Khoảng 600 năm trước công nguyên, trên bờ biển Eđi thuộc xứ Ioni nước Hy lạp đã xuất hiện một số trường phái triết học về quan niệm sự sống Theo truyền thuyết của Anclemeon thế kỉ thứ XI trước Công nguyên là người đầu tiên đã giải phẫu động vật để miêu tả và quan sát sự phát triển của phôi gà. Do vậy ông được coi là người đầu tiên đặt nền móng cho phôi sinh học, một bộ môn nghiên cứu sự phát triển cá thể.
BÀI GIẢI : SINH HỌC PHÁT TRIỂN - SDH Phần A CÁC VẤN ĐỀ CHUNG Chương MỞ ĐẦU 1.1 Lược sử nghiên cứu sinh học phát triển - Khoảng 600 năm trước công nguyên, bờ biển Eđi thuộc xứ Ioni nước Hy lạp xuất số trường phái triết học quan niệm sống - Theo truyền thuyết Anclemeon kỉ thứ XI trước Công nguyên người giải phẫu động vật để miêu tả quan sát phát triển phôi gà Do ông coi người đặt móng cho phơi sinh học, môn nghiên cứu phát triển cá thể - Thế kỉ thứ XVII với thuyết “Tự sinh” cho sinh vật sống hình thành từ vật không sống qua việc quan sát xuất dòi (ấu trùng ruồi) thịt thối rữa Với thuyết gây tranh luận gay gắt rộng rãi kỉ XVII XVIII người theo thuyết sinh lực luận tâm - Cùng với phát kình hiển vi thương gia người Hà Lan Antonivan Lovenhuc (1632 – 1723) Các nhà khoa học sâu nghiên cứu mô phôi động vật - Nhà sinh lí học người Nga Caxpa Fridik Volf (1733 – 1794) người mở đầu chống lại thuyết “tiến thành luận” Luận án tiến sĩ mình ông mô tả phát triển hoa thực vật Theo ông chồi mầm “đỉnh sinh trưởng” cấu trúc chưa phân hoá đồng tạo thành Trong trình sinh trưởng số phân hoá thành hoa, số thành Trong phôi gà, mơ chưa phân hố thành quan nội tạng sau Vì vậy, thuyết Volf gọi thuyết biểu sinh Nhà động vật học người Pháp Etien Jofrua Saintiner (1772 – 1844) bổ sung chứng cho thuyết biểu sinh cách 1 tạo phát triển không bình thường cho phôi gà thu phôi quái hình - Người đặt móng cho nghiên cứu mơ thầy thuốc người Pháp Mari Frangxoa Xavie Bisa (1771- 1802) ông phát quan khác cấu tạo từ hợp phần khác hình dạng Ông gọi yếu tố hợp phần mơ - Năm 1805 -1855 nhà sinh lí học người Đức Huygo Fonbon gọi yếu tố hợp thành mô tế bào - Nhà sinh lí học người Nga Karl Makximovits Ber (1791 – 1871) nghiên cứu trả lời câu hỏi “Bằng cách từ trứng lại biến đổi thành thể độc lập?” Qua 10 năm nghiên cứu, ông cho xuất tác phẩm bàn vấn đề Chính ơng người phát triển đặt móng cho mơn phơi sinh học sinh học phát triển Trong công trình mình ông chứng minh rằng: trứng phát triển tạo thành lớp mơ chưa phân hố, lớp khởi sinh hình thành quan khác thể - Nhà sinh lí học người Đức, Robe Remac (1815 – 1865) nghiên cứu phát triển phôi động vật, phát phôi gồm khác ngoại bì, trung bì nội bì Như vậy, thấy phát triển phơi động vật đa bào trứng thụ tinh, trứng loài khơng có khác lớn Chỉ phơi phát triển có sai khác - Ngày nay, có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm giải thích sở trình phát triển nhóm sinh vật khác nhau, đặc biệt nghiên cứu sâu vào chất trình điều khiển trình phát triển sinh vật Vì vậy, nhiều trình phát triển sáng tỏ cấp độ tế bào phân tử Tuy nhiên, vấn đề