chiều cao, cân nặng
  • Biến thể không liên tục: Có dạng rõ ràng, thường phân chia thành các nhóm cụ thể. Ví dụ: nhóm máu (A, B, AB, O)

Bảng dưới đây tóm tắt phân loại biến thể:

Loại biến thể Đặc điểm Khả năng di truyền Ví dụ
Di truyền Do thay đổi gen hoặc nhiễm sắc thể Đột biến gen tạo ra bệnh di truyền
Không di truyền Bị ảnh hưởng bởi môi trường Không Thay đổi màu da do nắng
Liên tục Biểu hiện theo phổ Có thể có Chiều cao, khối lượng
Không liên tục Phân nhóm rõ ràng Nhóm máu, khả năng cuộn lưỡi

Cơ sở phân tử của biến thể

Ở cấp độ phân tử, biến thể phát sinh từ sự thay đổi trong trình tự DNA. Một số biến thể chỉ liên quan đến một nucleotide đơn lẻ, trong khi các biến thể khác có thể liên quan đến hàng trăm hoặc hàng ngàn cặp base.

Các dạng biến thể di truyền phổ biến gồm:

  • Đột biến điểm: Thay thế, mất hoặc chèn một nucleotide trong trình tự DNA
  • Chèn hoặc mất đoạn (insertion/deletion): Thêm hoặc loại bỏ đoạn DNA dài
  • Đảo đoạn (inversion): Một đoạn DNA bị đảo ngược trình tự
  • Đa hình đơn nucleotide (SNP - Single Nucleotide Polymorphism): Sự thay đổi tại một vị trí duy nhất trong genome, phổ biến trong quần thể người

SNP là loại biến thể phổ biến nhất ở người. Theo Cơ sở dữ liệu dbSNP của NCBI, có hàng triệu SNP đã được xác định và ghi nhận. Một số SNP có liên quan đến đặc điểm hình thái, trong khi một số khác liên quan đến nguy cơ mắc bệnh.

Ảnh hưởng của các biến thể phụ thuộc vào vị trí và bản chất thay đổi:

  • Nếu xảy ra trong vùng mã hóa protein, có thể dẫn đến thay đổi chuỗi axit amin
  • Nếu xảy ra trong vùng điều hòa, có thể thay đổi mức độ biểu hiện gene
  • Biến thể trung tính không ảnh hưởng đến chức năng sinh học

Các yếu tố ảnh hưởng đến biến thể

Nhiều yếu tố có thể tác động đến mức độ và kiểu hình của biến thể trong một quần thể. Những yếu tố này có thể là nội sinh (từ bên trong cơ thể) hoặc ngoại sinh (từ môi trường ngoài), và tương tác giữa chúng có thể làm tăng hoặc giảm biểu hiện của biến thể.

Một số yếu tố ảnh hưởng phổ biến:

  1. Yếu tố môi trường: Nhiệt độ, ánh sáng, dinh dưỡng, độ ẩm... có thể tác động mạnh đến các đặc điểm hình thái và sinh lý
  2. Đột biến tự nhiên: Do tác động của tác nhân vật lý, hóa học hoặc sinh học
  3. Giao phối và tái tổ hợp: Tạo ra sự kết hợp mới của các alen trong thế hệ con
  4. Chọn lọc nhân tạo: Do con người chủ động can thiệp, tạo ra giống vật nuôi và cây trồng theo mục đích cụ thể

Ví dụ: Ở thực vật, cùng một giống lúa có thể cho năng suất khác nhau nếu được trồng ở vùng đất phèn so với vùng đất phù sa, mặc dù vật chất di truyền không thay đổi. Đây là biến thể không di truyền do môi trường.

Vai trò của biến thể trong tiến hóa

Biến thể là nguyên liệu cơ bản cho tiến hóa sinh học. Trong một quần thể tự nhiên, các biến thể giữa các cá thể tạo nên sự đa dạng kiểu hình. Nhờ quá trình chọn lọc tự nhiên, những biến thể mang lại lợi thế sinh tồn sẽ có xu hướng được duy trì và lan truyền, trong khi các biến thể bất lợi bị loại bỏ dần theo thời gian.

Chọn lọc tự nhiên hoạt động trên sự khác biệt về khả năng sống sót và sinh sản giữa các cá thể. Các cá thể sở hữu biến thể giúp chúng thích nghi tốt hơn với môi trường có xác suất sống sót cao hơn và đóng góp gene của mình cho thế hệ sau.

Xác suất một biến thể có lợi lan truyền trong quần thể thường được mô hình hóa theo công thức gần đúng:

P=1e2sP = 1 - e^{-2s}

Trong đó ss là hệ số chọn lọc (selection coefficient), đại diện cho mức độ lợi thế của biến thể so với dạng gốc. Giá trị ss càng lớn thì xác suất biến thể đó được duy trì càng cao.

