Tiểu luận tìm hiểu về sinh sản vô tính ở động vật

Hình Thức Sinh Sản Vô Tính Tự Nhiên ở Động Vật Không Xương Nảy chồi: các chồi phát triển đủ lớn sẽ tách rời khỏi cơ thể mẹ.. Trinh sản đơn bội: Nhân của trứng trải qua các lần phân chia

ĐẶT VẤN ĐỀ

Các sinh vật đã ra đời, tồn tại và phát triển qua một thời gian dài, với nhiều sự tiếnhóa, thay đổi để thích nghi với những biến động của môi trường Một yêu cầu đượcđặt ra là làm sao để duy trì được số lượng loài còn sống, như vậy mới có thể duy trìnòi giống và phát triển Để làm được điều này buộc sinh vật phải thực hiện mộtchức năng sống của mình đó chính là Sinh sản!

Trong tự nhiên, có hai hình thức sinh sản phổ biến là Sinh sản vô tính và Sinh sảnhữu tính Mỗi hình thức phù hợp với từng bậc tiến hoá của sinh vật Thông thường,ở những loài có mức độ tiến hoá thấp, thường sử dụng hình thức sính sản vô tính;còn ở những loài có mức độ tiến hoá cao hơn thì sử dụng hình thức sinh sản hữutính Vậy một vấn đề đặt ra là tại sao khi trình độ khoa học kỹ thuật ngày càng pháttriển cao hơn, thì các nhà khoa học lại có xu hướng nghiên cứu trên các loài độngvật bậc cao – thậm chí trên cơ thể con người - nhằm tạo ra các thế hệ bằng hìnhthức sinh sản vô tính Vậy chứng tỏ sinh sản vô tính ngày càng thể hiện được tầmquan trọng trong nghiên cứu khoa học và việc nghiên cứu, mở rộng và áp dụngsinh sản vô tính để phục vụ cho mục đích của con người là rất cần thiết Nhưngviệc áp dụng sinh sản vô tính vào việc tạo ra các cá thể mới có phù hợp với quyluật tự nhiên và đạo lý sinh học hay không là một câu hỏi lớn đã và đang được bànluận xôn xao trong giới khoa học và những giới quan tâm

Bản chất của sinh sản vô tính là quá trình nguyên phân Ở đây, có sự phát triển củamột cá thể mẹ qua nhiều lần phân bào nguyên nhiễm, tiếp theo là sự tách rời mộtphần cá thể ấy, để hình thành nên một cơ thể con Cad tế bào con nhận được bộ gennguyên vẹn từ tế bào mẹ ban đầu, đến lượt mình, chúng lại cho ra các thế hệ con

cái tiếp theo (Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc, 2006, Công nghệ sinh học người

và động vật).

NỘI DUNG

I SINH SẢN VÔ TÍNH TỰ NHIÊN

1 Hình Thức Sinh Sản Vô Tính Tự Nhiên ở Động Vật Không Xương

Nảy chồi: các chồi phát triển đủ lớn sẽ tách rời khỏi cơ thể mẹ Trong vài trường hợp, cá thể con không rời khỏi cơ thể mẹ, chúng hợp thành một tập đoàn ngày cànglớn (quần thể san hô, tập đoàn Vonvox…) (Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc,

2006, Công nghệ sinh học người và động vật)

Hình 1.Hydra

Hình 1.1 Sinh sản bằng cách nảy chồi ở Thủy tức

Hình 2.Tập đoàn có hình cầu với hàng nghìn tế bào

Phân mảnh: Cá thể mẹ phân ra thành 2 hay nhiều phần bằng nhau, mỗi phần pháytriển thành cá thể mới Hải quỳ phân chia bằng hình thức này Ở giun đốt, nơi đầumút thân sẽ tạo thành cá thể mới, đầu và cơ quan thụ cảm sẽ hình thành trước khi

cá thể bố mẹ phân mảnh Dạng biến tấu khác được thấy ở bọt biển: một số tế bàochuyên biệt trở thành chồi mầm, chồi mầm được giải phóng, phát triển thành cá thể

mới (Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc, 2006, Công nghệ sinh học người và động vật)

Hình 3 Hải quỳ

Nhân đôi: Hình thành eo thắt, phân chia đều tế bào chất và nhân ( trùng biến hình,

trùng đế giày…) (Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc, 2006, Công nghệ sinh học người và động vật)

Hình 4 Một tế bào ban đầu, nhân phân chia, tế bào chất phân chia và hình thành

2 tế bào mới.

