Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà sinh học tiến hóa nghiên cứu quần thể cá lai đã tìm thấy hai gen góp phần gây ra khối u ác tính – chỉ lần thứ hai người ta xác định được các gen cụ thể liên quan đến rối loạn chức năng ở động vật có xương sống.
Trong một hồ bơi nhỏ nép mình giữa hai thác nước ở Hidalgo, Mexico, sống một quần thể cá lai – kết quả của nhiều thế hệ giao thoa giữa cá kiếm between highland và cá kiếm sheepshead swordtails. Phòng thí nghiệm của Molly Schumer, trợ lý giáo sư sinh học tại Đại học Stanford, đã thu thập những con cá này trong nhiều năm để nghiên cứu sự tiến hóa của giống lai.
“Chúng tôi chỉ nhận ra rằng sự lai tạo ảnh hưởng đến các loài trên toàn bộ cây sự sống, bao gồm cả loài của chúng ta – nhiều người trong chúng ta mang gen từ người Neanderthal và người Viking”, Schumer nói về hai loài người cổ đại xen kẽ với tổ tiên của chúng ta. “Hiểu được sự lai tạo và các tác động tiêu cực và tích cực có thể đến từ các gen di chuyển giữa các loài rất quan trọng trong việc tìm hiểu bộ gen của chúng ta và của các loài khác mà chúng ta tương tác.”
Trong một bài báo mới được xuất bản vào ngày 14 tháng 5 trên Science , các nhà nghiên cứu đã xác định được hai gen chịu trách nhiệm cho một khối u ác tính thường phát triển gần đuôi của con lai cao nguyên đực. Phát hiện này chỉ đánh dấu lần thứ hai một rối loạn chức năng lai đã được truy tìm đến các gen cụ thể ở động vật có xương sống. (Trường hợp khác duy nhất mà các nhà khoa học đã thu hẹp rối loạn chức năng lai ở động vật có xương sống xuống mức đơn gen là trong một quần thể chuột lai lâu đời ở châu Âu và họ hàng của chúng.)
Một dân số đặc biệt
Mọi người từ lâu đã biết rằng con cái của hai loài khác nhau có xu hướng có lỗ hổng di truyền. Ví dụ, con la – là con lừa-ngựa lai – là vô sinh. Trớ trêu thay, để tìm ra các gen chịu trách nhiệm cho các rối loạn chức năng như vậy, các nhà nghiên cứu cần các giống lai đủ phù hợp để sinh sản trong vài thế hệ sau khi lai ban đầu. Mặt khác, các phần của bộ gen của chúng đến từ các loài bố mẹ rất lớn đến mức gần như không thể theo dõi ảnh hưởng của bất kỳ một gen nào.
Đây là những gì làm cho các giống lai cừu vùng cao trở thành một nghiên cứu trường hợp đặc biệt. Chúng đã được lai tạo trong khoảng 45 thế hệ, dẫn đến bộ gen chứa các đoạn DNA nhỏ hơn của cha mẹ, dễ kiểm tra hơn ở cấp độ gen đơn.
Daniel Powell, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm Schumer và lãnh đạo tác giả của bài báo chia sẻ: “Chúng tôi đã biết về sự không tương thích di truyền giữa các gen của hai loài từ những năm 1940. Mặc dù vậy, chúng tôi không biết nhiều gen gây ra các tương tác tiêu cực này. Phòng thí nghiệm của chúng tôi đã xác định rõ ràng các giống lai tự nhiên và chúng tôi đã phát triển nguồn gen cho cả hai loài bố mẹ. Những con cá này đại diện cho một hệ thống duy nhất để giải quyết câu hỏi này.”
Để tìm ra các gen chịu trách nhiệm cho khối u ác tính ở các giống lai, các nhà nghiên cứu trước tiên đã chú ý đến các loại thanh kiếm lông cừu nguyên chất và nguồn gốc di truyền của một đốm đen mà một số loài cá này phát triển – không phải là ung thư nhưng được tìm thấy trong cùng một loại vị trí như khối u ác tính của con lai. Phân tích bộ gen của gần 400 cá thể, họ đã liên kết điểm đen với sự hiện diện của một gen có tên là xmrk. Theo sự dẫn dắt đó, các nhà nghiên cứu đã kết luận rằng xmrk cũng được biểu hiện cao hơn ở các giống lai có khối u ác tính so với những người không có nó – hoàn toàn có thể giải thích 75 phần trăm tất cả các biến thể trong đốm mà họ nghiên cứu ở cả cá cừu thuần chủng và cá lai.
Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng một gen khác có tên là cd97 – mà một số giống lai được thừa hưởng từ tổ tiên kiếm cao nguyên của chúng – được biểu hiện cao hơn ở các loại kiếm cao nguyên và trong các giống lai so với các loại kiếm lông cừu. Bằng chứng di truyền sâu hơn cho thấy rằng cd97 và xmrk tương tác theo một cách nào đó để tạo ra khối u ác tính ở các giống lai.
Thật thú vị, mặc dù không có gen nào liên quan đến khối u ác tính trong các loài kiếm của bố mẹ, cả hai đều có liên quan đến ung thư ở các động vật khác. Ví dụ, trong một phép lai kiếm có liên quan đến xa, xmrk tương tác với một gen khác – không phải cd97 – để gây ra khối u ác tính và một gen liên quan đến cd97 có liên quan đến ung thư ở người.
Kết hợp lại với nhau, những phát hiện này mang lại một bức tranh khó hiểu. “Chúng tôi đã kết thúc với những ý tưởng cạnh tranh nhưng không loại trừ lẫn nhau về sự không tương thích và bệnh lai”, Powell nói. “Chúng tôi đã tin tưởng vào ý tưởng rằng một số gen có thể dễ bị phá vỡ ở các loài khác nhau – điều đáng ngạc nhiên, do sự ngẫu nhiên của tiến hóa. Nhưng chúng tôi cũng có bằng chứng cho ý tưởng rằng có sự đa dạng về nguyên nhân di truyền cho rối loạn chức năng tương tự. “
Loại dự án tốt nhất
Schumer nói rằng cô ấy đã đánh cược một chút khi cô ấy tập trung vào nghiên cứu về lai tạo, nhưng đặt cược của cô ấy đã được đền đáp.
“Khi tôi bắt đầu học tiến sĩ năm 2011, thực sự không chấp nhận rằng lai tạo là phổ biến ở động vật. Các ví dụ nổi tiếng nhất là con la và ruồi giấm. Đó là một sự thay đổi lớn và là thời gian thú vị để thực hiện câu hỏi này”. Schumer, tác giả cao cấp của bài báo và là thành viên của Stanford Bio-X nói. “Những gì chúng tôi đến bây giờ là loại dự án tốt nhất trong khoa học: một dự án đặt ra nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời và xoay quanh bạn theo một loạt các hướng khác nhau.”
Thông qua công việc trong tương lai, các nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu tại sao các loại kiếm lai với khối u ác tính ít có khả năng sống sót trong tự nhiên và trong điều kiện nuôi nhốt. Họ cũng tò mò muốn biết tại sao rất nhiều loài cá này có khối u ác tính – có thể, khi nói đến lựa chọn bạn đời, con cái thích con đực có những đốm đen lớn do khối u ác tính tạo ra. Họ đã sắp xếp một số ý tưởng để hiểu thêm về việc liệu các gen có bị lỗi theo cách lặp lại ở các giống lai hay không, nếu những gì chúng tìm thấy trong xmrk và cd97 gần với sự trùng hợp hơn.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Stanford . Bản gốc được viết bởi Taylor Kubota. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :