Vị trí gen (Locus)

Trong lĩnh vực sinh học, locus chỉ điểm cụ thể của một gen trên nhiễm sắc thể.

Thuật ngữ này thuộc về di truyền học, trong tiếng Anh là genetic locus, thường gọi là 'locus gen' hoặc đơn giản là 'locus'. Nó chỉ vị trí cụ thể của một gen trên nhiễm sắc thể chứa gen đó. Nói cách khác, locus là địa chỉ vật lý của gen trên phân tử DNA, tương tự như địa chỉ của một ngôi nhà trên phố.

Hình 1 minh họa một nhiễm sắc thể giả định với 8 locus, được kí hiệu là A, b, c, D, E, f, G, và h.

Khái niệm cơ bản

Định nghĩa nguồn gốc

• Thuật ngữ locus được phiên âm từ tiếng Anh locus (phát âm tiếng Việt: lâu-kơt hoặc locus, phát âm quốc tế: /ˈlōkəs/ hoặc /loh-kuh s/).
• Thuật ngữ locus bắt nguồn từ tiếng Latinh cổ stlocus, dùng để chỉ một vị trí hay địa điểm cụ thể hoặc trừu tượng. Theo nghĩa này, locus có thể được dịch sang tiếng Việt là 'điểm'.

Lịch sử phát triển

• Vào năm 1865-1866, Gregor Mendel đã dự đoán sự tồn tại của gen, mà ông gọi là 'nhân tố di truyền'. Khi các nhà khoa học xác nhận dự đoán này, câu hỏi tiếp theo là 'Gen nằm ở đâu?'. Các công trình của August Friedrich Leopold Weismann, Theodor Heinrich Boveri, Walter Stanborough Sutton và những người khác đã chỉ ra rằng gen nằm trên nhiễm sắc thể (xem thêm trang về gen liên kết và học thuyết di truyền nhiễm sắc thể).
• Vấn đề tiếp theo là 'Gen nằm ở đâu trên nhiễm sắc thể?'. Khái niệm locus đã được đưa ra để giải quyết vấn đề này: các gen phân bố dọc theo chiều dài của nhiễm sắc thể, mỗi gen có một vị trí xác định gọi là locus (xem hình 1, hình 2 và hình 3).
• Do từ 'locus' trong tiếng Anh có nhiều nghĩa khác nhau như quỹ tích trong toán học, điểm chọc kim trong y học, nên trong di truyền học, thuật ngữ genetic locus (locus di truyền) được dùng để phân biệt với các nghĩa khác, và được dịch là locus gen, thường được gọi tắt là locus.
• Học thuyết di truyền nhiễm sắc thể (chromosome theory of inheritance) bắt đầu được công nhận khoảng năm 1910 và được hoàn thiện bởi Thomas Hunt Morgan vào năm 1915, do đó thuật ngữ này chính thức được công nhận trong khoảng thời gian từ năm 1910 đến 1915.

Ngày nay, thuật ngữ này vẫn giữ nguyên ý nghĩa cơ bản như trước. Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của di truyền học phân tử, thuật ngữ này đã được bổ sung thêm nhiều nội dung mới.

1. Locus không chỉ là vị trí của gen mang mã di truyền, mà còn là một vùng DNA đóng vai trò như một dấu ấn di truyền (genetic marker).
2. Locus có thể là đoạn DNA dài từ vài cặp base đến hàng triệu base (megabase), có chức năng di truyền cụ thể, có thể là gen không mã hóa protein.

Biểu diễn địa chỉ locus

Có nhiều cách để biểu diễn vị trí cụ thể của gen dựa vào khái niệm locus, dưới đây là 3 cách thường được sử dụng.

Theo khoảng cách tương đối

Trong DNA dạng vòng

Trong DNA dạng vòng như ở nhiễm sắc thể của vi khuẩn và các plasmid, phân tử DNA có cấu trúc vòng khép kín, vì vậy 'địa chỉ' của locus là vị trí trên chuỗi DNA tính theo kích thước bp từ điểm gốc. Ví dụ, khi nói rằng pha-gơ (thể thực khuẩn) thường xâm nhập vào nhiễm sắc thể của trực khuẩn lị (E. coli) tại locus 650, có nghĩa là vị trí này được chỉ ra như trong hình 3.

Định vị theo băng nhiễm sắc thể

• Phương pháp này hiện đang được áp dụng rộng rãi cho sinh vật nhân thực. Nhờ vào sự tiến bộ trong kỹ thuật nhuộm băng tế bào học, kết hợp với PCR và giải trình tự DNA, chúng ta có thể xác định chính xác vị trí của một gen trên nhiễm sắc thể trong bộ gen của loài. Theo cách diễn đạt này, một locus được xác định 'địa chỉ' cụ thể của nó thông qua 'ngữ pháp' di truyền học, đặc biệt cho sinh vật nhân thực, như sau:

- Kí tự đầu tiên là số, cho biết đó là nhiễm sắc thể số mấy trong bộ gen.

- Kí tự tiếp theo chỉ ra gen nằm ở cánh dài q (viết tắt từ tiếng Pháp là queue) hay cánh ngắn p (từ petit của tiếng Pháp, nghĩa là bé).

- Kí tự cuối cùng chỉ rõ băng (dải) của nhiễm sắc thể nơi gen được tìm thấy.

• Ví dụ: Khi viết locus 6p21, người ta hiểu 'địa chỉ' của locus này nằm trên nhiễm sắc thể số 6, ở cánh ngắn (p) băng 2, vùng 1. Cách diễn đạt này không chỉ cho biết 'gen đó ở đâu?', mà còn giúp xác định 'nó ở vị trí nào?'. Ví dụ, gen ABO quy định nhóm máu ABO của người có 'toạ độ' 9q34.2 (xem chi tiết tại Nhiễm sắc thể số 9).
• Cách này tuân theo danh pháp ISCN (viết tắt từ tiếng Anh: 'International System for Human Cytogenetic Nomenclature', nghĩa là 'hệ thống danh pháp quốc tế về di truyền học tế bào người').

Danh pháp của locus ở người

Ở người, 'ngữ pháp' dùng để chỉ một locus mô tả vị trí cụ thể dựa trên nhuộm băng, với tối đa bốn nhóm kí hiệu theo trình tự từ a đến d, như thể hiện trong bảng dưới đây (nơi 'nhiễm sắc thể' được viết tắt là 'NST').

Ví dụ, gen NF2, liên quan đến bệnh u xơ thần kinh (Neurofibromatosis), có danh pháp locus 22q12.2, nghĩa là:

Nó nằm trên nhiễm sắc thể số 22 của người;

Ở cánh dài q;

Nằm trong dải băng 1, vùng 2, vùng phụ 2 (xem hình 4).

*

Tóm lại, locus là vị trí của đoạn DNA với chức năng di truyền cụ thể trên nhiễm sắc thể.

• Nhiễm sắc thể.
• DNA của sinh vật nhân thực.
• DNA dạng vòng.
• Kiểu nhân đồ.

Liên kết bên ngoài

• Tổng quan tại ornl.gov
• Phân loại và Nomenclature của Chromosome từ NCBI.