Tái sinh: Đó là hiện tượng tái tạo một phần cơ thể khi bị huỷ hoại Điều này thấy rõở sao biển: khi bị đứt mất một cánh, cánh này sẽ được mọc lại Bản thân sự tái sinhnhư vừa mô tả không được xem là sinh sản vì

không tại nên cá thể mới Nhưng trong một số

trường hợp, cũng con sao biển nói trên, khi bị cắt

thành nhiều phần thì những mảnh nhỏ có dính một

phần trung tâm sẽ tái sinh thành những con sao

biển mới Hiện tượng này chính là một kiểu sinh

sản vô tính (Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc,

2006, Công nghệ sinh học người và động vật)

Hình 5 Sao biển Asterias amurensis

Trinh sản: Là sự phát triển cá thể trưởng thành từ trứng không thụ tinh, nghĩa làkhông có sự tham gia của tinh trùng, chỉ có nhân nguyên cái tham gia vào sựphát triển Hiện tượng trinh sản phổ biến ở động vật bậc thấp

HÌnh 6 So sánh sự khác nhau giữa trứng bình thường và trứng trinh sản

Tùy thuộc vào trạng thái di truyền của trứng khi sự phát triển của phôi bắt đầu mà

có 2 hình thức trinh sản: đơn bội và lưỡng bội

Trinh sản đơn bội: Nhân của trứng trải qua các lần phân chia giảm nhiễm bìnhthường và tế bào trứng mang bộ nhiễm sắc thể đơn bội (n), không qua thụ tinhnhưng vẫn phát triển thành phôi rồi thành cơ thể đơn bội ( Nguyễn Sỹ

Mai,1988, Những kiễn thức cơ bản về di truyền học) Ví dụ như: ong, kiến, tò vò

và một số rệp, nhện…

Thường những cơ thể này có sức sống kém và hoàn toàn vô sinh nhưng đặc biệtở ong và một số loài không xương sống, trinh sản đơn bội lại làm xuất hiệnnhững con đực hữu thụ bình thường, chúng là những giao tử đã được “cơ thểhóa” có khả năng sản xuất tinh trùng không qua giảm phân ( Nguyễn Sỹ

Mai,1988, Những kiến thức cơ bản về di truyền học)

Trinh sản lưỡng bội: Ở một số động vật không xương sống như rận nước (

Daphnia ) và rệp cây (Aphis) vốn bình thường vẫn sinh sản hữu tính nhưng khi

gặp điều kiện sống không thuận lợi có thể chuyển sang trinh sản lưỡng bội Chúng sinh ra những trứng không qua giảm phân chứa 2n nhiễm sắc thể vàtrứng không qua thụ tinh phát triển thành cơ thể trưởng thành Cơ thể tạo ra

hoàn toàn giống bố mẹ Ở một số loài phụ thằn lằn núi Armenia cũng cón hiện

tượng này, trong quần thể của chúng hoàn toàn không có giống đực ( Nguyễn

Sỹ Mai,1988, Những kiễn thức cơ bản về di truyền học)

2 Hình Thức Sinh Sản Vô Tính Tự Nhiên ở Động Vật Có Xương Sống

Sinh sản vô tính là một hình thức tương đối hiếm ở động vật có xương sống.Nguyên nhân là hiện tượng này chưa được tìm hiểu rõ Lợi ích trước mắt của sinhsản vô tính là giúp quần thể phát triển nhanh chóng trong điều kiện ổn định Trongkhi đó, sinh sản hữu tính giúp sinh vật thích nghi nhanh hơn với sự thay đổi củađiều kiện môi trường

Một số sinh vật dị giao tử (heterogamy), vừa có khả năng sinh sản vô tính, vừa cókhả năng sinh sản hữu tính, tùy thuộc vào điều kiện môi trường

Sinh đôi cùng trứng ở người được xem là hình thức tạo dòng vô tính tự nhiên.Trường hợp này xảy ra rất ít, nguyên nhân chưa được tìm hiểu rõ ràng, mặc dù vềhình thức, hợp tử phân đôi thành hai tế bào phôi, từ đó hình thành nên hai cá thể,phát triển song song trong tử cung của người mẹ

