ข่าว | การศึกษาเผยว่า ‘โครโมโซมเห็นแก่ตัว’ ยึดกลไกทางพันธุกรรมเพื่อกำจัดอสุจิคู่แข่งอย่างไร
การศึกษาใหม่ที่นำโดย University of Utah เผยกลไกทางพันธุกรรมที่สร้างข้อสงสัยแก่นักชีววิทยาวิวัฒนาการมายาวนานว่า “โครโมโซมเห็นแก่ตัว” ควบคุมกระบวนการสืบพันธุ์เพื่อเพิ่มโอกาสถ่ายทอดตนเองสู่รุ่นถัดไปได้อย่างไร การศึกษาพบว่าโครโมโซมเหล่านี้ยึดใช้ยีนที่เรียกว่า Overdrive (Ovd) เพื่อกำจัดอสุจิคู่แข่ง
ตามปกติ Overdrive ทำหน้าที่ “ควบคุมคุณภาพ” ระหว่างการพัฒนาของอสุจิ โดยตรวจหาและกำจัดเซลล์อสุจิที่ผิดปกติ แต่โครโมโซมเห็นแก่ตัวใช้กลไกนี้กำจัดคู่แข่งที่ปกติ เพื่อเพิ่มโอกาสถ่ายทอดของตนเอง
ผลการศึกษาตีพิมพ์ใน Nature Communications
การถ่ายทอดแบบเบี่ยงเบนทำลายกฎการถ่ายทอด 50%
ตามกฎการถ่ายทอดลักษณะแบบเมนเดล ยีนจากพ่อแม่โดยทั่วไปมีโอกาสประมาณ 50% ที่จะถ่ายทอดสู่ลูก อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี ยีนใช้กลไกพิเศษเพื่อเพิ่มโอกาสการถ่ายทอดของตนเอง
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการถ่ายทอดแบบเบี่ยงเบน
ทีมวิจัยสังเกตพบปรากฏการณ์นี้ในแมลงหวี่สองชนิด แม้ทั้งสองชนิดจะมีโครโมโซมเห็นแก่ตัวที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง แต่ต่างก็ใช้วิถีพันธุกรรมเดียวกัน คือ Overdrive
Jackson Ridges ผู้เขียนคนแรกและนักชีววิทยาจาก University of Utah กล่าวว่า นี่เป็นครั้งแรกที่พบว่าโครโมโซมเห็นแก่ตัวซึ่งวิวัฒนาการอย่างเป็นอิสระต่างอาศัยยีนเดียวกันเพื่อกำจัดเซลล์สืบพันธุ์คู่แข่ง
เขากล่าวว่า “นี่เป็นหลักฐานครั้งแรกที่แสดงว่ายีนเดียวกันมีบทบาทสำคัญในระบบโครโมโซมเห็นแก่ตัวหลายระบบที่เกิดขึ้นอย่างเป็นอิสระ ซึ่งชี้ว่าโครโมโซมต่าง ๆ อาจวิวัฒนาการแยกจากกัน แต่ใช้กลไกระดับเซลล์เดียวกัน”
ตามปกติ Overdrive กำจัดอสุจิที่ผิดปกติ
นักวิจัยพบว่า ตามปกติ Overdrive ทำหน้าที่คล้ายระบบควบคุมคุณภาพระหว่างการพัฒนาของอสุจิ
หากเกิดความผิดปกติระหว่างการสร้างอสุจิ Ovd จะกระตุ้นกลไกที่ป้องกันไม่ให้เซลล์สืบพันธุ์เหล่านั้นพัฒนาต่อ จึงช่วยรักษาคุณภาพของเซลล์สืบพันธุ์
โครโมโซมเห็นแก่ตัวสามารถควบคุมกลไกนี้ให้กำจัดไม่เพียงอสุจิที่ผิดปกติ แต่ยังรวมถึงอสุจิปกติที่มีโครโมโซมอื่นด้วย
จึงทำให้อสุจิที่มีโครโมโซมเห็นแก่ตัวได้เปรียบในการแข่งขัน และเพิ่มโอกาสที่โครโมโซมดังกล่าวจะถ่ายทอดสู่รุ่นถัดไป
