Làm thế nào việc giảm nhiệt độ lại giúp rùa con mang giới tính đực
- Thứ tư - 23/05/2018 14:26
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Các nhà khoa học đã bắt đầu bẻ khoá bí ẩn đã tồn tại 50 năm về việc bằng cách nào nhiệt độ làm thay đổi giới tính của rùa con thành đực hay cái...
Các nhà khoa học đã bắt đầu bẻ khoá bí ẩn đã tồn tại 50 năm về việc bằng cách nào nhiệt độ làm thay đổi giới tính của rùa con thành đực hay cái. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng nhiệt độ ấp trứng mát hơn sẽ gia tăng sự biểu hiện của một gen được gọi là Kdm6b trong các cơ quan sinh dục chưa trưởng thành của rùa. Việc này tiếp tục hoạt động giống như một công tắc sinh học đã được “mở”, nó kích hoạt các gen khác cho phép tinh hoàn phát triển mà không làm thay đổi mã di truyền đang tồn tại bên trong.
Các cơ quan sinh dục chưa trưởng thành của rùa con đang trong giai đoạn phát triển được quan sát dưới kính hiển vi. Các tế bào phát triển thành trứng hay tinh trùng được nhuộm màu đỏ. Hình ở giữa cho thấy khi gen Kdm6b ở trạng thái không hoạt động, cơ quan sinh dục của rùa sẽ biến đổi thành buồng trứng (hình bên phải) hoặc trái lại khi gen này hoạt động cơ quan sinh dục này sẽ biến đổi thành tinh hoàn (hình bên trái). Nguồn: Ge và cộng sự.
Trai hay gái? Đối với những người muốn tác động lên giới tính đứa con của họ, sự mê tín dị đoan và sự thông thái của con người đưa ra rất nhiều lời khuyên mà hiệu quả của nó thậm chí may mắn lắm cũng hoàn toàn không chắc chắn – từ việc nên ăn gì cho đến lúc nào thì nên quan hệ. Nhưng một số loài động vật lại có khả năng đặc biệt đã được chứng minh bởi các bằng chứng khoa học: Ở loài rùa và một số loài bò sát khác, trứng nở ra con đực hay cái sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ chúng được ấp.
Hiện tượng này đã được phát hiện lần đầu tiên ở các loài bò sát cách đây hơn 50 năm, nhưng cho đến này những chi tiết ở cấp độ phân tử vẫn còn là một bí ẩn.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science hôm 11 tháng 5, các nhà nghiên cứu cho biết họ cuối cùng đã xác định được một phần cốt lõi trong “nhiệt kế” sinh học giúp biến đổi rùa con phát triển thành con đực hoặc con cái.
Theo một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Duke và Đại học Zhejiang Wanli ở Trung Quốc, lời giải thích không nằm ở bản thân trình tự DNA mà nằm ở một phân tử gây ảnh hưởng đến sự biểu hiện của các gen mà không làm thay đổi mã di truyền.
Blanche Capel, giáo sư sinh học tế bào tại Đại học Duke và là người dẫn đầu công trình này, cho biết: “Sự quyết định giới tính tùy thuộc vào nhiệt độ đã là một bí ẩn tồn tại trong một thời giai rất dài. Đây là bằng chứng khoa học đầu tiên về một mắt xích phân tử giúp kết nối nhiệt độ với sự phát triển giới tính”.
Không giống như con người và hầu hết các loài động vật có vú khác, giới tính của nhiều loài rùa, thằn lằn và cá sấu không được quyết định bởi nhiễm sắc thể chúng thừa hưởng, mà bởi nhiệt độ xung quanh trong suốt giai đoạn phát triển nhạy cảm.
