Bản đồ bộ gen thú mỏ vịt: Làm thế nào động vật có vú kỳ lạ nhất Trái đất lại trở nên kỳ lạ như vậy

Thường được coi là loài động vật có vú kỳ lạ nhất thế giới, thú mỏ vịt giống hải ly của Úc thể hiện một loạt các đặc điểm kỳ lạ: nó đẻ trứng thay vì đẻ con sống, tiết sữa, có cựa độc và thậm chí còn được trang bị 10 nhiễm sắc thể giới tính. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do Đại học Copenhagen dẫn đầu đã tiến hành lập bản đồ độc đáo về bộ gen của thú mỏ vịt và tìm ra câu trả lời về nguồn gốc của một số đặc điểm kỳ lạ của nó.

Nó đẻ trứng nhưng nó không có răng, có nọc độc, bàn chân có màng, bộ lông phát sáng và có 10 nhiễm sắc thể giới tính. Kể từ khi người châu Âu phát hiện ra thú mỏ vịt ở Úc vào cuối những năm 1700, sinh vật kỳ quặc mỏ vịt này đã khiến các nhà nghiên cứu khoa học bối rối.

Các nhà nghiên cứu ngày nay vẫn đang cố gắng tìm hiểu làm thế nào thú mỏ vịt – thường được coi là loài động vật có vú kỳ lạ nhất thế giới – tại sao lại trở nên độc đáo như vậy. Sự hiểu biết của họ hiện đã được nâng cao, ở một mức độ lớn. Lần đầu tiên, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế dẫn đầu là các nhà sinh vật học của Đại học Copenhagen đã lập bản đồ bộ gen hoàn chỉnh của thú mỏ vịt. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Nature .

Giáo sư Guojie Zhang thuộc Khoa Sinh học giải thích rằng tại sao chúng ta và các loài động vật có vú khác lại tiến hóa để trở thành động vật đẻ con sống thay vì động vật đẻ trứng. Bộ gen hoàn chỉnh đã cung cấp cho chúng tôi câu trả lời về cách một số đặc điểm kỳ lạ của thú mỏ vịt xuất hiện. Đồng thời, việc giải mã bộ gen của thú mỏ vịt rất quan trọng để nâng cao hiểu biết của chúng ta về cách các loài động vật có vú khác tiến hóa – bao gồm cả con người chúng ta.

Thú mỏ vịt thuộc một nhóm động vật có vú cổ xưa – loài đơn độc – tồn tại hàng triệu năm trước khi xuất hiện bất kỳ loài động vật có vú hiện đại nào.

Thú mỏ vịt thuộc lớp Mammalia. Nhưng về mặt di truyền, nó là sự pha trộn giữa động vật có vú, chim và bò sát. Nó đã bảo tồn được nhiều đặc điểm ban đầu của tổ tiên – điều này có lẽ góp phần thành công trong việc thích nghi với môi trường chúng sống.

Đẻ trứng, tiết sữa và không mọc răng

Một trong những đặc điểm khác thường nhất của thú mỏ vịt là, trong khi đẻ trứng, nó cũng có các tuyến vú dùng để nuôi con, không phải qua núm vú mà bằng sữa – tức là mồ hôi từ cơ thể nó.

Trong quá trình tiến hóa của chính mình, con người chúng ta đã mất cả ba gen được gọi là vitellogenin, mỗi gen đều quan trọng đối với việc sản xuất lòng đỏ trứng. Gà, mặt khác vẫn tiếp tục có cả ba. Nghiên cứu chứng minh rằng thú mỏ vịt vẫn mang một trong ba gen vitellogenin này, mặc dù đã mất hai gen còn lại cách đây khoảng 130 triệu năm. Thú mỏ vịt tiếp tục đẻ trứng nhờ gen còn sót lại này. Điều này có lẽ là do nó không phụ thuộc vào việc tạo ra các protein trong lòng đỏ như chim và bò sát, vì thú mỏ vịt sản xuất sữa cho con non của chúng.

Ở tất cả các loài động vật có vú khác, gen vitellogenin đã được thay thế bằng gen casein, gen này chịu trách nhiệm cho khả năng sản xuất protein casein, một thành phần chính trong sữa của động vật có vú. Nghiên cứu mới chứng minh rằng thú mỏ vịt cũng mang gen casein và thành phần sữa của chúng do đó khá giống với sữa của bò, người và các động vật có vú khác.

Guojie Zhang cho biết: “Nó cho chúng ta biết rằng sản lượng sữa ở tất cả các loài động vật có vú còn tồn tại đã được phát triển thông qua cùng một bộ gen có nguồn gốc từ một tổ tiên chung sống cách đây hơn 170 triệu năm – cùng với loài khủng long đầu trong kỷ Jura”.

Một đặc điểm khác làm cho thú mỏ vịt trở nên độc đáo là, không giống như đại đa số các loài động vật có vú, nó không có răng. Mặc dù tổ tiên gần nhất của loài thú mỏ vịt này có răng, nhưng thú mỏ vịt hiện đại được trang bị hai tấm sừng dùng để nghiền thức ăn. Nghiên cứu cho thấy thú mỏ vịt bị mất răng khoảng 120 triệu năm trước, khi 4 trong 8 gen chịu trách nhiệm phát triển răng biến mất.