Các hiện tượng đa sinh nhiểu hơn hai cá thể rất hiếm gặp trong tự nhiên

Loài tatu (armadillo) chỉ rụng trứng duy nhất

trong chu kỳ một năm Sau khi trứng được thụ

tinh, phôi phân chia nguyên nhiễm tạo thành 4

tế bào phôi, mỗi tế bào cho ra một con Như

vậy, có bốn con (đôi khi nhiều hơn) ra đời từ

một phôi ban đầu, tất cả tatu vừa được sinh ra

một lứa đều có bộ máy di truyền như nhau, và

tất nhiên cùng giới tính

Hình 7 Tatu Dasytus Bellus

(Bolivia, 2001)Trinh sản: Ở động vật có xương sống, trinh sản tự nhiên ở bò sát như thằn lằn đá

(Lacerta saxicola) và ở gà tây trong điều kiện tự nhiên có đến 40% trứng không

thụ tinh có khả năng phát triển, nhưng chỉ có tỉ lệ nhỏ phát triển thành gà con.Trong bệnh học người, trinh sản có thể là nguồn gốc của một số u quái Và người

ta có thể dùng nhiều tác nhân khác nhau như thay đổi nhiệt độ, pH, độ muối,tác nhân hóa học hay cơ học để tác động vào trứng để không xảy ra quá trình thụtinh nhưng vẫn phát triển thành cơ thể gọi là trinh sản nhân tạo Ví dụ khi trứng đãthành thục bằng xử lí lạnh hoặc axit, đặc biệt đối với những trứng đẻ vào nước.Một vài loài còn có khả năng biến đổi từ giới tính này sang giới tính khác bởi sựbiến động của chu kỳ hormone, khi nồng độ estrogen xuống thấp, cá thể bộc lộ cáctính trạng và hoạt động như con đực khi estrogen tăng cao chúng lại có biểu hiệnnhư con cái

Năm 1954, tại trại thí nghiệm Belvins (Mỹ), M Olsen phát hiện trong điều kiệnbình thường đã xuất hiện một tỷ lệ nhất định trứng gà chưa hề được thụ tinh (gà tâytrắng Belvins) Nhưng vẫn có khả năng phát triển thành phôi Ở một số loài khác,

sự trinh sản có những biến tầu và được coi là trinh sản không hoàn toàn, bao gồmcác hiện tượng mẫu sinh (gynogenesis), phụ sinh (androgenesis) và trinh sản giá(hybriogenesis)

 Mẫu sinh : Gần giống sự trinh sản thướng, cá thể con được sản sinh cùng cơchế như trinh sản, nhưng trứng cần phải được kích hoạt bởi một tinh trùng

để phát triển Tuy nhiên, tinh trùng không đóng góp bất kỳ nguyên liệu ditruyền nào cho thế hệ con non Ở những quần thể thiếu con đực, sự hoạt hóatrứng được thực hiện bằng cách con cái sẽ giao phối với những con đực củaloài nào đó có mỗi quan hệ gần gũi nhất

Hiện tượng mẫu sinh được Hubbs phát hiện vào năm 1932 ở các loài cávược đẻ con Mollienesia formosa và sau đó Golovinskaia, Rômashov(1974) ơhats hiện ở cá diếc bạc (Carassius auratus gibelio) Một kỳ giốngthuộc giống Ambystoma cũng sinh sản theo hình thức mẫu sinh, mặc dù đổikhi chúng có sự thụ tinh thực sự bởi con đực, nhưng rất hiếm (khoảng mộtphần triệu trường hợp giao phối), điều này giúp đổi mới vốn gen loài.

Hình 8.Kỳ giông Ambystoma

(Jim Bogart, 2003)

 Phụ sinh : Đây là quá trình tạo ra một cá thể lưỡng bội chỉ chứa thông tin ditruyền của con đực do vậy, quần thể loài phụ sinh chỉ bao gồm những conđực Tinh trùng của chúng sẽ được thụ tinh với trứng của loài có quan hệgần gũi Chẳng han, loài cá A nobillis sẽ thụ tinh với trứng của loàiCyprinnus carpio để tạo hợp tử, hợp tử phát triển tạo thành phôi Phôi chỉchứa nguyên liệu di truyền của con đực A, nobillis Rõ ràng, A nobillis chỉmượn trứng của Cyprinus carpio để phát triển loài

 Trinh sản giả : Nhiều tác giả gọi là trinh sản lai, bởi hiện tượng này khônghoàn toàn là sinh sản vô tính mà còn có tính chất bán dòng, hay nửa dòng(hemiclonal), với một nửa bộ gen được truyền cho thế hệ tiếp theo và mộtnửa còn lại được thay thế

Trong những loài trinh sản giả, con cái giao phối với con đực và cả hai đềuđóng góp nguyên liệu di truyền cho con của chúng Nhưng khi những concái trưởng thàn, các trứng do chúng sản xuất không chứa nguyên liệu ditruyền từ cha, mà chứa một bản sao chính xác nguyên liệu di truyền từ mẹ.Quá trình sinh sản tiếp tục thì cứ mỗi thế hệ sẽ mang một nửa vốn di truyềntừ mẹ và một nửa vốn di truyền từ cha.

Hình thức nói trên thường thấy ở chủng cá Poeciliopsis

Hình 9

(Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc, 2006, Công nghệ sinh học người và động vật)

III SINH SẢN VÔ TÍNH NHÂN TẠO - NHÂN BẢN VÔ TÍNH

1.Khái Niệm

Nhân bản vô tính là kỹ thuật tạo ra một cá thể mới mà không cần sự kết hợp giữahai giao tử đực và cái, mà chỉ cần một cá thể đơn lẻ có nhiều cách để thực hiệnnhưng có hai cách được đánh giá tỷ lệ thành công và phổ biến là tách phôi vàchuyển nhân

2.Phân Loại

Tách Phôi (Embryo Splitting)

Tách phôi: Một phôi được tách (in vitro) bằng vi thao tác thành hai phần (haynhiều hơn) gọi là kỹ thuật tách phôi, được phát triển đầu tiên bởi Willadsen (1979)với phôi cừu và ngày càng được biến đổi, hoàn thiện để phục vụ chăn nuôi, làmtăng số lượng phôi

Tách phôi làm đôi

Phôi có thể được tách bởi lưỡi dao nhỏ (microknife) (Williams và cs, 1982), hoặcbằng hai mũi pipette thủy tinh (Ozil và vs, 1982; Willadsen và Godke, 1984) Tuynhiên, một vài trường hợp, có thể tách phôi thành 3 hay 4 phần tương đối bằngnhau Phôi sau khi được tách làm đôi (phôi nửa _ half-embryo ) hoặc được bọc bởimàng ZP hoặc không, trước khi được chuyển vào mẹ nhận

Tỷ lệ mang thai trong hai trường hợp này khác nhau đôi chút Ở một số loài, cácphôi nửa phải được đặt vào trong màng ZP bởi chúng có xu hướng kết hợp và dunghợp vào nhau khi tiếp xúc, hình thành phôi khảm lớn hơn Chưa có bằng chứng nào

về những khiếm khuyết sau khi sinh cũng như những bất thường khác biểu hiện ởthế hệ con cái khi thực hiện quy trình này Có thể sử dụng nhều phương pháp đểtách phôi ở mỗi giai đoạn khác nhau, chẳng hạn dùng enzyme (phương pháp hóahọc); các yếu tố vật lý (siêu âm, laser…) hay tách bằng tác động cơ học (sử dụngdao hay các pipette) Tuy nhiên phương pháp cơ học vẫn được coi là tiện dụng và

an toàn hơn cả

a Điều kiện của phôi

Chỉ nên chọn các phôi được xác định chắc chắn là phát triển bình thường

Giai đoạn cuối của phôi dâu (phôi dâu già) hoặc giai đoạn đầu của phôi nang (phôinang sớm), khi khối tế bào đủ lớn và chưa biệt hóa sẽ cho kết quả tách đôi cao hơn

Hình 10 Hai con bê đầu tiên ra đời từ kỹ thuật cắt phôi tại Việt Nam

Viện chăn nuôi quốc gia – Từ Liên, Hà Nội, 2005

Nếu tách ở giai đoạn phôi dâu, chỉ cần chia hai khối mầm phôi; nếu cắt ở giaiđoạn phôi nang, cần chú ý ngoài phần nhân ra, thì phần lá nuôi (trophoblast)cũng phải được tách kèm Khi chia cắt phôi ở các giai đoạn muộn hơn, tế bàophôi đã biệt hóa hình thành nên các lá phôi, lúc này xác suất cho một cơ thểtrọn vẹn khó được đảm bảo, thông thường thai bị chết trước khi sinh