การทดลองตัดยีนเผยบทบาทสำคัญ
เพื่อทดสอบบทบาทของ Ovd ทีมวิจัยทดลองตัดยีนใน Drosophila pseudoobscura และ Drosophila melanogaster
นักวิจัยลบ Ovd และสังเกตผลต่อการสืบพันธุ์ ที่น่าประหลาดใจคือ แมลงหวี่ยังคงสร้างอสุจิได้เกือบเป็นปกติแม้ไม่มียีนนี้
ผลนี้ชี้ว่า Ovd ไม่จำเป็นต่อการสร้างอสุจิ แต่น่าจะทำหน้าที่ควบคุมคุณภาพ
นักวิจัยเปรียบเทียบกลไกนี้กับยีนกดการเกิดเนื้องอก P53 ที่เป็นที่รู้จักกันดี ตามปกติ P53 ป้องกันการเพิ่มจำนวนเซลล์มากเกินไป แต่เมื่อไม่มีความเสียหายของ DNA เซลล์สามารถอยู่รอดได้แม้ไม่มียีนนี้
ทีมจึงตั้งสมมติฐานว่า Ovd อาจทำงานเฉพาะเมื่อตรวจพบความผิดปกติ
การทดลองด้วยความร้อนยืนยันหน้าที่ควบคุมคุณภาพ
เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ นักวิจัยใช้ปรากฏการณ์ที่ทราบกันดีในการสืบพันธุ์ของแมลงหวี่ คือแมลงหวี่เพศผู้มักเป็นหมันเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 31°C แม้สาเหตุจะยังไม่ชัดเจน
นักวิจัยเลี้ยงแมลงหวี่ปกติและแมลงหวี่ที่ไม่มี Ovd ในอุณหภูมิสูงเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์
แมลงหวี่ปกติเป็นหมันโดยสมบูรณ์ ขณะที่แมลงหวี่ที่ไม่มี Ovd ยังให้กำเนิดลูกได้
ทีมวิจัยอนุมานว่า เมื่ออยู่ภายใต้ความเครียด เช่น อุณหภูมิสูง Ovd จะขัดขวางการพัฒนาของอสุจิที่อาจเสียหาย จึงช่วยหลีกเลี่ยงการสร้างเซลล์สืบพันธุ์คุณภาพต่ำ
Nitin Phadnis ผู้เขียนร่วมและรองศาสตราจารย์จาก University of Utah กล่าวว่า “ผลนี้ทำให้เกือบแน่ชัดว่าหน้าที่ตามปกติของ Overdrive คือป้องกันการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่ผิดปกติ เมื่อเรานำ ‘ตัวขัดขวาง’ นี้ออก พฤติกรรมของโครโมโซมเห็นแก่ตัวก็หายไปด้วย”
นักวิจัยเน้นว่า Overdrive ไม่ใช่ “ยีนเห็นแก่ตัว” แต่เป็นระบบควบคุมคุณภาพการสืบพันธุ์ที่ถูกโครโมโซมเห็นแก่ตัวนำไปใช้
อาจให้เบาะแสเกี่ยวกับภาวะมีบุตรยากและวิวัฒนาการของสปีชีส์
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบการถ่ายทอดแบบเบี่ยงเบนครั้งแรกในแมลงหวี่ Drosophila obscura ช่วงทศวรรษ 1920 นับแต่นั้นพบกลไกคล้ายกันทั่วอาณาจักรสัตว์ ตั้งแต่หนอนตัวกลมจนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่พื้นฐานระดับโมเลกุลยังไม่ชัดเจน
แม้ยังไม่พบระบบพันธุกรรมที่เหมือนกันในมนุษย์ แต่นักวิจัยเชื่อว่ามนุษย์อาจมีกลไกควบคุมคุณภาพการสืบพันธุ์ที่คล้ายกัน โดยใช้เครื่องมือระดับโมเลกุลต่างชนิด