Bảng dưới đây mô tả mối quan hệ giữa loại biến thể và vai trò trong tiến hóa:

Loại biến thể Ảnh hưởng chọn lọc Vai trò trong tiến hóa
Có lợi Tăng khả năng sống và sinh sản Được chọn lọc, giúp thích nghi
Trung tính Không ảnh hưởng đến khả năng sống Có thể tích lũy qua thời gian
Bất lợi Giảm khả năng sống hoặc sinh sản Bị loại bỏ dần

Biến thể trong y học và công nghệ sinh học

Trong y học hiện đại, biến thể di truyền đóng vai trò thiết yếu trong việc phát hiện, dự đoán và điều trị các bệnh lý di truyền. Các đột biến hoặc SNP nhất định có thể liên quan đến nguy cơ mắc bệnh như ung thư, tiểu đường, Alzheimer, hoặc rối loạn chuyển hóa bẩm sinh. Việc giải trình tự toàn bộ bộ gen người đã giúp các nhà khoa học nhận diện hàng triệu biến thể và đánh giá mối liên hệ của chúng với các bệnh phức tạp.

Các nền tảng như Human Genome ProjectClinVar đã giúp xây dựng cơ sở dữ liệu các biến thể có liên quan đến bệnh. Những thông tin này được ứng dụng trong:

  • Xét nghiệm di truyền để sàng lọc bệnh
  • Chẩn đoán bệnh sớm hoặc tiền triệu chứng
  • Phát triển thuốc đặc hiệu theo kiểu gen bệnh nhân (y học cá thể hóa)

Trong công nghệ sinh học, hiểu biết về biến thể được áp dụng để cải tiến giống cây trồng và vật nuôi. Các phương pháp như chọn lọc marker (marker-assisted selection) hay chỉnh sửa gen (CRISPR) dựa vào việc xác định các biến thể có lợi nhằm nâng cao năng suất, khả năng kháng bệnh, hoặc chịu điều kiện khắc nghiệt.

Ứng dụng của nghiên cứu biến thể

Nghiên cứu biến thể mở ra nhiều hướng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau từ sinh học, y học, đến nông nghiệp và bảo tồn sinh học. Một số ứng dụng tiêu biểu gồm:

  • Y học cá thể hóa: Lập hồ sơ gen để điều trị theo đặc điểm di truyền từng người
  • Sinh học tiến hóa: Dùng biến thể để truy vết dòng tiến hóa, di cư của loài
  • Chọn giống nông nghiệp: Phát hiện biến thể có lợi giúp chọn lọc giống tối ưu
  • Bảo tồn sinh học: Đánh giá đa dạng di truyền trong các loài có nguy cơ tuyệt chủng

Ví dụ, trong lĩnh vực ung thư học, các công ty như Illumina23andMe đã phát triển các công nghệ giải trình tự gen ứng dụng lâm sàng để phát hiện biến thể liên quan đến nguy cơ ung thư vú (BRCA1/BRCA2) hoặc ung thư đại trực tràng (APC, MLH1).

Phân biệt giữa biến thể, đột biến và đa hình

Ba thuật ngữ “biến thể”, “đột biến” và “đa hình” thường được sử dụng chồng lắp trong di truyền học, tuy nhiên chúng có ý nghĩa khác nhau tùy theo ngữ cảnh:

  • Biến thể (variant): Thuật ngữ trung tính, chỉ mọi dạng sai khác về trình tự di truyền giữa các cá thể
  • Đột biến (mutation): Chỉ những thay đổi bất thường, thường hiếm gặp và có khả năng gây bệnh
  • Đa hình (polymorphism): Là biến thể phổ biến trong quần thể (tần suất ≥1%), thường không gây ảnh hưởng xấu

Theo Genetic Science Learning Center - University of Utah, một đột biến ban đầu có thể trở thành đa hình nếu nó được tích lũy trong quần thể và đạt ngưỡng tần suất 1%.

Bảng so sánh dưới đây giúp làm rõ sự khác biệt:

Thuật ngữ Định nghĩa Tần suất trong quần thể Ảnh hưởng tiềm năng
Biến thể Mọi sai khác về trình tự DNA Không xác định Trung tính / có lợi / có hại
Đột biến Thay đổi đột ngột, hiếm gặp < 1% Thường bất lợi hoặc gây bệnh
Đa hình Biến thể phổ biến trong quần thể ≥ 1% Thường trung tính hoặc không ảnh hưởng

Tài liệu tham khảo

  1. Griffiths, A. J. F., Wessler, S. R., Carroll, S. B., & Doebley, J. (2020). Introduction to Genetic Analysis (12th ed.). W. H. Freeman.
  2. NCBI dbSNP. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/
  3. ClinVar - NCBI. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/
  4. Human Genome Project - NHGRI. https://www.genome.gov/human-genome-project
  5. Nature Education. Natural Selection, Genetic Drift, and Gene Flow. https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/natural-selection-genetic-drift-and-gene-flow-15186648/
  6. University of Utah - Genetic Science Learning Center. https://learn.genetics.utah.edu/content/precision/polymorphism/
  7. Illumina - Clinical Genomics. https://www.illumina.com
  8. 23andMe. https://www.23andme.com

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề biến thể:

Đánh giá các mô hình phương trình cấu trúc với biến không thể quan sát và lỗi đo lường Dịch bởi AI
Journal of Marketing Research - Tập 18 Số 1 - Trang 39-50 - 1981
Các bài kiểm tra thống kê được sử dụng trong phân tích các mô hình phương trình cấu trúc với các biến không thể quan sát và lỗi đo lường được xem xét. Một nhược điểm của bài kiểm tra chi bình phương thường được áp dụng, ngoài các vấn đề đã biết liên quan đến kích thước mẫu và sức mạnh, là nó có thể chỉ ra sự tương ứng ngày càng tăng giữa mô hình giả thuyết và dữ liệu quan sát được khi cả ...... hiện toàn bộ
Bộ công cụ phân tích bộ gen: Một khung MapReduce cho việc phân tích dữ liệu giải trình tự DNA thế hệ tiếp theo Dịch bởi AI
Genome Research - Tập 20 Số 9 - Trang 1297-1303 - 2010
Các dự án giải trình tự DNA thế hệ tiếp theo (NGS), chẳng hạn như Dự án Bộ Gen 1000, đã và đang cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về sự biến dị di truyền giữa các cá nhân. Tuy nhiên, các tập dữ liệu khổng lồ được tạo ra bởi NGS—chỉ riêng dự án thí điểm Bộ Gen 1000 đã bao gồm gần năm terabase—làm cho việc viết các công cụ phân tích giàu tính năng, hiệu quả và đáng tin cậy trở nên khó ...... hiện toàn bộ
#khoa học #giải trình tự DNA #Bộ Gen 1000 #GATK #MapReduce #phân tích bộ gen #sự biến dị di truyền #công cụ NGS #phân giải song song #SNP #Atlas Bộ Gen Ung thư
Đo Lường Các Tính Chất Đàn Hồi và Độ Bền Nội Tại của Graphene Dạng Đơn Lớp Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 321 Số 5887 - Trang 385-388 - 2008
Chúng tôi đã đo lường các đặc tính đàn hồi và độ bền phá vỡ nội tại của màng graphene dạng đơn lớp tự do bằng phương pháp nén nano trong kính hiển vi lực nguyên tử. Hành vi lực-chuyển vị được diễn giải theo khung phản ứng ứng suất-biến dạng đàn hồi phi tuyến và cho ra độ cứng đàn hồi bậc hai và bậc ba lần lượt là 340 newton trên mét (N m\n –1\n ...... hiện toàn bộ
#graphene #tính chất đàn hồi #độ bền phá vỡ #nén nano #kính hiển vi lực nguyên tử #ứng suất-biến dạng phi tuyến #mô đun Young #vật liệu nano #sức mạnh nội tại
Phân Loại Bayesian Điện Biên Để Gán Nhanh Trình Tự rRNA Vào Hệ Thống Phân Loại Vi Khuẩn Mới Dịch bởi AI
Applied and Environmental Microbiology - Tập 73 Số 16 - Trang 5261-5267 - 2007
TÓM TẮT Dự án Cơ Sở Dữ Liệu Ribosome (RDP) với bộ phân loại Bayesian đơn giản có thể nhanh chóng và chính xác phân loại các trình tự 16S rRNA của vi khuẩn vào hệ thống phân loại cấp cao hơn mới được đề xuất trong Bản phác thảo phân loại vi khuẩn của Bergey (Ấn bản thứ 2, phát hành 5.0, Springer-Verlag, New York, ...... hiện toàn bộ
#Bộ phân loại RDP #rRNA 16S #phân loại vi khuẩn #biến V2 và V4 #pyrosequencing #so sánh cộng đồng vi sinh vật #biểu hiện khác biệt giữa các mẫu.
Chuyển biến đa hình trong tinh thể đơn: Một phương pháp động lực học phân tử mới Dịch bởi AI
Journal of Applied Physics - Tập 52 Số 12 - Trang 7182-7190 - 1981