Hình 11 Cắt phôi làm đôi

a cắt phôi giai đoạn phôi dầu già b.cắt phôi giai đoạn blastocys sớm

b Thao tác kỹ thuật

Quan điểm thứ nhất: chỉ cắt nhân, sau đó trả nửa phôi đó vào màng ZP trướckhi nuôi cấy

Quan điểm thứ hai: sau khi tách (thường là phôi già) đem phôi đi cấy ngay,không cần đưa vào màng ZP

Có hai cách để cố định phôi, thứ nhất: cho các phôi bám vào đáy đĩa thao tác(như trình bày ở trên); cách thứ hai: sử dụng hai holding pipette cố định haiphôi cùng một lúc tại vị trí gần nhau sao cho thuận tiện thao tác Chú ý cáchnhận biết (tốt nhất là đánh dấu) để tránh nhầm lẫn trong thao tác giữa phôi tốt(lấy nhân) và phôi còn lại chỉ để lấy vỏ

Thao tác phôi theo quan điểm thứ nhất (a) (b) Dao cắt Dao cắt Pipette giữ Màng

ZP Khoảng không quanh noãn tương Lá nuôi Khoang phôi Tế bào gốc phôi

Khi phôi được cố định, dùng lưỡi dao cắt màng trong suốt, mở rộng vết cắtbằng pipette gạt, dùng micropipette hút nhân phôi (mầm phôi) ra ngoài Cốđịnh nhân phôi để cắt làm hai phần Hút một nửa đưa trở lại màng trong suốtvừa cắt, còn nửa kia đưa vào màng trong suốt khác của trứng đã loại nhân trước

đó Các màng trong suốt sẽ tự chúng hàn gắn lại sau đó để bảo vệ phôi (Ozil và

vs, 1982) Theo Elsdel và Seidel (1983) không cần đưa nhân phôi ra ngoài Saukhi cố định phôi, cắt mở màng trong suốt và tiến hành chia ngay nhân phôi khichúng còn ở trong màng Hút một nửa nhân ra ngoài cấy vào một màng kháccủa trứng đã loại nhân, nửa nhân còn lại đã có sẵn màng của chính nó Hai nửaphôi nói trên sẽ phát triển bình thường thành hai phôi mới Thời gian tiến hànhcàng nhanh càng tốt, cố gắng trong khoảng 20 phút cho một phôi (Vlanov và

cs, 1987) Cần chú ý khi chuyển phôi vào vỏ trứng, tránh không để tế bào sót,rơi rụng

Hình 12 Cắt phôi theo quan điểm thứ nhất

Thao tác phân tách phôi theo quan điểm thứ hai

- Gắn dao cắt vào hệ thống vi thao tác sao cho mũi dao thẳng góc với đáy đĩaPetri

- Đưa phôi vào đĩa có chứa sẵn 200-300 ml dung dịch nuôi cấy, đợi 3-5 phút,phôi sẽ bám xuống đáy của đĩa

- Sau khi phôi đã cố định và được quan sát rõ (dưới kính hiển vi phóng đạinhỏ), di chuyển bộ phận dao cắt xuống gần phôi, tăng độ phóng đại lên dần

- Lưỡi dao cho thấp xuống từ từ và đặt vào đúng giữa khối tế bào (giữa phôi),nếu là phôi nang phải cân đối để có thể chia 1/2 lá phôi cho mỗi nửa

- Cho dao thấp xuống nữa hướng tới đáy đĩa; khi dao đã chạm tới đáy: phôi đãđược cắt (điều khiển lưỡi dao chuyển động nhanh, dứt khoát)

- Chuyển phôi sang dung dịch nuôi cấy khác Hạn chế mọi tác động mạnh,không cần thiết vì phôi sau khi cắt rất mỏng manh và đã bị tổn thương Yêu cầu

cả hai phương pháp trên phải đảm bảo mỗi nửa phôi có được ít nhất từ 40 đến45% khối tế bào phôi còn nguyên vẹn Điều này cần lưu ý người thao tác vềviệc lựa chọn dụng cụ cắt

