Trình Bày Cơ Sở Di Truyền Phân Tử Của Sự Phát Triển Cá Thể Sinh Vật.pdf

CAC GIAI DOAN CUA SU PHAT TRIEN CA THE SINH VAT Đối với ngành động vật có xương sống, quá trình phát triển ca thé qua hình thức sinh sản hữu tính gồm một số giai đoạn chính như sau: gia

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC SU PHAM THANH PHO HO CHI MINH

Chủ đề TRINH BAY CO SO DI TRUYEN PHAN TỬ

CUA SU PHAT TRIEN CA THE SINH VAT

Nhóm thực hiện: Nhóm 6

Cao Thuy Bich Ngan — 47.01.301.063

Huynh Thi Kim Ngan — 47.01.301.064

Pham Thi Huynh Nhu — 47.01.301.073

Huynh Thi Phuong Quyén — 47.01.301.083

GVHD: ThS Nguyễn Thị Hang

Thành phố Hồ Chí Minh, 04/2024

MUC LUC

804.70) 10005 3

II CAC GIAI DOAN CUA SỰ PHÁT TRIÊN CÁ THẺ SINH VẬTT s52 3

2.1 Giai đoạn phôi thaai 5< <5 <0 1 TY TH nọ HH TH ng h0 1000158 06 3 2.2 Giai đoạn sinh frưởng co s c0 1010993 3 TY ng HH g4 0 T0 9 00004 4 4 2.3 Giai đoạn trướng thành 4 2.4 Giai đoạn già ÏãO - - < c Họ Họ TH họ HH HH TH HH TH th TH n8 4 2.5 Giai đoạn tỨ VODH cu H9 TY T4 TH HT TH TH 0 0 1 004 9 E03 904 5

III CO SO CUA SU PHAT TRIEN CÁ THẺ SINH VẬTT 5- 5s 5 <csesceeeseeeses 5

3.1 Cơ sở tế bào wed

Km 7., 070666 hn6<e14AgẦẦẦĂAẢĂ 5

3.2.3 Di chuyển tẾ BGO cccccccccccccccccescscessesvssessessessssesseesesscsesseseceessvssessvsvsevevsvssevsvssevecaes 5

3.2.4 Truyền tín hiệu giữa các tẾ bào ch nHnH HH ngàn 6 3.2 Cơ sử phân tử 6

IV CƠ SỞ DI TRUYEN PHAN TU O CAC GIAI DOAN CUA SU PHAT TRIEN CÁ

THE SINH VÀ ÏT G0 họ ọọ họ Họ TH nH HH HH HH ĐH th 6 4.1 Cơ sở di truyền phân tử từ giai đoạn hợp tử đến phôi nang s5 ccs 52 6 4.2 Cơ sở di truyền phân tử từ giai đoạn phôi nang đến phôi vị 55-52 8 4.3 Cơ sở di truyền phân tử từ giai đoạn phôi vị đến hình thành cơ quan chuyên hoá 9 4.4 Cơ sở di truyền phân tử của sự phát triển đến cơ thể trưởng thành 12 4.5 Sự chết theo chương trình của tế bào — một phần cần thiết của sự phát triển 13

I KHÁI NIỆM

Sự phát triển của cá thé là quá trình bắt đầu từ lúc trứng thụ tỉnh cho đến khi cơ thể

chết tự nhiên Sự phát triển cá thê được xác định bởi hệ thống kiểu gene, trong dd co su

chương trình hoá đặc thù về thời gian, không gian và trình tự tác dụng của các gene

(A) (B) Unmethylated Methylated

cH NH promoter promoter

NH) NH,

pl alle CH, cử ; £-globin gene | T-globin gene x

NY Methylation NY x a 5 rr?" : :

a | | 6swe+ks AM J Jus dad 1 ) DNA

3 N“ : 07 “N uu Inactive

° Ỉ Demethylation | H eae e-globin °

DNA DNA a

Cytosine 5-Methylcytosine 5 pppp 3

12 Weeks) )) ) “hi ì )

bbed Inactive Active

L Active y-globin

Hình 1 Sự biểu hiện của gene globin ở phôi người thời điểm 6 tuần và 12 tuần

(Nguồn: Developmental Biology, Scott F: Gilhert, Michael J F: Barresi, 2016)