phát triển sinh vật nhiều bí ẩn cần có nhiều cơng trình nghiên cứu cấp độ sâu 1.2 Đối tượng môn sinh học phát triển - Nghiên cứu qui luật phát triển cá thể, qui luật phát sinh hình thái chế kiểm tra mức độ khác (phân tử, tế bào, mô, quan thể) 2 - Nghiên cứu yếu tố điều khiển trình phát triển sinh vật đa bào - Nghiên cứu qui luật chuyển tiếp sinh giới từ bậc thấp đến bậc cao, từ đơn bào đến đa bào v.v 1.3 Nội dung môn sinh học phát triển Môn sinh học bao gồm nội dung - Phần sở phát triển đề cập đến vấn đề sở phân tử, tế bào phát triển, đồng thời khái quát hình thức sinh sản sinh vật, trình có liên quan mật thiết đến phát triển sinh vật - Nghiên cứu phát triển sinh vật bậc thấp (virut, vi khuẩn, tảo nấm) - Nghiên cứu trình phát triển yếu tố điều khiển trình phát triển thực vật động vật bậc cao 1.4 Một số khái niệm có liên quan 1.4.1 Sinh trưởng Sinh trưởng sinh vật q trình tăng khơng thuận nghịch kích thước (chiều dài, bề mặt, thể tích) khối lượng kèm theo tạo thành phần cấu trúc (tế bào, mơ, quan) thể 1.4.2 Phân hố Sự biến đổi mặt định tính thực nhờ hình thành mặt hình thái chức làm xuất sai khác chất tế bào, mô, quan gọi phân hoá 1.4.3 Tăng trưởng Tăng trưởng điều kiện cốt yếu sinh sản vì khơng có tăng trưởng thì phương thức sinh sản dẫn đến hệ sau có kích thước giảm dần, có nghĩa sống dần đến kết thúc Sự tăng trưởng mang tính đặc trưng cho lồi phụ thuộc vào yếu tố môi trường 1.4.4 Di truyền Là khả hệ sau lặp lại hệ trước dựa sở bố mẹ truyền cho phân tử AND Đồng thời nhờ sinh sản mà yếu tố di truyền tổ hợp lại 3 1.4.5 Phát triển Phát triển biến đổi chất cấu trúc, hoạt tính chức toàn thể phận cấu thành (tế bào, mơ, quan) tiến trình phát triển cá thể 1.4.6 Phát sinh cá thể (ontogenesis) hay chu trình sống Phát sinh cá thể (ontogenesis) hay chu trình sống tổng thể biến đổi chức hình thái di truyền gây nên thể từ thể hình thành hay mầm sinh dưỡng đến chết tự nhiên điều kiện bình thường ngoại cảnh 1.5 Quan hệ sinh trưởng phát triển - Sinh trưởng tạo điều kiện cho phát triển hay nói cách khác khơng có sinh trưởng thì khơng có phát triển Thí dụ: phơi cần có sinh trưởng kích thước số lượng tế bào chuyển sang nảy mầm hình thành thể non trẻ Một số loài (cà chua) thể phải có số lượng định chuyển sang trạng thái sinh trưởng sinh sản - Phát triển lại tạo cho sinh trưởng diễn với tốc độ hình thức khác Có thể nói sinh trưởng pháp triển qui luật triết học lượng chất Thí dụ: Ở Một mầm, giai đoạn non trẻ quan sinh dưỡng sinh trưởng mạnh, sang giai đoạn hoa, tạo quan sinh dưỡng ngừng sinh trưởng Các sống lâu năm, hoa kết nhiều lần vòng đời có tượng tương tự Khi hình thành hoa, quan sinh dưỡng sinh trưởng chậm 4 Chương CƠ SƠ CỦA SỰ PHÁT TRIẺN 2.1 Cở sở phân tử phát triển Quá trình phát triển thể đa bào trứng thụ tinh thể chết tự nhiên Khơng có tế bào trứng hay tinh trùng có sãn tính trạng Trong trứng tinh trùng chứa sãn chương trình phát triển cá thể dạng hệ thống gen Chương trình mang tính đặc thù cho loài, cá thể số lượng gen, trình tự thời gian hoạt