Một dạng thức Lagrangian mới được giới thiệu. Nó có thể được sử dụng để thực hiện các phép tính động lực học phân tử (MD) trên các hệ thống dưới các điều kiện ứng suất bên ngoài tổng quát nhất. Trong dạng thức này, hình dạng và kích thước của ô MD có thể thay đổi theo các phương trình động lực học do Lagrangian này cung cấp. Kỹ thuật MD mới này rất phù hợp để nghiên cứu những biến đổi cấu...... hiện toàn bộ
#Động lực học phân tử #ứng suất #biến dạng #chuyển biến đa hình #tinh thể đơn #mô hình Ni
Biến Nhạc Dự Kiến Từ Cổ Phiếu Dịch bởi AI
Journal of Finance - Tập 47 Số 2 - Trang 427-465 - 1992
TÓM TẮTHai biến dễ đo lường, kích thước và tỷ lệ giá trị sổ sách, kết hợp lại để nắm bắt sự biến đổi trong bức tranh tổng thể về tỷ suất sinh lời trung bình của cổ phiếu liên quan đến β thị trường, kích thước, mức độ sử dụng đòn bẩy, tỷ lệ giá trị sổ sách và tỷ lệ thu nhập so với giá. Hơn nữa, khi các bài kiểm tra cho phép sự biến thiên t...... hiện toàn bộ
#tỷ suất sinh lời #kích thước #tỷ lệ giá trị sổ sách #mức độ sử dụng đòn bẩy #thu nhập so với giá
Hóa học và Ứng dụng của Cấu trúc Khung Hữu cơ Kim loại Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 341 Số 6149 - 2013
Bối Cảnh Cấu trúc khung hữu cơ kim loại (MOFs) được tạo thành bằng cách liên kết các đơn vị vô cơ và hữu cơ thông qua các liên kết mạnh (tổng hợp mạng). Sự linh hoạt trong việc thay đổi hình học, kích thước và chức năng của các thành phần đã dẫn đến hơn 20.000 MOFs khác nhau được báo cáo và nghiên cứu trong thập kỷ ...... hiện toàn bộ
#cấu trúc khung hữu cơ kim loại #reticular synthesis #carboxylat hữu cơ #lỗ chân không #lưu trữ khí #xúc tác #cấu trúc đa biến #dẫn ion.
Phân tích toàn cầu về nhiệt độ bề mặt biển, băng biển và nhiệt độ không khí biển vào ban đêm từ cuối thế kỷ XIX Dịch bởi AI
American Geophysical Union (AGU) - Tập 108 Số D14 - 2003
Chúng tôi trình bày bộ dữ liệu về băng biển và nhiệt độ bề mặt biển (SST) của Trung tâm Hadley thuộc Cơ quan Khí tượng Anh, HadISST1, cũng như bộ dữ liệu nhiệt độ không khí biển vào ban đêm (NMAT), HadMAT1. HadISST1 thay thế các bộ dữ liệu băng biển và nhiệt độ bề mặt biển toàn cầu (GISST), và là sự kết hợp độc đáo của các trường SST và nồng độ băng biển hoàn chỉnh toàn cầu hàng tháng trên...... hiện toàn bộ
Đột Biến EGFR Trong Ung Thư Phổi: Mối Liên Quan Đến Đáp Ứng Lâm Sàng Với Liệu Pháp Gefitinib Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 304 Số 5676 - Trang 1497-1500 - 2004
Các gen thụ thể tyrosine kinase đã được giải trình tự trong ung thư phổi không tế bào nhỏ (NSCLC) và mô bình thường tương ứng. Đột biến soma của gen thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì\n EGFR đã được phát hiện trong 15 trong số 58 khối u không được lựa chọn từ Nhật Bản và 1 trong số 61 từ Hoa Kỳ. Điều trị bằng chất ức chế kinase nach EGFR gefitinib (I...... hiện toàn bộ
#EGFR #đột biến #ung thư phổi #liệu pháp gefitinib #đáp ứng lâm sàng #Nhật Bản #Hoa Kỳ #ung thư biểu mô tuyến #NSCLC #nhạy cảm #ức chế tăng trưởng #somatic mutations
Lý thuyết Cam kết - Tin tưởng trong Marketing Quan hệ Dịch bởi AI
Journal of Marketing - Tập 58 Số 3 - Trang 20-38 - 1994
Marketing quan hệ—thiết lập, phát triển và duy trì các trao đổi quan hệ thành công—được xem là một sự thay đổi lớn trong lý thuyết và thực hành marketing. Sau khi khái niệm hóa marketing quan hệ và thảo luận về mười hình thức của nó, các tác giả (1) lý thuyết hóa rằng marketing quan hệ thành công cần có cam kết quan hệ và sự tin tưởng, (2) mô hình hóa cam kết quan hệ và sự tin tưởng như là...... hiện toàn bộ
#Marketing quan hệ #cam kết #tin tưởng #mô hình biến trung gian #nghiên cứu thực nghiệm
Tổng số: 7,354   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 10