123 4 5 67 8 9 1011 12 13 Hoxa ra

Hox) mm mm = oe foal Hoxe mm aaa ee ee Hoxl m2 mmưun CC ⁄Ð⁄- THợ4ANHENHHSHSHH

31 Direction of transcription for each gene

Anterior =

oO

—> Posterior

Anterior Body axis Posterior

Hình 2 Gene Hox tham gia quy định vị trí phái sinh các cơ quan của phôi

(Nguon: https://www.mdpi.con/2221-3759/10/1/4)

IL CAC GIAI DOAN CUA SU PHAT TRIEN CA THE SINH VAT

Đối với ngành động vật có xương sống, quá trình phát triển ca thé qua hình thức sinh sản hữu tính gồm một số giai đoạn chính như sau: giai đoạn phôi thai, giai đoạn sinh trưởng, giai đoạn trưởng thành, giai đoạn già lão, giai đoạn tử vong

2.1 Giai đoạn phôi thai

Trong giai đoạn phôi thai:

L] Quá trình phân cắt diễn ra đầu tiên, sự phân chia tế bảo tạo nên phôi nang từ hợp tử: L] Tiếp theo, quá trình tạo phôi vị diễn ra, sắp xếp lại phôi nang tạo nên ba lá phôi: nội bì, ngoại bỉ và trung bì;

L] Sau đó, sự tương tác và di chuyên của ba lá phôi tạo nên mầm các cơ quan, phát triển thành các câu trúc trưởng thành:

LI Ngoại bi phat triển tạo thành biểu bì của da, hệ thần kinh, các giác quan;

L] Trung bì phát triển tạo thành bộ xương, các cơ, các mạch máu, tim, máu, các tuyến

sinh dục, thận;

L] Nội bì phát triển thành màng của các ống hô hấp và tiêu hóa, gan, tụy, tuyến ức, tuyến giap

2e008 00009008 ¢)

1 2 3 4 5 6 10 13 16 20-36 C

Hình 3 Sự phát triển phôi thai theo các tuần

(Nguồn: https://s.net.vn/vpIF)

2.2 Giai đoạn sinh trưởng

Giai đoạn sinh trưởng là giai đoạn con non tách khỏi cơ thê mẹ, dựa vào “sự tự hoạt

động” của bản thân để liên tục sinh trưởng, phát triển đề tăng về khối lượng và kích

thước với tốc độ rất mạnh mẽ Sự phát triển có thể chưa cân đối, chưa hài hòa giữa các

cơ quan; một sô cơ quan chưa hoàn chỉnh; một số cơ quan có thê bị mất đi hay được thay thế bằng các cơ quan mới trong giai đoạn trưởng thành Cơ quan sinh dục chưa phát

triển hoặc chưa hoạt động được một cách có hiệu quả Khả năng thích nghĩ và chống đỡ

với ngoại cảnh còn yếu

2.3 Giai đoạn trưởng thành

Giai đoạn này, cầu trúc mọi cơ quan trong cơ thể đã hoàn chỉnh, cơ thẻ thực hiện các chức năng sinh lý, sinh hóa một cách thuần thục; các cơ quan phối hợp hoạt động một cách hài hòa trong cơ thê

Hoạt động ở giai đoạn này diễn ra tích cực và mạnh mẽ; khả năng thích nghi và

chống chịu với ngoại cảnh cao; hoạt động sinh dục tích cực và có hiệu quả; thời gian

hoạt động sinh dục dài hay ngắn tùy thuộc vào từng loài, sau đó khả năng hoạt động sinh dục giảm dần hoặc ngừng hẳn và dần dần chuyển sang giai đoạn khác Có sinh vật thời

kỳ trưởng thành kéo dải hàng chục năm, vài trăm năm; có loài chỉ hoạt động sinh dục

một lần rồi chết; có loài chỉ vài giờ

2.4 Giai đoạn già lão

Đặc điểm của giai đoạn này là khả năng hoạt động chức năng các cơ quan của cơ thê giảm sút so với gia1 đoạn trưởng thành

Nếu sự lão hóa diễn ra từ từ, cơ quan đã già nhưng vẫn còn đáp ứng được những nhu cầu tối thiêu của cơ quan chưa già, kéo dài cho tới thời điểm khi toàn bộ các hệ cơ quan trong cơ thê đều lão hóa thi co thé chuyên sang trạng thái cân bằng đại lão Ở trạng thái nay mọi cơ quan của cơ thể hoạt động tương đối hài hòa và cân bằng nhưng ở mức độ thấp hơn rất nhiều so với giai đoạn trưởng thành Sự sống của cá thê sinh vật tiếp tục

kéo dài với sự kém hoạt động về mọi mặt

Nếu sự giả hóa của một cơ quan nào đó trong cơ thê trong một giai đoạn nào đó diễn

ra quá nhanh, không đáp ứng được những đòi hỏi của các cơ quan khác một cách cơ bản, hoặc ngừng hoạt động thì sự sống của cá thể chuyên sang giai đoạn tử vong