động chế tác động gen 2.1.1 Kích thước, tổ chức tính phức tạp gen + Khơng có bất kì trứng hay tinh trùng có sãn tính trạng thể mà chứa hệ thống gen qui định phát triển thể Tuy nhiên, loài gen lại có khác Chính vì phát triển lồi lại mang tính đặc trưng + Kích thước gen có mối qua hệ đến phức tạp thể Thí dụ: E.coli gen có 0,47 108 cặp bazo (cb); ruồi giấm có 2.108 cb; người có 30.108 cb + Tổ chức gen sinh vật nhân sơ (Procaruota) - ADN không liên kết với protein histon - Đa số gen mã hóa phân tử protein - Gen Procaruota không phân mảng + Tổ chức gen sinh vật nhân chuẩn (Eukaryota) - ADN liên kết với protein histon vì mở mã di truyền gen vào giai đoạn lại khác - Trong hệ gen có nhiều gen lặp: người ADN dài 1,2 m, thực chất người có 30000 – 40000 gen lại gen lặp - Đa số gen phân mảng, có số khơng phân mảng - Ngồi gen nhân, chúng có gen ngồi nhân 2.1.2 Sự biểu gen sinh học phát triển 5 2.1.2.1 Sự biểu gen sinh vật tiền nhân (Procaruota) - Trong thể vi khuẩn gen xếp thành Operon Một operon gồm gen cấu trúc gen điều tiết Sự mã tổng hợp phân tử protein gen cấu trúc gen điều tiết điều khiển a Cấu trúc chế hoạt động Lac – operon Lac – operon vi khuẩn E.coli Francois Jacob Jacques Monod viện Pasteus Paris mô tả vào năm 1961 + Trong sinh vật Procaruota gen cấu trúc thành operon, hoạt động operon có liên quan đến sinh trưởng phát triển thể + Cấu trúc operon (hình 1) - Trong operon gồm vùng: vùng khởi động (P); vùng huy (O) gen cấu trúc Điều hòa operon có gen điều hòa R (gen R khơng nằm operon) + CÊu tróc Lac- opreon theo F Jacop vµ J Mono (1961) Hình Mơ hình cấu trúc operon (theo N.A Camplell CS 1977) A Lac – operon đóng; B Lac- operon mở mơi trường có lactozo - Vùng khởi động (P) khởi động trình mã gen cấu trúc 6 - Vùng điều hành (O) điều hành gen cấu trúc - Gen cấu trúc gồm gen: gen1: tổng hợp β -galactosidaza; gen 2: tổng hợp permeaza; gen 3: tổng hợp enzim transacetylaza + Operon đóng: bình thường gen R mã tổng hợp protein điều hòa, protein gắn vào vùng O làm cho gen cấu trúc không mã, tổng hợp enzim + Operon mở: mơi trường có lactozo đóng vai trò chất cảm ứng liên kết với protein điều hòa Vì vậy, vùng O giải phóng Enzim ARNpolimeaza xác tác trình mã gen cấu trúc 1, 2, để tổng hợp enzim β -galactosidaza; polimeaza; transacetylaza tham gia vào phân hủy đường lactozo b Cấu trúc chế hoạt động Trp - operon Hình 2.2 Cấu trúc chế hoạt động Trp - operon Hệ thống tryptophan có cấu trúc tương tự hệ thống lactozo gồm gen điều ḥa R operon tryptophan (promoter, operator gen cấu trúc) gen cấu trúc xác định enzim xếp theo thứ tự tương ứng chức xúc tác theo tŕnh tự phản ứng chuỗi biến dưỡng tryptophan (hình 2.2) Sự khác 7 với hệ thống Lac-operon gen điều ḥa Gen điều ḥa tryptophan tổng hợp thường xuyên protein aporepressor, chất ḱm hăm mà riêng khơng có hoạt tính Khi tryptophan dư thừa trở thành chất động ḱm hăm (holorepressor) có hoạt tính Phức hợp gắn vào operator trp – operon làm dừng phiên mă gen cấu trúc Khi nồng độ triptophan thấp, tách khỏi phức kĩm hăm