Sử dụng các dao cắt có chất lượng không tốt có thể phá vỡ từ 20-30% các tếbào phôi, với các loại dao tốt, tỷ lệ này có thể chỉ 10-15% Sau khi cắt, phôiđược nuôi cấy trong môi trường mới từ 2-3 giờ trước khi đem cấy

c Khả năng sống của phôi nửa (half-embryo)

Nhìn chung, nếu cắt phôi làm đôi và chuyển vào mẹ nhận thì số lượng con nontạo ra cao hơn so với cấy phôi nguyên (do số lượng được tính chung tăng gấpđôi), nhưng rõ ràng, khả năng sống của mỗi phôi nửa thấp hơn phôi nguyên, lý

do chưa được tìm hiểu kỹ Có thể vì sinh khối tế bào phôi nửa ít hơn phôinguyên nên tín hiệu tạo ra kháng với hoàng thể yếu hơn Tín hiệu này rất cầnthiết cho sự duy trì, phát triển của thai sau này

Hình 13 Cắt phôi theo quan điểm thứ 2

Sau khi được tạo ra, các phôi nửa có thể được chuyển vào mẹ nhận của cùngloài ở dạng tươi hay đưa vào đông lạnh để bảo quản Lưu ý rằng những tổnthương của đông lạnh, giải đông càng làm khả năng sống của phôi nửa giảm đihơn nữa

(Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc, 2006, Công nghệ sinh học người và động vật)

3 Tách phôi thành từng tế bào riêng rẽ

a Giới thiệu

Đây là kỹ thuật sử dụng hệ thống vi thao tác để tách rời các tế bào của phôigiai đoạn sớm (thường là 2-4 hay 8 tế bào) và mỗi tế bào sẽ phát triển (trongmột vỏ trứng mới- nếu là động vật hữu nhũ) thành một cơ thể hoàn chỉnh vớiđiều kiện thích hợp bởi chúng có tính toàn thế Đó chính là cơ sở có tínhnguyên tắc của kỹ thuật này

Những thí nghiệm tạo dòng động vật bằng tách phôi thành các tế bào riêng rẽđầu tiên được bắt đầu từ thế kỷ XIX Năm 1891, Hans Diresch đã tách rời các

tế bào phôi giai đoạn hai tế bào của nhím biển (sea urchin) bằng cách lắc vớinước biển, những tế bào rời đã phát triển thành những cá thể riêng biệt Hơnmười năm sau, một thí nghiệm tương tự với kết quả cũng tương tự được lập lạibởi Hans Spemann, nhưng trên đối tượng kỳ giông

Các thí nghiệm thời đó chưa kiểm soát được nhiệt độ cũng như hệ thống thaotác, hóa chất chưa tốt, nên kìm hãm sự ứng dụng của phương pháp này trênđộng vật hữu nhũ Thành công tách phôi đầu tiên trên gia súc với mục đíchnhân nhanh những loài có giá trị được tiến hành bởi Willasden (1979) và Ozil

và cs (1982) Đến nay, kỹ thuật này đã được ứng dụng thành công ở chuột nhà,chuột cống, thỏ, cừu, bò, heo và khỉ Rhesus

b Quy trình

 Tạo phôi: Chọn phôi ở giai đoạn sớm, các phôi này có thể đượcthu nhận bằng cách gội rửa tử cung con vật hay tạo ra trongphòng thí nghiệm

 Tách rời các tế bào: Các tế bào giai đoạn này liên kết với nhaukhá yếu nên để tách rời chúng, có thể dùng enzyme trypsin hoặclắc nhẹ trong môi trường ổn nhiệt, đồng thời không có các ion

Ca2+ và Mg2+

 Đóng gói tế bào phôi: Để các tế bào phát triển thành phôi, chúngđược bao bởi lớp ZP Các ZP có thể được tạo ra bằng cách hút bỏnoãn bào của tế bào trứng cùng loài hay khác loài, hoặc ZP nhântạo

 Nuôi cấy: Nuôi phôi in vitro đến giai đoạn blastocyst và cấytruyền vào mẹ nhận đã gây động dục đồng pha

(Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc, 2006, Công nghệ sinh học người và động vật)