2.5 Giai đoạn tử vong

Giai đoạn tử vong là giai đoạn ngắn, dẫn tới sự chấm dứt cuộc sống của mỗi cá thể

III CO SO CUA SU PHAT TRIEN CA THE SINH VAT

3.1 Cơ sở tế bào

3.2.1 Nguyên phân

Nguyên phân (mitosis) là quá trình phân chia tế bào trong đó các tế bảo con được tao

ra có sô lượng nhiễm sắc thê giống với các tế bào bố mẹ Kiểu phân bào này đặc trưng cho các tế bao soma, kê cả các tế bảo sinh dục (2n) ở pha sinh sản của sự phát sinh giao

tử ở các động — thực vật Nhờ vậy mà cơ thê lớn lên và các tế bảo trong cơ thể thường

xuyên được đổi mới

3.2.2 Biệt hoá tế bào

Là quá trình trong đó một tế bào chưa biệt hóa trở thành tế bào chuyên hóa về chức năng Trong suốt quá trình biệt hóa, do sự điều hòa biểu hiện gene, một số gene nhất

định được hoạt hóa trong khi những gene khác bị bất hoạt dẫn đến các tế bào được biệt

hóa phát triển những cầu trúc đặc hiệu và thực hiện những chức năng nhất định

Tuy có sự biệt hóa, nhưng tế bào vẫn giữ nguyên vẹn khả năng di truyền của mình

Ví dụ, trong nuôi cấy mô tế bảo thực vật, người ta có thể nuôi cấy một phần mô phân sinh trong môi trường dinh dưỡng tổng hợp cho đến khi chúng phát triên thành cây ¡z vifro hoàn chỉnh, các cây này sau đó được đưa ra trồng trong điều kiện tự nhiên và đã ra hoa kết trái

3.2.3 Di chuyển tế bào

Sự di chuyển của tế bảo là quan trọng trong nhiều giai đoạn của phát triển động vật Sự vận

động cúa tế bào liên quan đến cả sự dính bám và mất sự dính bám Sự đính bám là cân thiết cho

các tế bào để có được "sự kéo", nhưng các tế bào, khởi đầu được gắn vào các tế bào khác, phải

mất sự dính bám này để có thê rời vị trí.

Sự vận động cùa tế bào cũng liên quan đến các tương tác tế bào - cơ chất và cơ chất ngoại bao

có thể kiểm tra phạm vi hoặc con đường di chuyển của tế bào Mô hình trung tâm của sự vận động tế bào phát sinh hình thái trong động vật là sự biến đổi trong độ dính của tế bào vốn được

trung gian bởi các biến đổi trong thành phần của các đại phân tử trong màng sinh chất của tế bào, hoặc trong cơ chất ngoại bào Các tương tác tế bào - tế bào thường là liên quan với các tương tác cơ chất - ngoại bào - integrin (ECM )

3.2.4 Truyền tín hiệu giữa các tế bào

Sự truyền thông tin đặc biệt quan trọng và rất phức tạp ở các sinh vật đa bảo

Chương trinh phat triển cá thể ở các sinh vật này được thực hiện một cách hoàn hảo và

chính xác cả trong không gian lẫn thời gian (đúng nơi, đúng lúc) một phần quan trọng là nhờ thông tin nội bào và giữa các tế bào Ở động vật, các phân tử thông tin ngoại bào thực hiện mối quan hệ giữa các tế bào là những chất trung gian gồm 3 loại chủ yếu theo

khoảng cách tác động: nội tiết, cận tiết và tự tiết

Tín hiệu giúp quá trình đi chuyên tế bào diễn ra, hướng các tế bào đến mục tiêu và thúc đây hoạt động di chuyên của chúng

3.2 Cơ sử phân tử

Vật chat di truyền là acid nucleic Cơ chế truyền đạt thông tin di truyền ở mức phân

tử thực hiện qua 3 quá trình:

O Nhan d6i DNA;

O Phién ma;

O Dich ma

Sự điều hoà tổng hợp protein đảm bảo cho sự cung cấp protein đúng theo yêu cầu của tế bào Sự điều hoà tổng hợp protein ở eukaryote có các giai đoạn:

L1 Điều hoà phiên mã;

L] Điều hòa sau phiên mã;