protein aporepressor hoạt tính Lúc operator lại mở ARN polymerase dịch mă gen cấu trúc để dịch mă enzim tổng hợp tryptophan (hh́nh 2) Sự điều ḥa kiểu gọi điều hóa ngược (retro-inhibition) sản phẩm cuối có mơi quan hệ nghịch (feed – back) hình 2.3 Hình Sự kiểm sốt âm đối với operon tryptophan E.coli Như vậy, hoạt động hệ thống Trp – operon ngược lại với hệ thống Lacoperon: có tryptophan thì operon đóng, thiếu tryptophan thì operon mở + ý nghĩa: Nhờ có khả điều hòa mà thể tổng hợp trp nguồn dinh dưỡng thiếu, đồng thời dừng trình mơi trường có đủ trp Như vậy, thể tiết kiệm vật chất lượng, giúp sinh trưởng- phát triển bình thường 2.1.2.2 Sự biểu gen sinh vật nhân chuẩn (Eucaryota) - Khác với sinh vật nhân sơ, sinh vật nhân chuẩn có màng nhân, màng có vai trò ngăn cách máy phiên mã (sao mã) máy dịch mã (giải mã) Vì vậy, trình phiên mã dịch mã diễn không đồng thời 8 - ADN sinh vật nhân chuẩn liên kết với histon để hình thành cấu trúc lớn nucleoxom, sợi nhiễm sắc nhiễm sắc thể (NST) Chính đóng gói giúp q trình điều khiển phát triển cá thể Ở mô, quan tương tác gen với môi trường bên mơi trường bên ngồi mà gen hoạt động mã hay khơng mã Hình 2.4 Mơ hình mở xoắn NST mơ khác thể Thí dụ 1: Các thí nghiệm quan sát NST tế bào mô khác thấy hình dạng NST trạng thái tháo xoắn khác (hình chổi rửa ống nghiệm), điều gen mô mã khác (hình 2.4) Thí dụ 2: Khi quan sát NST X người ta thấy đống xoắn NST X động vật có vú có khác nhau, có NST X (XX) thì có NST X hoạt động, bị đóng gói chặt hoạt tính gọi thể Barr (Barr body) hình 2.5 NST X hoạt động NST X bất hoạt (thể Barr) Hình 2.5 Sự mất hoạt tính NST X tế bào mèo Calico (theo N.A.Campbell CS 1977) - Tổ chức gen sinh vật nhân chuẩn có khác với sinh vật sơ Sinh vật nhân chuẩn có hai loại gen 9 + Gen phân đoạn: cấu trúc có đoạn khơng mã hoa (intron) đoạn mã hóa thơng tin cấu trúc axit amin (exon) + Gen không phân đoạn không chứa đoạn intron Thí dụ: gen Histon cầu gai gen sốc nhiệt ruồi giấm (Drosophila) - Sự điều tiết gen sinh học phát triển sinh vật nhân chuẩn có nhiều mức độ + Điều hòa đóng tháo xoắn NST dựa vào chứng tháo xoắn NST mô khác (xem phần trên) + Điều hòa mức cấu trúc gen: gen phân đoan khơng phân đoạn + Điều hòa mức phiên mã: kết nghiên cứu vấn đề chủ yếu đối tượng ruồi giấm, thực vật có số kết nghiên cứu Arabidopsis thaliana (cải soong) Tuy tế bào chứa gen nhau, mở mã gen để mã tùy thuộc tín hiệu hóa học (thường phytohoocmon vitamin) Sự điều hòa phiên mã phụ thuộc vào enzim ARN- polimeaza định cư vị trí khác tế bào * ARN polimeaza I định cư nhân tổng hợp rARN * ARN polimeaza II định cư chất tổng hợp pro-ARN * ARN polimeaza III định cư chất tổng hợp tARN I E1 I I E3 I I E1 I I E3 I Gen Pre-ARN E1 mARN 10 E1 E2 E3 E2 E1 E3 10 E3 E2 Hình 4.5 Sinh sản hình thức nảy chời động vật b Sinh sản phân mảng (Framentation) - Là tượng thể hình thành thừ phân thể mẹ - Thí du: Sự sinh sản Hải quì, giun dẹt (Planaria) mảnh thể tách phát triển thành thể c Sự tái sinh hình thành thể mới (Regeneration) - Tái sinh tái