4 Ý nghĩa

 Việc tăng số lượng phôi bò từ một phôi ban đầu giúp cho người chănnuôi có nhiều bê hơn, đặc biệt là những bê giống nhau về di truyền.Điều này rất có lợi cho việc đánh giá chính xác kiểu di truyền hoặc mộtyếu tố nào đó của điều kiện ngoại cảnh, ảnh hưởng đến năng suất haykiểu hình (phenotype) của vật nuôi nói chung Một cặp sinh đôi cùngtrứng có giá trị bằng cả nhóm đối chứng 10-25 hoặc nhiều hơn các bêbình thường khác

 Tách phôi giúp cho việc xác định giới tính sớm của vật nuôi

 Giúp cho các vấn đề nghiên cứu cơ bản và ứng dụng khác phát triển.Tuy nhiên, số lượng phôi tăng lên từ kỹ thuật tách, cắt không nhiều.Một chiến lược thao tác khác được đưa ra là chuyển nhân tế bào(nuclear transfer) hay cấy nhân tế bào (nuclear transplantation).

Hình 14 Ảnh chụp thao tác tách phôi chuột giai đoạn hai tế bào bằng

micropipette

(Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc, 2006, Công nghệ sinh học người và động vật)

5 Chuyển Nhân (Nuclear Transfer)

Chuyển nhân (2n) – Nuclear transfer (khác với chuyển gen - gene transfer ) là mộtphương thức điển hình của vi thao tác trong tạo dòng vô tính Khác với vi tiêm tinhtrùng, nhân tế bào sinh dưỡng của cơ thể trưởng thành (hay của tế bào phôi) đượcthu nhận và chuyển vào trứng trưởng thành (đã loại bỏ nhân) Kỹ thuật này giúptạo các dòng tế bào mới, và nếu tiếp tục phát triển, một ” phôi ” mới sẽ hình thành

để cho ra một cá thể mới thông qua cấy phôi Cá thể con ra đời có một ” bản sao ”DNA chính xác của chính cơ thể mẹ đã cung cấp nguồn tế bào sinh dưỡng ban đầunói trên Ngoài vi tiêm, thao tác chuyển nhân có thể còn được kết hợp hỗ trợ bằngcác kỹ thuật xung điện khác Chuyển nhân là một trong các kỹ thuật quan trọng củacông nghệ tạo dòng vô tính, nhưng không là phải kỹ thuật duy nhất Chẳng hạn cóthể tiến hành tách phôi (còn gọi là sự chia phôi), hay trinh sản để tạo dòng vô tínhđộng vật

6 Giới thiệu

Chuyển nhân là kỹ thuật then chốt của công nghệ tạo dòng động vật mà trong

đó biểu hiện đỉnh cao là các sản phẩm của nhân bản (cloning) vô tính Ở một

số động vật, đã có những tế bào phôi sớm chưa biệt hóa và cả các tế bào đã biệthóa với mức độ cao của cơ thể trưởng thành được sử dụng chuyển nhân thànhcông Trong những năm gần đầy, công nghệ chuyển nhân của tế bào phôi đượcứng dụng trên chuột khi sử dụng những tế bào gốc phôi thu nhận từ lớp ICM,phôi giai đoạn blastocyst Sau đó, nhiều kiểu tế bào đã biệt hóa thu nhận từ

phôi, thai hay tế bào của cơ thể trưởng thành (Wilmut và cs, 1997) được khaithác và sử dụng để chuyển nhân

Hình 15 Quá trình chuyển nhân tạo cừu Dolly

Sự ra đời của cừu Dolly như là một thuyết về tính toàn năng của tế bào sinhdưỡng trưởng thành đã mở ra nhiều cơ hội mới và hướng mới trong nghiêncứu Từ đó ra đời các thuật ngữ “ Chuyển nhân tế bào sinh dưỡng ” (Somaticcell nuclear transfer_SCNT) và “ Chuyển nhân tế bào phôi ” (embryonic cellnuclear transfer_ESNT) Theo trình tự thời gian, sau cừu Dolly, những độngvật khác lần lượt được tạo dòng vô tính bằng chuyển nhân tế bào: chuột nhắt(Wakayama và cs, 1998), bò thuần (Kato và cs, 1998), dê (Polejaeva và cs,2000), cừu rừng (Loi và cs, 2001), bò rừng minh–gaur (Hammer và cs, 2001),thỏ (Chesné và cs, 2002), mèo (Shin và cs, 2002), bò benteng (CBS NewsStories, 2003), la (Woods và cs, 2003), ngựa (Galli và cs, 2003), chuột (Zhou