E] Điều hoà dịch mã;

L1 Điều hòa sau dịch mã

IV CƠ SỞ DI TRUYÊN PHẦN TỬ Ở CÁC GIAI ĐOẠN CỦA SỰ PHÁT TRIEN CÁ THẺ SINH VẬT

4.1 Cơ sở di truyền phân tử từ giai đoạn hợp tử đến phôi nang

Khi thụ tỉnh đã hoàn thành tạo thành được hợp tử, tiếp theo là sự phân chia nhanh

tế bào Trong giai đoạn này, gọi là phân cắt, các tế bào thực hiện pha S (nhân đôi DNA)

và pha M (pha nguyên phân) của chu kỳ tế bào Phân cắt là sự chia tế bào chất của hợp

tử thành rất nhiều các tế bào nhỏ hơn gọi là các phôi bào, mỗi phôi bào có một nhân

riêng Nguyên phân liên tiếp làm gia tăng số lượng tế bào trong phôi

Sự nguyên phân bất đối xứng của hợp tử tạo ra các tế bào có bộ gene giống nhau nhưng phân chia tế bào chất không đều dẫn đến các tế bào nhận các nhân tố khác nhau

(quyết định tố, proteim điều hòa, tín hiệu ) Cơ sở phân tử của quá trình này là nhân

đôi DNA và điều hòa dịch mã

0-8 -@-

Hinh 3 Su phan chia té bao nhoé quá trình phân chia nguyên nhiễm

(Nguon: https:/www.sciencedirect.com/science/article/pii/S09254439 12001470)

Tế bào chất của trứng vốn tích luỹ sẵn các RNA va protein do DNA cua mẹ mã hoá Tế bào chất của trứng chưa thụ tỉnh không đồng nhất về thành phần hoá học RNÑA thông tin, các protein, các chất khác được phân bố không đều trong các trứng chưa thụ tinh, mà sự phân bố không đồng nhất này có ảnh hưởng đáng kề lên sự phát triển sau này ở phôi của nhiều loài

Các chất có nguồn gốc từ mẹ có mặt trong trứng gây ảnh hưởng đến sự phát triển của phôi trong giai đoạn đầu được gọi là các quyết định tố tế bào chất, có ảnh hưởng đến

sự phát triển ban đầu Sau khi thụ tỉnh, những lần phân bào đầu tiên sẽ phân phối tế bào

chất của hợp tử vào các tế bào con Nhân của những tế bào con này được tiếp xúc với các quyết định tố tế bào chất khác nhau, phụ thuộc vào lượng tế bào chất của hợp tử mà

tế bào con nhận được

Sự điều hòa dịch mã các gene khác nhau tạo ra các quyết định tổ tế bào chất khác

nhau giúp xác định chương trình phát triển của phôi trong quá trình biệt hóa tế bào

Trứng chưa thụ tỉnh

⁄6 94 Tà,

; feo %o at Oa

Tinh trùng ` = Gy "2 ^À Nhân

_ồ © of g”

` ot ⁄

Thụ tỉnh

Các as tử thuộc hai

- Foe quyét dinh tô tế bao

Hợp tử

(trứng đã thụ $2”, ` ree

tinh) =e

Phan bao

nguyén nhiém 6e se

Phôi gồm cá»! (

2 tế bào x

Hình 5 Các quyết định tô tế bào chất của trứng (Nguon:Campbell biology, Neil A Campbell và cộng sự, 2020)

4.2 Cơ sở di truyền phân tử từ giai đoạn phôi nang đến phôi vị

Trong giai đoạn phôi vị, quá trình phiên mã tổng hợp RNA tăng mạnh Các phôi bào vẫn tiếp tục nguyên phân (không tích cực bằng các giai đoạn trước), do đó trong giai

đoạn phôi vị vẫn xảy ra sự nhân đôi DNA Tế bảo trong phôi tích cực đi chuyển để tạo

ra ba lá phôi: ngoại bì, nội bì và trung bì Từ các lá phôi đó, các mầm của mô và cơ quan phat sinh, phát triển Trong giai đoạn này chịu sự chỉ phối của quá trình điều hoà phiên

mã, dịch mã, đặc biệt là điều hòa dịch mã tạo ra các protein khác nhau đóng vai trò tương tác tế bào và di chuyên tế bào

