Di truyền gene ngoài nhân là một hiện tượng di truyền quan trọng, trong đó các gene nằm ngoài nhân, thường ở ty thể hoặc lục lạp, tham gia vào việc kiểm soát các tính trạng của sinh vật. Không giống như di truyền gene trong nhân, di truyền gene ngoài nhân không tuân theo các quy luật Mendel mà được truyền qua các cơ chế khác, chủ yếu là di truyền theo dòng mẹ.
Ty thể và lục lạp là các bào quan trong tế bào nhân thực có chứa DNA riêng, gọi là DNA ngoài nhân. DNA ty thể có dạng vòng tròn, chứa khoảng 37 gene ở người, mã hóa cho các protein, RNA ribosome và RNA vận chuyển tham gia vào chu trình hô hấp tế bào và quá trình tổng hợp protein. Lục lạp ở thực vật cũng có DNA vòng tròn, chứa các gene liên quan đến quá trình quang hợp và chuyển hóa năng lượng.
DNA ngoài nhân có đặc điểm độc lập tương đối so với DNA nhân. Nó có khả năng tự sao chép và tổng hợp protein thông qua hệ thống riêng biệt. Tuy nhiên, hầu hết các protein cần thiết cho hoạt động của ty thể và lục lạp vẫn được mã hóa bởi các gene trong nhân và được vận chuyển đến các bào quan này.
Di truyền gene ngoài nhân thường được truyền theo dòng mẹ. Trong quá trình thụ tinh, hợp tử nhận phần lớn bào quan từ tế bào trứng, trong khi tinh trùng chỉ đóng góp DNA nhân. Do đó, các gene ngoài nhân chủ yếu được truyền từ mẹ sang con. Hiện tượng này được gọi là di truyền dòng mẹ. Một ví dụ điển hình là sự di truyền của các bệnh lý liên quan đến ty thể ở người, như bệnh thần kinh thị giác Leber (LHON), trong đó các đột biến trong DNA ty thể gây tổn thương dây thần kinh thị giác, dẫn đến mất thị lực.
Một số tính trạng do gene ngoài nhân kiểm soát có thể quan sát được ở thực vật. Ví dụ, màu sắc lá cây có thể bị ảnh hưởng bởi DNA lục lạp. Trong các thí nghiệm với cây hoa bốn giờ (Mirabilis jalapa), khi giao phấn giữa cây lá xanh và cây lá trắng, màu sắc lá cây thế hệ con phụ thuộc hoàn toàn vào cây mẹ, cho thấy sự di truyền theo dòng mẹ của DNA lục lạp.
Đột biến gene ngoài nhân có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng. Ở ty thể, các đột biến này có thể làm giảm hiệu quả của chu trình hô hấp tế bào, dẫn đến thiếu năng lượng và các rối loạn chuyển hóa. Các bệnh liên quan đến DNA ty thể thường ảnh hưởng đến các cơ quan tiêu thụ nhiều năng lượng như não, cơ và tim. Một số bệnh phổ biến do đột biến DNA ty thể bao gồm bệnh cơ ty thể (MELAS) và hội chứng Kearns-Sayre (KSS).
Di truyền gene ngoài nhân có ý nghĩa lớn trong tiến hóa và sinh học phân tử. Ty thể và lục lạp được cho là có nguồn gốc từ các vi khuẩn cổ xưa, sống cộng sinh trong tế bào nhân thực. Giả thuyết này, gọi là thuyết nội cộng sinh, giải thích tại sao các bào quan này lại có DNA riêng và khả năng tự sao chép. Mặc dù phần lớn gene của chúng đã được chuyển vào nhân trong quá trình tiến hóa, sự tồn tại của DNA ngoài nhân vẫn cho thấy vai trò quan trọng của chúng trong sự phát triển và thích nghi của sinh vật.
Hiểu biết về di truyền gene ngoài nhân mang lại nhiều ứng dụng trong y học và nông nghiệp. Trong y học, các nghiên cứu về DNA ty thể giúp chẩn đoán và điều trị các bệnh di truyền liên quan đến ty thể. Liệu pháp thay thế ty thể, còn được gọi là kỹ thuật "ba cha mẹ", đã được phát triển để ngăn ngừa các bệnh di truyền ty thể. Trong nông nghiệp, việc nghiên cứu DNA lục lạp hỗ trợ chọn lọc và cải thiện giống cây trồng, nâng cao khả năng quang hợp và năng suất cây trồng.
Ngoài ra, di truyền gene ngoài nhân còn đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu pháp y và khảo cổ học. DNA ty thể, do có số lượng bản sao lớn trong mỗi tế bào và khả năng tồn tại lâu dài, thường được sử dụng để xác định danh tính cá nhân và truy vết tổ tiên.
Tóm lại, di truyền gene ngoài nhân là một lĩnh vực quan trọng, giúp mở rộng hiểu biết về cơ chế di truyền và vai trò của các bào quan như ty thể và lục lạp. Những kiến thức này không chỉ mang lại giá trị lý thuyết mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong y học, nông nghiệp và khoa học pháp y, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và giải quyết các vấn đề khoa học, xã hội phức tạp.