tạo phần thể mất, thân tái sinh túy không coi hình thức sinh sản Nếu tái sinh đạt đến trình độ hình thành thể thì coi hình thức sinh sản gọi tái sinh - Thí dụ: Sao biển thể bị tách thành nhiều phần thì phần chứa đĩa trung tâm tái sinh thành thể biển mới, phần khơng có đĩa trung tâm khơng phát triển thành thể d Sinh sản vô tính động vật bậc cao Ở động vật bậc cao sinh sản vơ tính hiếm, chúng xuất sớm phát triển hợp tử Thí dụ tượng sinh đôi trứng người e Sinh sản vô tính nhân tạo động vật bậc cao Sự sinh sản vơ tính nhân tạo động vật bậc cao thực chất nhân vơ tính 4.1.4 Sinh sản hữu tính 4.1.4.1 Khái niệm - Sinh sản hữu tính hình thức sinh sản có tham gia giao tử đực với giao tử để hình thành hợp tử, kèm theo tái tổ hợp vật chất di truyển - Bản chất sinh sản hữu tính kết hợp nhân đơn bội giao tử đực với giao tử cái, có tái tổ hợp vật chất di truyền Vì vậy, sinh sản 52 52 hữu tính gồm khái niệm độc lập sinh sản hữu tính liên quan đến tái tổ hợp vật chất di truyển 4.1.4.2 Sinh sản hữu tính động vật bậc thấp - Ở động vật bậc thấp chưa có khác biệt rõ rệt giới tính Do vậy, sinh sản hữu tính thể đơn gian qua tượng tiếp hợp (Conjugation), Hiện tượng tiếp hợp thường gặp nguyên sinh động vật trùng đế giầy (trùng cỏ) - Quá trình tiếp hợp trùng đế giầy: Bình thường trùng đế giầy chủ yếu sinh sản hình thức trực phân để hình thành cá thể mới, số trường hợp (chưa rõ nguyên nhân, tượng tiếp hợp thường thấy trùng cỏ sống môi trường gặp khó khăn nguồn dinh dưỡng) xảy tượng tiếp hợp cá thể áp “miệng” vào hình thành cầu nối cá thể gọi cầu tiếp hợp, qua cầu tiếp hợp cá thể trao đổi vật chất di truyền với (trao đổi nhân), sau cá thể tách Trong tiếp hợp khơng có tượng hình thành thể có trao đổi vật chất di truyền (hình 4.6) Hình 4.6 Sơ đờ tiếp hợp trùng đế giày A Hai cá thể ban đầu; B Hai cá thể tiếp hợp C Nhân nhỏ giảm phân nhân đôi lần tế bào đơn bội (n), nhân lớn tiêu biến D Các nhân nhỏ tiêu biến mỗi thể còn nhân nhỏ E Nhân nhỏ phân chia tạo thành nhân bất động nhân di động 53 53 F Nhân di động của cá thể theo cầu tiếp hợp sang cá thể khác đồng với nhân bất động của thể G Nhân lưỡng bôi hình thành của mỗi cá thể phân chia nguyên nhiễm để hình thành nhân lớn nhân nhỏ tách hình thành cá thể đã có biến đổi vật chất di truyền - Tiếp hợp trùng đế giày không hình thành hai thể có tái tổ hợp lại vật chất di truyền Vì vậy, vật chất di truyền thể có đổi so với ban đầu Chính vì vậy, tiếp hợp coi hình thức sinh sản hữu tính (tuy nhiên sơ khai) 4.1.4.3 Sinh sản hữu tính động vật bậc cao Sinh sản hữu tính hình thức sinh sản phổ biến động vật bậc cao Trong sinh sản hữu tính ln có tham gia giao tử đực (♂) giao tử (♀) để hình thành hợp tử Cở sở hình thức sinh sản tượng giảm phân hình thành giao tử thụ tinh hình thành hợp tử có tái tổ hợp vật chất di truyền Thí dụ sinh sản hữu tính gà (hình 4.7) 54 54 Hình 4.7 Sơ đờ sinh sản hữu tính gà 4.1.5 Các hình thức sinh sản đặc biệt a Trinh sinh Trinh sinh hình thức sinh sản mà nỗn phát triển thành thể khơng qua thụ tinh, khơng có