Tin tức | Nghiên cứu hé lộ cách “nhiễm sắc thể ích kỷ” chiếm quyền kiểm soát cơ chế di truyền để loại bỏ tinh trùng cạnh tranh
Một nghiên cứu mới do Đại học Utah dẫn đầu đã phát hiện một cơ chế di truyền từ lâu khiến các nhà sinh học tiến hóa băn khoăn: cách “nhiễm sắc thể ích kỷ” thao túng quá trình sinh sản để tăng khả năng được truyền sang thế hệ tiếp theo. Nghiên cứu cho thấy các nhiễm sắc thể này chiếm quyền kiểm soát một gen có tên Overdrive (Ovd) để loại bỏ những tinh trùng cạnh tranh.
Thông thường, Overdrive thực hiện “kiểm soát chất lượng” trong quá trình phát triển tinh trùng bằng cách nhận diện và loại bỏ các tế bào tinh trùng bất thường. Nhiễm sắc thể ích kỷ khai thác cơ chế này để loại bỏ các đối thủ khỏe mạnh và tăng cơ hội được di truyền của chính chúng.
Các phát hiện này đã được công bố trên Nature Communications.
Biến dạng phân ly phá vỡ quy luật di truyền 50%
Theo quy luật di truyền Mendel, các gen của bố mẹ thường có khoảng 50% khả năng được truyền cho con. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các gen sử dụng những cơ chế đặc biệt để tăng cơ hội được di truyền.
Hiện tượng này được gọi là biến dạng phân ly.
Nhóm nghiên cứu quan sát thấy hiện tượng này ở hai loài ruồi giấm. Mặc dù hai loài mang những nhiễm sắc thể ích kỷ hoàn toàn khác nhau, cả hai đều khai thác cùng một con đường di truyền—Overdrive.
Jackson Ridges, tác giả thứ nhất và nhà sinh học tại Đại học Utah, cho biết đây là phát hiện đầu tiên cho thấy các nhiễm sắc thể ích kỷ tiến hóa độc lập dựa vào cùng một gen để loại bỏ các giao tử cạnh tranh.
Ông cho biết: “Đây là minh chứng đầu tiên cho thấy cùng một gen đóng vai trò then chốt trong nhiều hệ thống nhiễm sắc thể ích kỷ tiến hóa độc lập. Điều này cho thấy các nhiễm sắc thể khác nhau có thể tiến hóa độc lập nhưng cùng khai thác một cơ chế tế bào.”
Overdrive thường loại bỏ tinh trùng bất thường
Các nhà nghiên cứu phát hiện Overdrive thường hoạt động như một hệ thống kiểm soát chất lượng trong quá trình phát triển tinh trùng.
Nếu xuất hiện bất thường trong quá trình hình thành tinh trùng, Ovd sẽ kích hoạt một cơ chế ngăn các giao tử đó tiếp tục phát triển, giúp duy trì chất lượng tế bào mầm.
Nhiễm sắc thể ích kỷ có thể thao túng cơ chế này để nó loại bỏ không chỉ tinh trùng bất thường mà cả tinh trùng bình thường mang các nhiễm sắc thể khác.
Điều này mang lại lợi thế cạnh tranh cho những tinh trùng mang nhiễm sắc thể ích kỷ và khiến nhiễm sắc thể này có nhiều khả năng được truyền sang thế hệ tiếp theo hơn.
Thí nghiệm loại bỏ gen cho thấy vai trò then chốt của gen này
Để kiểm tra vai trò của Ovd, nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm loại bỏ gen ở Drosophila pseudoobscura và Drosophila melanogaster.
Họ loại bỏ Ovd và quan sát ảnh hưởng đến khả năng sinh sản. Điều đáng ngạc nhiên là những con ruồi này vẫn tạo ra tinh trùng gần như bình thường khi không có gen này.
Điều này cho thấy Ovd không thiết yếu đối với quá trình hình thành tinh trùng mà nhiều khả năng thực hiện chức năng kiểm soát chất lượng.