ทีมวิจัยกล่าวว่า การค้นพบนี้อาจให้เบาะแสใหม่เกี่ยวกับกลไกทางพันธุกรรมของภาวะมีบุตรยากในผู้ชายและการแยกกันทางการสืบพันธุ์ระหว่างสปีชีส์
Phadnis ระบุว่า นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายมายาวนานว่ายีนเห็นแก่ตัวทำให้เกิดภาวะมีบุตรยากและผลักดันการเกิดสปีชีส์ใหม่ได้อย่างไร การศึกษา Overdrive อย่างลึกซึ้งจึงเปิดแนวทางใหม่
การศึกษาในอนาคตจะสำรวจกลไกคล้ายกันในสปีชีส์อื่น
ทีมวางแผนตัดยีน Overdrive ในแมลงหวี่ชนิดอื่นเพิ่มเติม เพื่อประเมินว่าโครโมโซมเห็นแก่ตัวอื่นใช้ระบบควบคุมคุณภาพนี้ด้วยหรือไม่
นักวิจัยยังวางแผนศึกษาว่ามีการถ่ายทอดแบบเบี่ยงเบนที่คล้ายกันในสายวิวัฒนาการของมนุษย์หรือไม่
ทีมกล่าวว่า ความเข้าใจที่ลึกซึ้งขึ้นเกี่ยวกับ “การแข่งขันภายใน” ทางพันธุกรรมนี้อาจเผยความขัดแย้งทางพันธุกรรมในวิวัฒนาการ และส่งเสริมความก้าวหน้าด้านชีววิทยาการสืบพันธุ์และพันธุศาสตร์
แหล่งที่มาของเรื่อง:
รวบรวมจากแหล่งข้อมูลออนไลน์
เมื่อส่งแบบฟอร์ม คุณยอมรับ นโยบายความเป็นส่วนตัว เพื่อให้เราประมวลผลข้อมูลติดต่อและข้อมูลคำปรึกษาที่คุณให้ไว้ และยอมรับ ข้อกำหนดในการให้บริการ และยินยอมให้เราติดต่อคุณเกี่ยวกับการสอบถามนี้
ข่าว | การศึกษาเผยว่า ‘โครโมโซมเห็นแก่ตัว’ ยึดกลไกทางพันธุกรรมเพื่อกำจัดอสุจิคู่แข่งอย่างไร
ข่าว | การศึกษาเผยว่า ‘โครโมโซมเห็นแก่ตัว’ ยึดกลไกทางพันธุกรรมเพื่อกำจัดอสุจิคู่แข่งอย่างไร
การศึกษาใหม่ที่นำโดย University of Utah เผยกลไกทางพันธุกรรมที่สร้างข้อสงสัยแก่นักชีววิทยาวิวัฒนาการมายาวนานว่า “โครโมโซมเห็นแก่ตัว” ควบคุมกระบวนการสืบพันธุ์เพื่อเพิ่มโอกาสถ่ายทอดตนเองสู่รุ่นถัดไปได้อย่างไร การศึกษาพบว่าโครโมโซมเหล่านี้ยึดใช้ยีนที่เรียกว่า Overdrive (Ovd) เพื่อกำจัดอสุจิคู่แข่ง
ตามปกติ Overdrive ทำหน้าที่ “ควบคุมคุณภาพ” ระหว่างการพัฒนาของอสุจิ โดยตรวจหาและกำจัดเซลล์อสุจิที่ผิดปกติ แต่โครโมโซมเห็นแก่ตัวใช้กลไกนี้กำจัดคู่แข่งที่ปกติ เพื่อเพิ่มโอกาสถ่ายทอดของตนเอง
ผลการศึกษาตีพิมพ์ใน Nature Communications
การถ่ายทอดแบบเบี่ยงเบนทำลายกฎการถ่ายทอด 50%
ตามกฎการถ่ายทอดลักษณะแบบเมนเดล ยีนจากพ่อแม่โดยทั่วไปมีโอกาสประมาณ 50% ที่จะถ่ายทอดสู่ลูก อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี ยีนใช้กลไกพิเศษเพื่อเพิ่มโอกาสการถ่ายทอดของตนเอง