tham gia nhân nguyên đực + Trinh sinh đơn bội: trứng đơn bội hình thành giảm phân không qua thụ tinh phát triển thành thể mới, thể hình thành hình thức sinh sản đơn bội (thí dụ: trinh sinh ong, mối) Ở loài ong, ong đực đơn bội, ong chúa ong thợ thể lưỡng bội (2n) qua thụ tinh ni dưỡng khác Vì vậy, có ong chúa quan sinh dục phát triển hoàn thiện có khả sinh sản ong thợ quan sinh dục phát triển kém khơng có khả sinh sản + Trinh sinh lưỡng bội: hình thức sinh sản trứng hình thành không qua giảm phân (2n), sau trứng phát triển thành thể Hiện tượng trinh sinh lưỡng bội xảy phần hay tồn vòng đời lồi + Trinh sinh phức tạp: hình thức sinh sản trứng qua giảm phân lại tự nhân đôi thành lưỡng bội, từ trứng hình thành thể không qua thụ tinh Hình thức sinh sản thường gặp số lồi cá, lưỡng cư thằn lằn Thí dụ hình thức trinh sinh phức tạp thường gặp loài thằn lằn Cnemidophonus Uniparens b Mẫu sinh (Gynogenese) Là tượng sinh sản trứng qua thụ tinh nhân nguyên đực bị tiêu biến nhân nguyên tham gia vào hình thành cá thể Do vậy, tinh trùng có vai trò kích thích hay hoạt hóa trứng Thí dụ: Ở cá diếc bạc quần thể toàn cá thể chúng thường thụ tinh với tinh trùng cá chép đực hoạc cá diếc vàng đực, sau nhân tinh trùng bị thối hóa c Phụ sinh (Androgenese) 55 55 Là hình thức sinh sản trứng qua thụ tinh nhân nguyên lại tiêu biến có nhân nguyên đực với trứng để hình thành thể Thí dụ: phụ sinh nhân tạo tằm cách chiếu xạ để phá hủy toàn nhân nguyên để toàn tằm đực d Hiện tượng lưỡng tính (Hermaphroditism) Là tượng thể có hệ sinh dục đực hệ sinh dục Quá trình thụ tinh tự thụ (sán dây) giao phối (giun đất) 4.1.6 Nhân bản vơ tính (Cloner) 4.1.6.1 Lược sư nghiên cứu nhân bản vơ tính - Các kết nghiên cứu đặt móng cho nhân vơ tính nhà khoa học nghiên cứu sớm từ đầu thập niên 50 kỷ XX, thí nghiệm chuyển nhân tế bào xoma vào tế bào trứng loại bỏ nhân để kích thích phát triển thành phơi nhằm mục đích nghiên cứu chế phân hóa tế bào, chế tương tác nhân tế bào chất - Đầu năm 60 kỷ XX thành công việc đưa nhân lưỡng bội từ tế bào phôi ếch vào tế bào trứng loại nhân thu nòng nọc Sau 10 năm nhà khoa học trường Đại học Oxford thành công với việc đưa nhân tế bào da ếch trứng ếch loại bỏ nhân thu nòng nọc - Sang thập niên 80 kỷ XX nhà khoa học giới thành công việc chuyển nhân tế bào xoma vào trứng loại bỏ nhân cừu, bò, dê thu phơi bào - Năm 1996 Ian Wilmus thành công nhân vơ tính cừu Megan Morgan (cừu Dolly) từ tế bào phôi ngày tuổi (lúc phơi có khoảng 120 tế bào có phân hóa) - Ngày có nhiều nước, trường Đại học, Viện nghiên cứu giới công bố nhân vơ tính thành cơng lồi trâu, ngựa, lợn, chuột v.v 4.1.6.2 Bản chất nhân bản vơ tính 56 56 Bản chất nhân vơ tính tượng chuyển nhân tế bào xoma vào tế bào trứng loại nhân, để kích thích tế bào trứng phát triển thành phơi, sau thành thể a Nhân bản vô tính cừu Dolly - Ngày tháng năm 1996, Ian Wilmus CS viện Roslin (Edinburgh, Scolland) công bố nhân thành công cừu Dolly nhân vô tính - Các khâu nhân cừu Dolly Wilmus (hình 4.8) + Bước 1: Tách tế bào