Các nhà nghiên cứu so sánh cơ chế này với gen ức chế khối u nổi tiếng P53. P53 thường ngăn chặn sự tăng sinh tế bào quá mức, nhưng khi không có tổn thương DNA, các tế bào vẫn có thể sống mà không cần gen này.
Vì vậy, nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng Ovd chỉ hoạt động khi phát hiện bất thường.
Thí nghiệm nhiệt xác nhận chức năng kiểm soát chất lượng
Để kiểm tra giả thuyết này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một hiện tượng đã biết trong sinh sản của ruồi giấm: ruồi đực thường trở nên vô sinh ở nhiệt độ trên 31°C, dù nguyên nhân vẫn chưa rõ.
Ruồi bình thường và ruồi thiếu Ovd được duy trì ở nhiệt độ cao trong một tuần.
Ruồi bình thường trở nên vô sinh hoàn toàn, trong khi ruồi thiếu Ovd vẫn sinh ra con.
Nhóm nghiên cứu suy luận rằng dưới tác động của các yếu tố gây stress như nhiệt độ cao, Ovd ngăn tinh trùng có khả năng bị tổn thương phát triển, qua đó tránh tạo ra các giao tử kém chất lượng.
Nitin Phadnis, đồng tác giả và phó giáo sư tại Đại học Utah, cho biết: “Kết quả này gần như khẳng định chức năng bình thường của Overdrive là ngăn tạo ra các giao tử bất thường. Khi loại bỏ ‘nút chặn’ này, hoạt động của các nhiễm sắc thể ích kỷ cũng biến mất.”
Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng bản thân Overdrive không phải là một “gen ích kỷ”, mà là một hệ thống kiểm soát chất lượng sinh sản bị các nhiễm sắc thể ích kỷ khai thác.
Manh mối tiềm năng về vô sinh và tiến hóa loài
Các nhà khoa học lần đầu phát hiện biến dạng phân ly ở ruồi giấm Drosophila obscura vào 1920s. Những cơ chế tương tự sau đó được tìm thấy trên khắp giới động vật, từ giun tròn đến động vật có vú, nhưng cơ sở phân tử của chúng vẫn chưa rõ ràng.
Mặc dù chưa xác định được hệ thống di truyền giống hệt ở người, các nhà nghiên cứu cho rằng con người có thể có những cơ chế kiểm soát chất lượng sinh sản tương tự, với sự tham gia của các công cụ phân tử khác nhau.
Nhóm nghiên cứu cho biết phát hiện này có thể cung cấp những manh mối mới về cơ chế di truyền gây vô sinh nam và sự cách ly sinh sản giữa các loài.
Phadnis lưu ý rằng các nhà khoa học từ lâu đã tìm cách giải thích cách các gen ích kỷ gây vô sinh và thúc đẩy quá trình hình thành loài; việc nghiên cứu sâu hơn về Overdrive mở ra một hướng đi mới.
Các nghiên cứu tương lai sẽ tìm hiểu những cơ chế tương tự ở nhiều loài hơn
Nhóm nghiên cứu dự định loại bỏ Overdrive ở nhiều loài ruồi giấm hơn để đánh giá liệu các nhiễm sắc thể ích kỷ khác cũng khai thác hệ thống kiểm soát chất lượng này hay không.
Các nhà nghiên cứu cũng dự định tìm hiểu liệu hiện tượng biến dạng phân ly tương tự có tồn tại trong dòng tiến hóa của loài người hay không.
Họ cho biết hiểu biết sâu hơn về “sự cạnh tranh nội tại” này trong di truyền có thể làm sáng tỏ xung đột di truyền trong tiến hóa và thúc đẩy sinh học sinh sản cũng như di truyền học.