Ví dụ, đối với một loài rùa sống phổ biến trong các ao nuôi được gọi là rùa tai đỏ (red-eared slider), trứng của nó sẽ nở ra tất cả rùa con là con cái nếu được ấp ở 32oC (khoảng 88oF), trong khi nếu được giữ ở 26oC (79oF) thì nở ra toàn con đực.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng nhiệt độ ấp trứng mát hơn sẽ tăng cường sự biểu hiện của một gen được gọi là Kdm6b trong các cơ quan sinh dục hay các tuyến sinh dục chưa trưởng thành của rùa con. Việc này tiếp tục hoạt động giống như một công tắc công tắc sinh học đã được “mở”, nó kích hoạt các gen khác cho phép tinh hoàn phát triển.
Đi theo hướng nhắm vào gene Kdm6b, các nhà khoa học đã lấy các quả trứng rùa mới đẻ, ấp chúng ở nhiệt độ 26oC và 32oC, và tìm hiểu những khác biệt về sự biểu hiện của các gen ở các tuyến sinh dục trong giai đoạn phát triển sớm trước khi số phận của chúng được quyết định trở thành buồng trứng hay tinh hoàn.
Trong một nghiên cứu trước đó, các nhà khoa học đã kiểm tra tất cả các đoạn mã hóa của gene, hay các bản phiên mã, được tổng hợp trong tuyến sinh dục của rùa trong suốt khoảng thời gian quan trọng này.
Họ đã phát hiện ra nhiều gene được tăng cường hoặc giảm biểu hiện bởi nhiệt độ. Một trong số các gene đầu tiên có thay đổi được gọi là Kdm6b, gene này trở nên hoạt động mạnh hơn nhiều khi ở trong điều kiện ấp mát mẻ, giúp hình thành các rùa đực, và gene này hầu như không hoạt động ở nhiệt độ ấm hơn để sản sinh ra rùa cái.
Trong nghiên cứu mới này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật được phát triển bởi các cộng sự tại Đại học Zhejiang Wanli để ức chế gene Kdm6b trong các tuyến sinh dục của rùa con và theo dõi sự ảnh hưởng của nó đến sự phát triển giới tính của các rùa con này.
Họ nhận thấy rằng việc bất hoạt gen Kdm6b làm thay đổi phôi rùa theo hướng biến thành rùa cái với sự hình thành buồng trứng dù các phôi này đang được giữ ở nhiệt độ để sản sinh ra rùa đực.
Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy rằng protein được mã hóa bởi gene Kdm6b tiếp tục tương tác với một vùng trong bộ gene được gọi là Dmrt1, vùng này hoạt động giống như một công tắc kiểm soát để khởi động sự phát triển của tinh hoàn.
Họ cũng phát hiện ra Kdm6b hoạt hóa công tắc kiểm soát Dmrt1 bằng cách biến đổi các histone, đó là những protein giống quả bóng giúp cuộn DNA trong nhân tế bào, giống như sợi chỉ được cuốn quanh cuộn chỉ.
Ở nhiều loài, đuôi của protein histone được trang trí với những chỉ thị hóa học đặc biệt, hoặc những gốc methyl, những chỉ thị này giúp giữ các gene trong phân tử DNA ở trạng thái không hoạt động.
Sự hoạt động của gene Kdm6b giúp bật công tắc Dmrt1 thông qua loại bỏ những chỉ thị ức chế này và làm lỏng lẻo các đuôi histone, điều này làm cho phân tử DNA bị cuốn xung quanh các histone này trở nên dễ dàng được tiếp cận và phiên mã.
Ceri Weber, một nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm của Capel và cũng là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Nó giống như việc loại bỏ những cái phanh trong con đường phát triển thành giới tính đực”.
Các nhà khoa học đã chứng minh những thay đổi liên quan đến nhiệt độ đối với hoạt động của gene Kdm6b ở các loài khác mà giới tính của chúng cũng phụ thuộc vào nhiệt độ ấp trứng, như là cá sấu và loại thằn lằn có mang. Giáo sư Capel cho biết: “Việc này gợi ý rằng những cơ chế phân tử giống nhau cũng có thể hoạt động ở các loài bò sát khác nhau”.