xoma (tế bào núm vú) thể cho tách tế bào trứng thể cho trứng + Bước 2: Loại nhân tế bào trứng đưa nhân lưỡng bội tế bào xoma tế bào trứng + Bước 3: Nuôi tế bào nhận nhân mơi trường dinh dưỡng hợp lí để tế bào phân chia thành phơi + Bước Cấy phơi vào cừu mang thai để phơi phát triển thành thể Cừu Dolly giống với cừu cho nhân sinh dưỡng (2n) Vì cừu Dolly thực chất nhận tồn thơng tin di truyền 2n tế bào thể cho nhân Tuy nhiên, số tính trạng mang tính trạng ngồi nhân 57 57 Hình 27 Sơ đờ nhân bản vơ tính cừu Dolly Wilmus CS Bí thành cơng Wilmus CS giải không đồng nhịp phân chia nhân tế bào xoma với nhịp phân chia nhanh tế bào chất cách làm nghèo dần môi trường nuôi cấy để kìm hãm hoạt động nhân pha G0 đồng thời kết hợp với kỹ thuật đại dùng xung điện hoạt hóa trứng Nhờ kết hợp hồn hảo chu kỳ nhân noãn b Ý nghĩa nhân bản vơ tính + Nhân bàn vơ tính mở triển vọng sản xuất động vật chuyển gen mà hiệu suất vấn đề thấp + Đối với y học, nhân vơ tính mở hy vọng sản xuất quan nội tạng người + Đối với sinh học phát triển, nhân vô tính mở triển vọng nghiên cứu hoạt động gen trình phát triển v.v c Những bất lợi có nhân bản vơ tính - Sử dụng nhân vơ tính qui mơ lớn dẫn đến giảm tính đa dạng sinh học - Theo qui luật thông thường tế bào mẹ cho nhân trải qua nhiều lần phân chia nên không tránh khỏi sai lệch - Cơ thể nhân vơ tính dễ mắc bệnh tế bào mẹ bị già hóa v.v 4.1.6.3 Các kết quả nhân bản vơ tính triển vọng Sau kết thành công nhân vô tính cừu Dolly, ngày nhà khoa học thành cơng việc nhân vơ tính nhiều lồi khác Các kết nhiều nước nhiều phòng thí nghiệm giới cơng bố có nhiều ý kiến bàn ln vai trò nhân vơ tính 58 a Một số kết quả nhân bàn vô tính thế giới 58 - Ngày 02/10/2001 Anh cơng bố nhân vơ tính thành cơng cừu hoang Mouflou - Ngày 23/11/2001 nhà khoa học Mỹ cơng bố nhân vơ tính thành cơng bò - Ngày 06/01/2002 nhà khoa học Mỹ cơng bố lợn nhân vơ tính chào đời - Ngày 11/02/2003 nhà khoa học Ấn Độ kết hợp với nhà khoa học Iran cơng bố nhân thành cơng lồi báo - Ngày 30/5/2003 nhà khoa học Mỹ công bố thành cơng nhân vơ tính la có tên Idoho Gem - Ngày 07/08/2003 ngựa nhân vơ tính từ giống ngựa đua tiếng Italia chào đời - Ngày 26/09/2003 số chuột đồng nhân vơ tính đời Trung Quốc Pháp Cho đến hầu hết loài thú mèo, lợn, gấu trúc, thỏ v.v nhà khoa học giới công bố nhân thành công b Tương lai nhân bản vô tính Tương lai việc nhân vơ tính đa dạng nhiều vấn đề cần bàn cãi Theo nhà khoa học giới nhân vơ tính mở nhiều triển vọng lớn - Nhân vơ tính lồi động vật bị tuyệt chủng có nguy bị tuyệt chủng Ngày 22/09/2001 nhà khoa học giới dự định nhân vơ tính voi ma mút Jarkor bị tuyệt chủng cách 20000 năm Ngày 29/05/2002 nhà khoa học Oxtraylia tuyên bố tái tạo thành công số gen loài hổ Tasmanina bị tuyệt chủng - Nhân vơ tính vấn đề thay số quan nội tạng người nhiều nhà khoa học quan tâm 59 59 Ngày 12/08/2002 nhà khoa học Scotlen – Mỹ – New zealand nhân vơ tính thành cơng lợn mini có quan nội tạng thận, gan v.v phù hợp với quan nội tặng người Tháng năm 2002 công ty PPL