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการถ่ายทอดแบบเบี่ยงเบน
ทีมวิจัยสังเกตพบปรากฏการณ์นี้ในแมลงหวี่สองชนิด แม้ทั้งสองชนิดจะมีโครโมโซมเห็นแก่ตัวที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง แต่ต่างก็ใช้วิถีพันธุกรรมเดียวกัน คือ Overdrive
Jackson Ridges ผู้เขียนคนแรกและนักชีววิทยาจาก University of Utah กล่าวว่า นี่เป็นครั้งแรกที่พบว่าโครโมโซมเห็นแก่ตัวซึ่งวิวัฒนาการอย่างเป็นอิสระต่างอาศัยยีนเดียวกันเพื่อกำจัดเซลล์สืบพันธุ์คู่แข่ง
เขากล่าวว่า “นี่เป็นหลักฐานครั้งแรกที่แสดงว่ายีนเดียวกันมีบทบาทสำคัญในระบบโครโมโซมเห็นแก่ตัวหลายระบบที่เกิดขึ้นอย่างเป็นอิสระ ซึ่งชี้ว่าโครโมโซมต่าง ๆ อาจวิวัฒนาการแยกจากกัน แต่ใช้กลไกระดับเซลล์เดียวกัน”
ตามปกติ Overdrive กำจัดอสุจิที่ผิดปกติ
นักวิจัยพบว่า ตามปกติ Overdrive ทำหน้าที่คล้ายระบบควบคุมคุณภาพระหว่างการพัฒนาของอสุจิ
หากเกิดความผิดปกติระหว่างการสร้างอสุจิ Ovd จะกระตุ้นกลไกที่ป้องกันไม่ให้เซลล์สืบพันธุ์เหล่านั้นพัฒนาต่อ จึงช่วยรักษาคุณภาพของเซลล์สืบพันธุ์
โครโมโซมเห็นแก่ตัวสามารถควบคุมกลไกนี้ให้กำจัดไม่เพียงอสุจิที่ผิดปกติ แต่ยังรวมถึงอสุจิปกติที่มีโครโมโซมอื่นด้วย
จึงทำให้อสุจิที่มีโครโมโซมเห็นแก่ตัวได้เปรียบในการแข่งขัน และเพิ่มโอกาสที่โครโมโซมดังกล่าวจะถ่ายทอดสู่รุ่นถัดไป
การทดลองตัดยีนเผยบทบาทสำคัญ
เพื่อทดสอบบทบาทของ Ovd ทีมวิจัยทดลองตัดยีนใน Drosophila pseudoobscura และ Drosophila melanogaster
นักวิจัยลบ Ovd และสังเกตผลต่อการสืบพันธุ์ ที่น่าประหลาดใจคือ แมลงหวี่ยังคงสร้างอสุจิได้เกือบเป็นปกติแม้ไม่มียีนนี้
ผลนี้ชี้ว่า Ovd ไม่จำเป็นต่อการสร้างอสุจิ แต่น่าจะทำหน้าที่ควบคุมคุณภาพ
นักวิจัยเปรียบเทียบกลไกนี้กับยีนกดการเกิดเนื้องอก P53 ที่เป็นที่รู้จักกันดี ตามปกติ P53 ป้องกันการเพิ่มจำนวนเซลล์มากเกินไป แต่เมื่อไม่มีความเสียหายของ DNA เซลล์สามารถอยู่รอดได้แม้ไม่มียีนนี้
ทีมจึงตั้งสมมติฐานว่า Ovd อาจทำงานเฉพาะเมื่อตรวจพบความผิดปกติ
การทดลองด้วยความร้อนยืนยันหน้าที่ควบคุมคุณภาพ
เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ นักวิจัยใช้ปรากฏการณ์ที่ทราบกันดีในการสืบพันธุ์ของแมลงหวี่ คือแมลงหวี่เพศผู้มักเป็นหมันเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 31°C แม้สาเหตุจะยังไม่ชัดเจน