Các nhà nghiên cứu cho rằng gen Kdm6b và protein do nó tổng hợp về bản chất không cảm nhận được nhiệt hay những thay đổi về nhiệt độ, vì ở nhiệt độ ấp trứng mát chỉ làm tăng mức độ hoạt động của gen này trong các tinh hoàn của rùa nhưng không tăng trong các cơ quan khác như tim và gan.
Weber cho biết thêm: “Bước tiếp theo đó là tìm ra yếu tố kích thích cảm nhận nhiệt độ. Chúng tôi đang cố gắng thu hẹp lại các khả năng này”.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180510203722.htm
Các cơ quan sinh dục chưa trưởng thành của rùa con đang trong giai đoạn phát triển được quan sát dưới kính hiển vi. Các tế bào phát triển thành trứng hay tinh trùng được nhuộm màu đỏ. Hình ở giữa cho thấy khi gen Kdm6b ở trạng thái không hoạt động, cơ quan sinh dục của rùa sẽ biến đổi thành buồng trứng (hình bên phải) hoặc trái lại khi gen này hoạt động cơ quan sinh dục này sẽ biến đổi thành tinh hoàn (hình bên trái). Nguồn: Ge và cộng sự.
Trai hay gái? Đối với những người muốn tác động lên giới tính đứa con của họ, sự mê tín dị đoan và sự thông thái của con người đưa ra rất nhiều lời khuyên mà hiệu quả của nó thậm chí may mắn lắm cũng hoàn toàn không chắc chắn – từ việc nên ăn gì cho đến lúc nào thì nên quan hệ. Nhưng một số loài động vật lại có khả năng đặc biệt đã được chứng minh bởi các bằng chứng khoa học: Ở loài rùa và một số loài bò sát khác, trứng nở ra con đực hay cái sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ chúng được ấp.
Hiện tượng này đã được phát hiện lần đầu tiên ở các loài bò sát cách đây hơn 50 năm, nhưng cho đến này những chi tiết ở cấp độ phân tử vẫn còn là một bí ẩn.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science hôm 11 tháng 5, các nhà nghiên cứu cho biết họ cuối cùng đã xác định được một phần cốt lõi trong “nhiệt kế” sinh học giúp biến đổi rùa con phát triển thành con đực hoặc con cái.
Theo một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Duke và Đại học Zhejiang Wanli ở Trung Quốc, lời giải thích không nằm ở bản thân trình tự DNA mà nằm ở một phân tử gây ảnh hưởng đến sự biểu hiện của các gen mà không làm thay đổi mã di truyền.
Blanche Capel, giáo sư sinh học tế bào tại Đại học Duke và là người dẫn đầu công trình này, cho biết: “Sự quyết định giới tính tùy thuộc vào nhiệt độ đã là một bí ẩn tồn tại trong một thời giai rất dài. Đây là bằng chứng khoa học đầu tiên về một mắt xích phân tử giúp kết nối nhiệt độ với sự phát triển giới tính”.
Không giống như con người và hầu hết các loài động vật có vú khác, giới tính của nhiều loài rùa, thằn lằn và cá sấu không được quyết định bởi nhiễm sắc thể chúng thừa hưởng, mà bởi nhiệt độ xung quanh trong suốt giai đoạn phát triển nhạy cảm.
Ví dụ, đối với một loài rùa sống phổ biến trong các ao nuôi được gọi là rùa tai đỏ (red-eared slider), trứng của nó sẽ nở ra tất cả rùa con là con cái nếu được ấp ở 32oC (khoảng 88oF), trong khi nếu được giữ ở 26oC (79oF) thì nở ra toàn con đực.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng nhiệt độ ấp trứng mát hơn sẽ tăng cường sự biểu hiện của một gen được gọi là Kdm6b trong các cơ quan sinh dục hay các tuyến sinh dục chưa trưởng thành của rùa con. Việc này tiếp tục hoạt động giống như một công tắc công tắc sinh học đã được “mở”, nó kích hoạt các gen khác cho phép tinh hoàn phát triển.
