Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Hiểu được cơ sở vật chất của quá trình tiến hóa thích nghi là mục tiêu chính trong sinh học có từ ít nhất là thời Darwin. Điểm trọng tâm của các cuộc tranh luận hiện nay là liệu quá trình tiến hóa thích nghi có dựa trên nhiều đột biến với các tác động nhỏ và gần như bằng nhau hay không, hay nó được thúc đẩy bởi một hoặc một vài đột biến gây ra những thay đổi lớn về đặc điểm.

Sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể trong đó các đoạn lớn nhiễm sắc thể bị đảo ngược, di chuyển, xóa hoặc nhân đôi, có thể là nguồn gốc cho những "đột biến vĩ mô" trên quy mô lớn như vậy. Tuy nhiên, việc mô tả sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể bằng các phương pháp giải trình tự DNA vẫn còn gặp khó khăn trong quá trình thử nghiệm.

Nhiều sinh vật, bao gồm cả con người, là lưỡng bội, nghĩa là chúng có hai bộ nhiễm sắc thể -- một từ mỗi bên bố mẹ. Điều này cũng đúng với côn trùng que. Điều này khiến việc xác định sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể với các loài trở nên khó khăn khi lắp ráp bộ gen.

"Trước đây, chúng tôi đã tính trung bình dữ liệu từ mỗi bộ nhiễm sắc thể, nhưng độ chính xác hạn chế của phương pháp này không nói lên toàn bộ câu chuyện", nhà sinh học tiến hóa Zachariah Gompert của Đại học bang Utah cho biết. "Sử dụng các phương pháp tiếp cận mới hơn, phân tử và tính toán tạo ra các cụm bộ gen theo giai đoạn, trong đó hai bản sao của mỗi nhiễm sắc thể được lắp ráp riêng biệt, đã cho phép chúng tôi trực tiếp chỉ ra cách sắp xếp lại nhiễm sắc thể phức tạp cho phép côn trùng que thích nghi bằng cách ẩn mình trên các cây chủ khác nhau và do đó tránh bị săn mồi".

Trong ấn bản trực tuyến ngày 18 tháng 4 năm 2025 của tạp chí Science thuộc Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Hoa Kỳ , Gompert và các đồng nghiệp báo cáo rằng sự phân kỳ thích nghi trong kiểu màu bí ẩn được tạo nên bởi hai sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể phức tạp, riêng biệt, trong đó hàng triệu bazơ DNA bị lật ngược lại và di chuyển từ phần này của nhiễm sắc thể sang phần khác, độc lập trong quần thể côn trùng que trên các ngọn núi khác nhau. Các tác giả đóng góp cho bài báo bao gồm cộng sự lâu năm của Gompert là Patrik Nosil và các nhà nghiên cứu khác từ Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp (CNRS), cùng với các nhà khoa học từ Đại học Notre Dame, Đại học Nevada, Reno và Viện nghiên cứu ung thư tại Vương quốc Anh. Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia và Hội đồng nghiên cứu châu Âu.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu côn trùng Timema cristinae với nhiều kiểu màu sắc khác nhau, được thu thập từ hai ngọn núi gần Santa Barbara, California. Những loài côn trùng không có cánh, ăn thực vật này thích nghi khác nhau với hai loài thực vật khác nhau trong môi trường sống chaparral ven biển. Một kiểu côn trùng que có màu xanh lá cây, cho phép nó hòa lẫn với cây tử đinh hương California, trong khi kiểu còn lại có một sọc trắng mỏng trên lưng khiến nó gần như không thể phát hiện được giữa những chiếc lá giống như kim của cây bụi chamise.

Gompert và các đồng nghiệp đã chứng minh rằng sự khác biệt về khả năng thích nghi trong kiểu màu này gần như được giải thích hoàn toàn bằng sự có mặt hay vắng mặt của những sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể phức tạp riêng lẻ này.

"Công nghệ lắp ráp bộ gen theo giai đoạn mới được sử dụng trong nghiên cứu này là một phần quan trọng giúp chúng tôi kiểm tra cách thức tiến hóa của kiểu màu ở những loài côn trùng này", Gompert, giáo sư tại Khoa Sinh học của USU và Trung tâm Sinh thái học của USU, cho biết. "Những phát hiện của chúng tôi cho thấy sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể có thể lan rộng hơn và phức tạp hơn chúng ta từng nghĩ".

Ông cho biết những đột biến này, mặc dù lớn, nhưng rất dễ bị bỏ qua khi sử dụng phương pháp giải trình tự DNA truyền thống.

"Sự sắp xếp lại nhiễm sắc thể có thể khó phát hiện và mô tả bằng các phương pháp tiếp cận tiêu chuẩn", Gompert nói. "Về cơ bản, chúng tôi đang khám phá 'vật chất tối' của bộ gen".

Ông cho biết, sự thay đổi về cấu trúc không phải là hiếm mà có thể thường xuyên xảy ra để thúc đẩy quá trình tiến hóa.

"Chúng tôi chỉ đang khám phá bề mặt", Gompert nói. "Chúng tôi thiếu các công cụ để phát hiện biến thể cấu trúc, nhưng với công nghệ cải tiến, chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng nó đóng vai trò quan trọng hơn trong quá trình tiến hóa so với những gì đã được công nhận trước đây".

Nguồn: Sciencedaily.com