นักวิจัยเลี้ยงแมลงหวี่ปกติและแมลงหวี่ที่ไม่มี Ovd ในอุณหภูมิสูงเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์
แมลงหวี่ปกติเป็นหมันโดยสมบูรณ์ ขณะที่แมลงหวี่ที่ไม่มี Ovd ยังให้กำเนิดลูกได้
ทีมวิจัยอนุมานว่า เมื่ออยู่ภายใต้ความเครียด เช่น อุณหภูมิสูง Ovd จะขัดขวางการพัฒนาของอสุจิที่อาจเสียหาย จึงช่วยหลีกเลี่ยงการสร้างเซลล์สืบพันธุ์คุณภาพต่ำ
Nitin Phadnis ผู้เขียนร่วมและรองศาสตราจารย์จาก University of Utah กล่าวว่า “ผลนี้ทำให้เกือบแน่ชัดว่าหน้าที่ตามปกติของ Overdrive คือป้องกันการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่ผิดปกติ เมื่อเรานำ ‘ตัวขัดขวาง’ นี้ออก พฤติกรรมของโครโมโซมเห็นแก่ตัวก็หายไปด้วย”
นักวิจัยเน้นว่า Overdrive ไม่ใช่ “ยีนเห็นแก่ตัว” แต่เป็นระบบควบคุมคุณภาพการสืบพันธุ์ที่ถูกโครโมโซมเห็นแก่ตัวนำไปใช้
อาจให้เบาะแสเกี่ยวกับภาวะมีบุตรยากและวิวัฒนาการของสปีชีส์
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบการถ่ายทอดแบบเบี่ยงเบนครั้งแรกในแมลงหวี่ Drosophila obscura ช่วงทศวรรษ 1920 นับแต่นั้นพบกลไกคล้ายกันทั่วอาณาจักรสัตว์ ตั้งแต่หนอนตัวกลมจนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่พื้นฐานระดับโมเลกุลยังไม่ชัดเจน
แม้ยังไม่พบระบบพันธุกรรมที่เหมือนกันในมนุษย์ แต่นักวิจัยเชื่อว่ามนุษย์อาจมีกลไกควบคุมคุณภาพการสืบพันธุ์ที่คล้ายกัน โดยใช้เครื่องมือระดับโมเลกุลต่างชนิด
ทีมวิจัยกล่าวว่า การค้นพบนี้อาจให้เบาะแสใหม่เกี่ยวกับกลไกทางพันธุกรรมของภาวะมีบุตรยากในผู้ชายและการแยกกันทางการสืบพันธุ์ระหว่างสปีชีส์
Phadnis ระบุว่า นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายมายาวนานว่ายีนเห็นแก่ตัวทำให้เกิดภาวะมีบุตรยากและผลักดันการเกิดสปีชีส์ใหม่ได้อย่างไร การศึกษา Overdrive อย่างลึกซึ้งจึงเปิดแนวทางใหม่
การศึกษาในอนาคตจะสำรวจกลไกคล้ายกันในสปีชีส์อื่น
ทีมวางแผนตัดยีน Overdrive ในแมลงหวี่ชนิดอื่นเพิ่มเติม เพื่อประเมินว่าโครโมโซมเห็นแก่ตัวอื่นใช้ระบบควบคุมคุณภาพนี้ด้วยหรือไม่
นักวิจัยยังวางแผนศึกษาว่ามีการถ่ายทอดแบบเบี่ยงเบนที่คล้ายกันในสายวิวัฒนาการของมนุษย์หรือไม่
ทีมกล่าวว่า ความเข้าใจที่ลึกซึ้งขึ้นเกี่ยวกับ “การแข่งขันภายใน” ทางพันธุกรรมนี้อาจเผยความขัดแย้งทางพันธุกรรมในวิวัฒนาการ และส่งเสริมความก้าวหน้าด้านชีววิทยาการสืบพันธุ์และพันธุศาสตร์
แหล่งที่มาของเรื่อง:
รวบรวมจากแหล่งข้อมูลออนไลน์