Sự tiến hóa của một nhiễm sắc thể giới tính

Trong nghiên cứu tiến hóa đầu tiên về nhiễm sắc thể quyết định giới tính nữ tại trường Đại học California, Barkeley, nhà sinh học Doris Bachtrog và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng lịch sử của nhiễm sắc thể X cũng thú vị như của nhiễm sắc thể Y vốn lâu nay vẫn được quan tâm nghiên cứu, và cũng từ đó đưa ra những gợi ý quan trọng xác định nguồn gốc và lợi ích của sinh sản hữu tính....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự tiến hóa của một nhiễm sắc thể giới tính Câu chuyện nhiễm sắc thể X: Sự tiến hóa của một nhiễm sắc thể giới tínhHãy tạm quên đi nhiễm sắc thể Y – đã đến lúc nói về nhiễm sắc thể X.Trong nghiên cứu tiến hóa đầu tiên về nhiễm sắc thể quyết định giới tính nữ tại trườngĐại học California, Barkeley, nhà sinh học Doris Bachtrog và các đồng nghiệp đã chỉ rarằng lịch sử của nhiễm sắc thể X cũng thú vị như của nhiễm sắc thể Y vốn lâu nay vẫnđược quan tâm nghiên cứu, và cũng từ đó đưa ra những gợi ý quan trọng xác địnhnguồn gốc và lợi ích của sinh sản hữu tính.Bà Bachtrog, trợ giảng của môn sinh học hợp nhất, thành viên Trung tâm nghiên cứu củaĐại học Berkeley về Lý thuyết Hệ Gien Tiến hóa, cho biết “Trái với quan điểm truyềnthống vẫn cho rằng nhiễm sắc thể X chỉ là một nhân tố thụ động, thực ra X đóng vai tròtích cực trong quá trình tiến hóa của sự phân hóa nhiễm sắc thể giới tính.”Bachtrog cùng với tiến sĩ Jeffrey D. Jensen tại đại học UC Berkeley và tiến sĩ Zhi Zhangtrước kia thuộc đại học UC San Diego, nay thuộc đại học Munich, đã mô tả những pháthiện của họ trong ấn bản tuần này của tờ PLoS Biology.“Trong bản thảo, chúng tôi lần đầu tiên mô tả một mặt khác của sự tiến hóa nhiễm sắcthể giới tính: Nhiễm sắc thể X đã trải qua những giai đoạn thay đổi sâu sắc trong quátrình tiến hóa để tạo ra những bộ phận gien mới làm chủ quá trình phân giới tính ở nhiềuloài, bao gồm cả loài người chúng ta,” bà nói.Không phải tất cả các loài động thực vật đều nhờ đến gien để quyết định một phôi mầmsẽ phát triển thành cá thể đực hay cá thể cái. Ví dụ, nhiều loài bò sát lại dựa vào các yếutố môi trường như nhiệt độ để hình thành giới tính của phôi.Nhưng ở các loài có một cặp nhiễm sắc thể xác định giới tính – từ loài ruồi giấm cho đếncác loài động vật có vú và một số loài thực vật – hai nhiễm sắc thể X di truyền từ cơ thểmẹ trông gần giống như các nhiễm sắc thể thường, Bachtrog cho biết. Tuy nhiên, nhiễmsắc thể Y di truyền từ cơ thể bố sau này kết hợp với một nhiễm sắc thể X, thực ra làmột dạng teo nhỏ cua nhiễm sắc thể X khi đã mất đi nhiều gien vì không được kếthợp với nhiễm sắc thể X kia.Ở các loài động vật có vú, điều này diễn ra khoảng 150 triệu năm trước, trong khi ởloài ruồi giấm Drosophila melanogaster, một loài thường được dùng trong nhiều thínghiệm, các nhiễm sắc thể giới tính bắt đầu phân chia thành 2 loại khoảng 100 triệunăm trước. Ở cả người và ruồi giấm, nhiễm sắc thể Y đã thu nhỏ lại từ một vài nghìngien xuống còn vài chục gien.Câu hỏi được quan tâm là tại sao, và như thế nào mà nhiễm sắc thể Y lại mất các gien khinó ngừng tương tác với nhiễm sắc thể X. Các nhà khoa học đã tìm ra rằng, cặp XY ở cáthể đực là cặp nhiễm sắc thể duy nhất không tách ra và tái kết hợp lại mỗi khi tế bào phânchia, do đó nó không thể có được lợi thế là các đột biến gien có hại sẽ bị loại bỏ. Trongkhi cặp XX ở cá thể cái tách ra và tái tổ hợp lại thì cách duy nhất để cặp XY loại bỏ cácđột biến có hại trong một gien là ngừng hoạt động hoặc xóa bỏ toàn bộ gien. Trải quanhiều triệu năm, các gien bị ngừng lại đã biến mất, và nhiễm sắc thể Y teo lại.“Nếu không có sự tái tổ hợp, chọn lọc tự nhiên sẽ kém hiệu quả hơn trong việc loại bỏcác gien bất lợi,” Bachtrog nói. “Y là một nhiễm sắc thể vô tính, và nó phải trả giá chođiều đó bằng việc mất đi các gien.” Bachtrog đã dành gần như cả sự nghiệp nghiên cứuvề sự thoái hóa của nhiễm sắc thể Y, quyết định chuyển sang tập trung nghiên cứu nhiễmsắc thể X từ một vài năm trở lại đây, và bắt tay vào nghiên cứu các cặp nhiễm sắc thể chỉmới xuất hiện, đang trong quá trình thích ứng với vai trò mới của chúng. Các tài liệu bàviết chủ yếu xoanh quanh nghiên cứu 3 nhiễm sắc thể giới tính ở một loài ruồi giấmmiền tây hiếm gặp có tên Drosophila Miranda, một loài họ hàng có màu đậm hơnloài D. melanogaster. (Nhiều sinh vật có nhiều hơn một cặp nhiễm sắc thể giới tính; vídụ, loài thú mỏ vịt có 5 cặp, tất cả các cặp đều được di truyền cùng nhau.) Nhiễm sắc thể X mới (ảnh trên) và nhiễm sắc thể Y mới của loài ruồi giấm Drosophila Miranda, cho thấy nhiễm sắc thể Y đã teo lại như thế nào qua quá trình mất dần gien. Nhiễm sắc thể X vẫn giữ nguyên kích thước như các nhiễm sắc thể thường ở loài ruồi, mặc dù các gien của nó cũng trải qua quá trình thích nghi với sự thoái hóa của nhiễm sắc thể Y. (Ảnh: Doris Bachtrog/ trường Đại học UC Berkeley)Một trong số các nhiễm sắc thể giới tính của loài D. Miranda được truyền lại từ nhiễmsắc thể giới tính gốc xuất hiện ở loài Drosophila gần 100 triệu năm trước, trong khinhiễm sắc thể thứ hai hình thành cách đây khoảng 10 triệu năm, và nhiễm sắc thể thứ 3bắt đầu xuất hiện 1 triệu năm về trước. Hai nhiễm sắc thể có trước nhìn khá giống nhau,Bachtrog nói: Nhiễm sắc thể Y ở mỗi cặp đã bị mất các gien và biến đổi về hình dáng,trong khi hai nhiễm sắc thể X hoàn toàn giống hệt nhau.Nhiễm sắc thể t ...