Tin tức | Nghiên cứu tiết lộ cách “nhiễm sắc thể ích kỷ” chiếm quyền kiểm soát các cơ chế di truyền để loại bỏ tinh trùng cạnh tranh
Tin tức | Nghiên cứu hé lộ cách “nhiễm sắc thể ích kỷ” chiếm quyền kiểm soát cơ chế di truyền để loại bỏ tinh trùng cạnh tranh
Một nghiên cứu mới do Đại học Utah dẫn đầu đã phát hiện một cơ chế di truyền từ lâu khiến các nhà sinh học tiến hóa băn khoăn: cách “nhiễm sắc thể ích kỷ” thao túng quá trình sinh sản để tăng khả năng được truyền sang thế hệ tiếp theo. Nghiên cứu cho thấy các nhiễm sắc thể này chiếm quyền kiểm soát một gen có tên Overdrive (Ovd) để loại bỏ những tinh trùng cạnh tranh.
Thông thường, Overdrive thực hiện “kiểm soát chất lượng” trong quá trình phát triển tinh trùng bằng cách nhận diện và loại bỏ các tế bào tinh trùng bất thường. Nhiễm sắc thể ích kỷ khai thác cơ chế này để loại bỏ các đối thủ khỏe mạnh và tăng cơ hội được di truyền của chính chúng.
Các phát hiện này đã được công bố trên Nature Communications.
Biến dạng phân ly phá vỡ quy luật di truyền 50%
Theo quy luật di truyền Mendel, các gen của bố mẹ thường có khoảng 50% khả năng được truyền cho con. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các gen sử dụng những cơ chế đặc biệt để tăng cơ hội được di truyền.
Hiện tượng này được gọi là biến dạng phân ly.
Nhóm nghiên cứu quan sát thấy hiện tượng này ở hai loài ruồi giấm. Mặc dù hai loài mang những nhiễm sắc thể ích kỷ hoàn toàn khác nhau, cả hai đều khai thác cùng một con đường di truyền—Overdrive.
Jackson Ridges, tác giả thứ nhất và nhà sinh học tại Đại học Utah, cho biết đây là phát hiện đầu tiên cho thấy các nhiễm sắc thể ích kỷ tiến hóa độc lập dựa vào cùng một gen để loại bỏ các giao tử cạnh tranh.
Ông cho biết: “Đây là minh chứng đầu tiên cho thấy cùng một gen đóng vai trò then chốt trong nhiều hệ thống nhiễm sắc thể ích kỷ tiến hóa độc lập. Điều này cho thấy các nhiễm sắc thể khác nhau có thể tiến hóa độc lập nhưng cùng khai thác một cơ chế tế bào.”
Overdrive thường loại bỏ tinh trùng bất thường
Các nhà nghiên cứu phát hiện Overdrive thường hoạt động như một hệ thống kiểm soát chất lượng trong quá trình phát triển tinh trùng.
Nếu xuất hiện bất thường trong quá trình hình thành tinh trùng, Ovd sẽ kích hoạt một cơ chế ngăn các giao tử đó tiếp tục phát triển, giúp duy trì chất lượng tế bào mầm.
Nhiễm sắc thể ích kỷ có thể thao túng cơ chế này để nó loại bỏ không chỉ tinh trùng bất thường mà cả tinh trùng bình thường mang các nhiễm sắc thể khác.
Điều này mang lại lợi thế cạnh tranh cho những tinh trùng mang nhiễm sắc thể ích kỷ và khiến nhiễm sắc thể này có nhiều khả năng được truyền sang thế hệ tiếp theo hơn.
Thí nghiệm loại bỏ gen cho thấy vai trò then chốt của gen này
Để kiểm tra vai trò của Ovd, nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm loại bỏ gen ở Drosophila pseudoobscura và Drosophila melanogaster.
Họ loại bỏ Ovd và quan sát ảnh hưởng đến khả năng sinh sản. Điều đáng ngạc nhiên là những con ruồi này vẫn tạo ra tinh trùng gần như bình thường khi không có gen này.