Đi theo hướng nhắm vào gene Kdm6b, các nhà khoa học đã lấy các quả trứng rùa mới đẻ, ấp chúng ở nhiệt độ 26oC và 32oC, và tìm hiểu những khác biệt về sự biểu hiện của các gen ở các tuyến sinh dục trong giai đoạn phát triển sớm trước khi số phận của chúng được quyết định trở thành buồng trứng hay tinh hoàn.
Trong một nghiên cứu trước đó, các nhà khoa học đã kiểm tra tất cả các đoạn mã hóa của gene, hay các bản phiên mã, được tổng hợp trong tuyến sinh dục của rùa trong suốt khoảng thời gian quan trọng này.
Họ đã phát hiện ra nhiều gene được tăng cường hoặc giảm biểu hiện bởi nhiệt độ. Một trong số các gene đầu tiên có thay đổi được gọi là Kdm6b, gene này trở nên hoạt động mạnh hơn nhiều khi ở trong điều kiện ấp mát mẻ, giúp hình thành các rùa đực, và gene này hầu như không hoạt động ở nhiệt độ ấm hơn để sản sinh ra rùa cái.
Trong nghiên cứu mới này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật được phát triển bởi các cộng sự tại Đại học Zhejiang Wanli để ức chế gene Kdm6b trong các tuyến sinh dục của rùa con và theo dõi sự ảnh hưởng của nó đến sự phát triển giới tính của các rùa con này.
Họ nhận thấy rằng việc bất hoạt gen Kdm6b làm thay đổi phôi rùa theo hướng biến thành rùa cái với sự hình thành buồng trứng dù các phôi này đang được giữ ở nhiệt độ để sản sinh ra rùa đực.
Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy rằng protein được mã hóa bởi gene Kdm6b tiếp tục tương tác với một vùng trong bộ gene được gọi là Dmrt1, vùng này hoạt động giống như một công tắc kiểm soát để khởi động sự phát triển của tinh hoàn.
Họ cũng phát hiện ra Kdm6b hoạt hóa công tắc kiểm soát Dmrt1 bằng cách biến đổi các histone, đó là những protein giống quả bóng giúp cuộn DNA trong nhân tế bào, giống như sợi chỉ được cuốn quanh cuộn chỉ.
Ở nhiều loài, đuôi của protein histone được trang trí với những chỉ thị hóa học đặc biệt, hoặc những gốc methyl, những chỉ thị này giúp giữ các gene trong phân tử DNA ở trạng thái không hoạt động.
Sự hoạt động của gene Kdm6b giúp bật công tắc Dmrt1 thông qua loại bỏ những chỉ thị ức chế này và làm lỏng lẻo các đuôi histone, điều này làm cho phân tử DNA bị cuốn xung quanh các histone này trở nên dễ dàng được tiếp cận và phiên mã.
Ceri Weber, một nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm của Capel và cũng là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Nó giống như việc loại bỏ những cái phanh trong con đường phát triển thành giới tính đực”.
Các nhà khoa học đã chứng minh những thay đổi liên quan đến nhiệt độ đối với hoạt động của gene Kdm6b ở các loài khác mà giới tính của chúng cũng phụ thuộc vào nhiệt độ ấp trứng, như là cá sấu và loại thằn lằn có mang. Giáo sư Capel cho biết: “Việc này gợi ý rằng những cơ chế phân tử giống nhau cũng có thể hoạt động ở các loài bò sát khác nhau”.
Các nhà nghiên cứu cho rằng gen Kdm6b và protein do nó tổng hợp về bản chất không cảm nhận được nhiệt hay những thay đổi về nhiệt độ, vì ở nhiệt độ ấp trứng mát chỉ làm tăng mức độ hoạt động của gen này trong các tinh hoàn của rùa nhưng không tăng trong các cơ quan khác như tim và gan.
Weber cho biết thêm: “Bước tiếp theo đó là tìm ra yếu tố kích thích cảm nhận nhiệt độ. Chúng tôi đang cố gắng thu hẹp lại các khả năng này”.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180510203722.htm