Chỉ động vật có 10 nhiễm sắc thể giới tính

Tuy nhiên, một điều kỳ lạ khác của thú mỏ vịt được các nhà nghiên cứu điều tra là cách xác định giới tính của chúng. Cả con người và mọi động vật có vú khác trên Trái đất đều có hai nhiễm sắc thể giới tính xác định giới tính – hệ thống nhiễm sắc thể X và Y, trong đó XX là nữ và XY là nam. Tuy nhiên, những người đơn điệu, bao gồm cả những người bạn mỏ vịt của chúng ta từ Down Under, có 10 nhiễm sắc thể giới tính, với năm nhiễm sắc thể Y và năm nhiễm sắc thể X.

Nhờ các bộ gen ở mức độ nhiễm sắc thể gần hoàn chỉnh, các nhà nghiên cứu hiện có thể gợi ý rằng 10 nhiễm sắc thể giới tính này trong tổ tiên của các bộ đơn bội được tổ chức theo dạng vòng, sau đó bị phá vỡ thành nhiều mảnh nhỏ của nhiễm sắc thể X và Y. Đồng thời, bản đồ bộ gen cho thấy rằng phần lớn các nhiễm sắc thể giới tính monotreme có nhiều điểm chung với gà hơn là với người. Nhưng những gì nó cho thấy, là một liên kết tiến hóa giữa động vật có vú và chim.

Sự kiện về thú mỏ vịt

• Thú mỏ vịt là loài đặc hữu của miền đông Australia và Tasmania. Đây là loài được bảo vệ và được IUCN phân loại là sắp bị đe dọa.
• Trong số những lý do tại sao thú mỏ vịt được coi là động vật có vú: chúng có tuyến vú, mọc lông và có ba xương ở tai giữa. Mỗi đặc điểm giúp xác định một loài động vật có vú.
• Thú mỏ vịt thuộc bộ monotreme của động vật có vú, được đặt tên như vậy vì monotreme sử dụng một lỗ đơn để đi tiểu, đại tiện và sinh sản hữu tính.
• Loài vật này là một vận động viên bơi lội cừ khôi và dành nhiều thời gian để săn tìm côn trùng và động vật có vỏ ở sông.
• Chiếc mỏ đặc biệt của nó chứa đầy các cảm biến điện được sử dụng để xác định vị trí con mồi trong lòng sông đầy bùn.
• Thú mỏ vịt đực có một cái cựa độc phía sau mỗi chân sau của nó. Nọc độc đủ độc để giết một con chó và được triển khai khi con đực tranh giành lãnh thổ.
• Một nghiên cứu khác vào năm 2020 đã chứng minh rằng lông thú mỏ vịt có màu huỳnh quang. Bộ lông màu nâu của con vật phản chiếu màu xanh lam khi đặt dưới tia UV. (nguồn: https://doi.org/10.1515/mammalia-2020-0027 )

Về nghiên cứu

• Công nghệ giải trình tự gen tiên tiến kết hợp nhiều phương pháp tiên tiến đã cho phép nhóm nghiên cứu lập bản đồ bộ gen gần như hoàn chỉnh ở cấp độ nhiễm sắc thể từ cả thú mỏ vịt và người anh em họ của nó, echidna – hai loại động vật đơn độc duy nhất hiện đang sống. Dữ liệu gen lấp đầy 90% khoảng trống trong các bản đồ gen trước đây. Hơn 96% trình tự bộ gen được đặt trong nhiễm sắc thể hiện nay.
• Các nhà nghiên cứu đã so sánh các gen và bộ gen monotreme của gà, người, chuột, quỷ Tasmania và thằn lằn.
• Ngoài Yang Zhou (tác giả chính) và Guojie Zhang của Đại học Copenhagen, nghiên cứu còn được thực hiện bởi những người khác: Linda Shearwin-Whyatt của Đại học Adelaide (Úc) và Jing Li của Đại học Chiết Giang (Trung Quốc). Danh sách đầy đủ các tác giả có thể được tìm thấy trong bài báo nghiên cứu.

Nguồn truyện:

Tài liệu do Khoa Khoa học – Đại học Copenhagen cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. Yang Zhou, Linda Shearwin-Whyatt, Jing Li, Zhenzhen Song, Takashi Hayakawa, David Stevens, Jane C. Fenelon, Emma Peel, Yuanyuan Cheng, Filip Pajpach, Natasha Bradley, Hikoyu Suzuki, Masato Nikaido, Joana Damas, Tasman Daish, Tahlia Perry, Zexian Zhu, Yuncong Geng, Arang Rhie, Ying Sims, Jonathan Wood, Bettina Haase, Jacquelyn Mountcastle, Olivier Fedrigo, Qiye Li, Huanming Yang, Jian Wang, Stephen D. Johnston, Adam M. Phillippy, Kerstin Howe, Erich D Jarvis, Oliver A. Ryder, Henrik Kaessmann, Peter Donnelly, Jonas Korlach, Harris A. Lewin, Jennifer Graves, Katherine Belov, Marilyn B. Renfree, Frank Grutzner, Qi Zhou, Guojie Zhang. Bộ gen của thú mỏ vịt và echidna tiết lộ quá trình tiến hóa và sinh học của động vật có vú . Tự nhiên , 2021; DOI: 10.1038 / s41586-020-03039-0