Điều này cho thấy Ovd không thiết yếu đối với quá trình hình thành tinh trùng mà nhiều khả năng thực hiện chức năng kiểm soát chất lượng.
Các nhà nghiên cứu so sánh cơ chế này với gen ức chế khối u nổi tiếng P53. P53 thường ngăn chặn sự tăng sinh tế bào quá mức, nhưng khi không có tổn thương DNA, các tế bào vẫn có thể sống mà không cần gen này.
Vì vậy, nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng Ovd chỉ hoạt động khi phát hiện bất thường.
Thí nghiệm nhiệt xác nhận chức năng kiểm soát chất lượng
Để kiểm tra giả thuyết này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một hiện tượng đã biết trong sinh sản của ruồi giấm: ruồi đực thường trở nên vô sinh ở nhiệt độ trên 31°C, dù nguyên nhân vẫn chưa rõ.
Ruồi bình thường và ruồi thiếu Ovd được duy trì ở nhiệt độ cao trong một tuần.
Ruồi bình thường trở nên vô sinh hoàn toàn, trong khi ruồi thiếu Ovd vẫn sinh ra con.
Nhóm nghiên cứu suy luận rằng dưới tác động của các yếu tố gây stress như nhiệt độ cao, Ovd ngăn tinh trùng có khả năng bị tổn thương phát triển, qua đó tránh tạo ra các giao tử kém chất lượng.
Nitin Phadnis, đồng tác giả và phó giáo sư tại Đại học Utah, cho biết: “Kết quả này gần như khẳng định chức năng bình thường của Overdrive là ngăn tạo ra các giao tử bất thường. Khi loại bỏ ‘nút chặn’ này, hoạt động của các nhiễm sắc thể ích kỷ cũng biến mất.”
Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng bản thân Overdrive không phải là một “gen ích kỷ”, mà là một hệ thống kiểm soát chất lượng sinh sản bị các nhiễm sắc thể ích kỷ khai thác.
Manh mối tiềm năng về vô sinh và tiến hóa loài
Các nhà khoa học lần đầu phát hiện biến dạng phân ly ở ruồi giấm Drosophila obscura vào 1920s. Những cơ chế tương tự sau đó được tìm thấy trên khắp giới động vật, từ giun tròn đến động vật có vú, nhưng cơ sở phân tử của chúng vẫn chưa rõ ràng.
Mặc dù chưa xác định được hệ thống di truyền giống hệt ở người, các nhà nghiên cứu cho rằng con người có thể có những cơ chế kiểm soát chất lượng sinh sản tương tự, với sự tham gia của các công cụ phân tử khác nhau.
Nhóm nghiên cứu cho biết phát hiện này có thể cung cấp những manh mối mới về cơ chế di truyền gây vô sinh nam và sự cách ly sinh sản giữa các loài.
Phadnis lưu ý rằng các nhà khoa học từ lâu đã tìm cách giải thích cách các gen ích kỷ gây vô sinh và thúc đẩy quá trình hình thành loài; việc nghiên cứu sâu hơn về Overdrive mở ra một hướng đi mới.
Các nghiên cứu tương lai sẽ tìm hiểu những cơ chế tương tự ở nhiều loài hơn
Nhóm nghiên cứu dự định loại bỏ Overdrive ở nhiều loài ruồi giấm hơn để đánh giá liệu các nhiễm sắc thể ích kỷ khác cũng khai thác hệ thống kiểm soát chất lượng này hay không.
Các nhà nghiên cứu cũng dự định tìm hiểu liệu hiện tượng biến dạng phân ly tương tự có tồn tại trong dòng tiến hóa của loài người hay không.
Họ cho biết hiểu biết sâu hơn về “sự cạnh tranh nội tại” này trong di truyền có thể làm sáng tỏ xung đột di truyền trong tiến hóa và thúc đẩy sinh học sinh sản cũng như di truyền học.
Nguồn bài viết:
Tổng hợp trực tuyến