và cs, 2003)… Ngoài ra, phôi blastocyst cũng đã được tạo dòng vô tính từ tếbào sinh dưỡng như trâu Bubalus bubalis (Saikhun và cs, 2002), Synceruscaffer (trâu Châu Phi) (Matshikiza và cs, 2004), linh dương Taurotragus oryx(Matshikiza và cs, 2004) Thai cũng được tạo dòng vô tính từ tế bào sinhdưỡng ở các loài linh trưởng (không phải người) (Ng và cs, 2004) Báo cáo vềthành công trong tạo dòng ở chó đầu tiên vào tháng 4 năm 2005 ở Hàn quốc.Trong kỹ thuật tạo dòng vô tính chó, vai trò của tế bào trứng và chu kỳ kinhnguyệt có ảnh hưởng rất lớn và tiến trình chín của trứng có đôi chút khác biệtvới các loài khác

7 Nguyên lý và quy trình cơ bản

Chuẩn bị truớc đĩa vi thao tác có chứa vài vi giọt môi trường được bao phủ bởidầu paraffin để ngăn cản sự bay hơi và nhiễm khuẩn Những vi giọt cho phépkiểm soát các nhóm tế bào riêng rẽ dễ dàng hơn khi nhiều trứng cùng nằmtrong đĩa đầy môi trường Ngoài ra, việc sử dụng phương pháp vi giọt có thểchứa nhiều loại môi trường, hóa chất khác nhau trong cùng một đĩa thao tác(chẳng hạn môi trường với những thành phần bổ sung: thuốc nhuộm huỳnhquang, hóa chất ức chế hình thành vi sợi, hóa chất rửa đầu tip… giúp việc vithao tác dễ dàng và nhanh hơn

Trứng trưởng thành in vivo cũng được sử dụng để tạo cytoplast trong các quytrình chuyển nhân, nhưng so với trứng trưởng thành in vitro , chúng quá khanhiếm Do vậy nhiều quy trình gần đây đều sử dụng các tế bào trứng chưatrưởng thành và nuôi cấy chín in vitro Một số nghiên cứu cho thấy có sự tương

tự giữa hai loại trứng này trong hiệu quả tạo dòng Tuy nhiên, trên thực tế ởmột vài quy trình khác, việc sử dụng trứng chín in vivo cho kết quả phôi pháttriển đến blastocyst cao hơn khi dùng trứng chín in vitro Chẳng hạn Ono và cs(2001) đã coi việc sử dụng trứng chín in vivo làm cytoplast như một gải pháp

để cải thiện sự phát triển của heo và chuột tạo dòng vô tính

Hình 16 Loại nhân tế bào trứng

Nếu nguyên liệu di truyền (nhân) được chuyển từ một tế bào này sang tế bàokhác, trước hết DNA của tế bào nhận phải được tách ra Trong trường hợptrứng còn được bao bọc bởi màng zona pellucida, nên loại bỏ nhân ở kỳ nghỉMII, bởi lúc này, NST đang được nén chặt và tập trung ở mặt phẳng xích đạocủa thoi vô sắc Quy trình chuyển nhân được khái quát gồm năm bước sau:

a Bước 1 - chuẩn bị cytoplast:

Các tế bào trứng chưa thụ tinh được sử dụng như là tế bào nhận nhân mới, saukhi loại bỏ nhân của chính chúng Các trứng này thường được thu nhận bằngphương pháp chọc hút buồng trứng, sau đó, nuôi trưởng thành in vitro và cuốicùng loại bỏ nhân Quá trình bao gồm việc loại bỏ các NST ở kỳ metaphase vàđẩy ra thể cực thứ nhất DNA ty thể của trứng vẫn phải còn trong nguyên sinhchất

b Bước 2, chuẩn bị tế bào cho nhân:

Các tế bào cho có thể lấy từ nhiều nguồn khác nhau với nhiều mức độ biệt hóakhác nhau Ngoài trường hợp sử dụng tế bào tuyến vú tạo cừu Dolly như đã