Trong quá trình di chuyên, nhiều loại thy thé trên bề mặt tế bảo tiếp nhận các tín

hiệu cảm ứng từ các môi trường lân cận Các tín hiệu cảm ứng này có thê là các phân tử của chất nền ngoại bảo giúp tế bảo định hướng chuyên động Cơ chế nhằm đáp ứng với các tín hiệu ngoại bào (hormone và các phân tử tín hiệu khác) là điều hòa biêu hiện gene (điều hòa phiên mã, sau phiên mã, dịch mã, sau dịch mã, ) Sản phẩm của quá trình điều hòa biểu hién gene tao ra các enzyme, các cấu trúc, biêu hiện chức năng trong tế bao

Sự di chuyên tế bào được tác động bởi hoạt động của các phan tử protein kết dính (CAM§) Các phân tử kết dính là các protein xuyên màng hoạt động như kiêu tương tác

chất truyền tín hiệu - thụ thể Các loại phân tử kết dính chính của tế bào: Cadherin (E-

cadherin), siêu họ globulin miễn dich CAM 1a Ig-CAM, integrin, selectin Trong quá

trình phát triển phôi, sự thay đối biểu hiện của các phân tử kết dính cho phép tế bào thiết

lập và phá vỡ mối liên kết với các tế bào khác, thúc đây sự đi chuyên tế bào

6

EVL YSL Epiblast HB |

se

2T sions

E-cadherin mediated adhesion

Hình 6 Sự đi chuyển các tế bào ra vùng độ bám đỉnh cao chứa nhiéu E — Cadherin (Nguồn: Developmental Biology, Scott F: Gilhert, Michael J F: Barresi, 2016)

Con đường di chuyên tế bào còn thông qua tương tác truyền tin — tín hiệu giữa

các tế bào lân cận Các tế bào lân cận phát ra các phân tử tín hiệu là chất cảm ứng Các

chất cảm ứng này gắn vào thụ thể nhận tín hiệu trên bề mặt tế bao, thay đổi cầu trúc thụ

thê, kích hoạt con đường truyền hoá tín hiệu di chuyên tế bào Sau khi thực hiện vai trò, các chất cảm ứng cũ rời khỏi thụ thê để nhường chỗ cho chất cảm ứng mới Cứ như vậy,

sự tương tác liên tục diễn ra giúp tế bào di chuyên đến vị trí xác định hình thành nên phôi vị với ngoại bì, trung bì và nội bì

Cảm ứng bời các tế bào lân cận

ol re Phôi sớm

iT (32 te bao)

¬- YH

\ | 7

wl sy

ST

Con đường

truyền hóa

tín hiệu Thụ thể TT nhan tin hiéu

Phân tử tín hiệu ˆ

(chất cảm ứng)

Hình 7 Tương tác chất truyền tín hiệu — thu thé giữa các tế bào lân cận

(Nguon: Campbell biology, Neil A Campbell và cộng sự, 2020)

Quá trình chuyển động của tế bào được phối hợp chặt chẽ, nhờ đó tế bào của phôi nang được sắp xép lại Các tế bào hình thành nội bì và trung bì được đưa vào bên trong phôi, trong khi các tế bào hình thành ngoại bì di chuyên ra bề mặt bên ngoài của phôi Lớp ngoại bì phía trên sẽ tạo thành lớp ngoài cùng của da, hệ thần kinh trung ương và ngoại biên, mắt, tai trong và nhiều mô liên kết Lớp trung bì chiếm một khoảng giữa ngoại bì và nội bì sẽ hình thành nên cầu trúc tim và sự khởi đầu của hệ tuần hoàn cũng như xương, cơ và thận Lớp nội bì bên trong là điểm khởi đầu cho sự phát triển của phôi, ruột, tuyến giáp, tuyến tụy và bàng quang

4.3 Cơ sở di truyền phân tử từ giai đoạn phôi vị đến hình thành cơ quan chuyên hoá

Ở giai đoạn từ phôi vị đến hình thành các cơ quan chuyên hoá, cơ sở phân tử trong sự phát triển của cá thé là quá trình điều hoà hoạt động gene thông qua phiên mã

và dịch mã đề hướng tới sự biệt hoá tế bào

Sự biệt hóa của các phôi bào là sự biến đổi cấu tạo bên trong (cầu tạo hình thái

học, vật lý, hóa học) đề tạo ra những mô và cơ quan đảm nhiệm những chức năng nhất định Ví dụ: có vùng sẽ tạo ra biểu bì da để bọc ngoài cơ thê, có vùng sẽ tạo ra hệ thần kinh, vùng sẽ tạo ra ống tiêu hóa và các cơ quan hô hấp, vùng sẽ tạo ra các cơ quan tiết

niệu, sinh dục