Thepapeuties Anh cho đời lợn mini đường nhân vơ tính thiếu gen α – 1-galacto syltransferase Các gen mã hóa loại enzim, enzim có vai trò bổ sung loại đường cho bề mặt tế bào lợn Kháng thể người cơng tế bào mang phân tử đường Vì vậy, quan cấy ghép bị đào thải Với kết trên, loại lợn thiếu gen cho nội tạng hạn chế tượng đào thải quan - Tạo Chimera + Chimera kết hợp hay nhiều loài thành thể, Chimera mang đặc điểm ưu việt loài + Chimera huyền thoại: Loài người có mơ ước vật mang đầu người (ưu thể trí tuệ lồi người) mình thú (ưu sức mạnh thú) Nhân Sư; Nhân Mã; Nàng Tiên Cá v.v + Ngày có số tài liệu cơng bố (tuy nhiên tính trung thực tài liệu chưa kiểm chứng) Ngày 12/11/1998 tiến sĩ Jose Gbecli Massachusett thông báo mạng cho cần năm ông cộng lấy nhân nguyên vẹn tế bào người chuyển vào tế bào trứng bò Nhân kích hoạt phân chia họ hủy bỏ kết giai đoạn 32 tế bào Năm 2004 nhà khoa học bệnh viện Mayo (Mỹ) đưa thông tin cho họ nhân số lợn mang gen sản sinh máu giống máu người v.v 60 60 PHẦN B SỰ PHÁT TRIỂN CỦA SINH VẬT BẬC THẤP Chương SỰ PHÁT TRIỂN CỦA SINH VẬT BẬC THẤP 5.1 Sự phát triển virus - Vòng đời virus đơn giản, sau toàn thể hay phần thể (phần lõi ADN ARN) xâm nhập vào tế bào vật chủ chúng tồn hai dạng dạng tan dạng tiềm tan (lysogenic) Vì vậy, chu kỳ sống virus thấy thay đổi số lượng khó thấy dấu hiệu phát triển 61 61 Hình 5.1 Chu trình sống virus quan hệ giữ sinh tan tiềm tan (theo Sylvia S Mader, 1996) 5.2 Sinh vật bậc thấp có phát triển đồng nghĩa với phát triển Ở đa số sinh vật đơn bào vòng đời thường tường đối đơn giản, sau nhân đôi hình thức trực phân, chúng lớn lên đến kích thước định lại tiếp tục phân chia Do vậy, sinh trưởng chúng đồng nghĩa với phát triển Tuy nhiên, số sinh vật bậc thấp phát triển phức tạp vòng đời có dấu hiệu phát triển thay đổi hình thái cấu trúc tế bào, cấu trúc NST, điểm hình khả tạo bào tử gặp điều kiện sống bất lợi 5.2.1 Sự phát triển vi khuẩn Baccillus Vòng đời vi khuẩn Baccillus phức tạp Trong vòng đời giai đoạn sinh dưỡng tế bào có hình que, thành tế bào dày cứng Khi gặp điều kiện bất lợi chúng chuyển sang giai đoạn sinh bào tử tĩnh có cấu trúc thành dày, hàm lượng nước bào tử thấp vì hoạt động chuyển hóa vật chất ngừng hẳn Ở trạng thái chúng bền tác động nhiệt độ, hóa chất, xạ v.v Chính vì chúng tồn qua nhiều năm Khi gặp điều kiện thuận lợi bào tử lại phát triển thành tế bào sinh dưỡng (cơ thể mới) Như vậy, vi khuẩn Baccillus có dấu hiệu phát triển Thí dụ: Q trình tạo bào tử Baccillus Subtilis Đầu tiên ADN nhân đơi, sau thành tế bào mọc sâu vào bên tạo vách ngăn, tách nucleic thành phần, phần nucleic thứ bao bọc tế bào chất tiền bào tử, phần nucleic thứ hai nằm phần lớn tế bào 62 62 chất gọi tế bào mẹ Tiếp theo màng tế bào mẹ lại tiếp tục bao quang tiền bào tử → bào tử có lớp tế bào (một thân tế bào mẹ) Tiền bào tử tích lũy thêm Canxi từ axit dipicolinic làm cho thành dày, màng bào tử dày thêm nhờ nhiều protein khác nhau, cuối bào tử rút nước Nhờ enzim tế bào mẹ bào tử giải phóng bên ngồi (hình 5.2) Hình 5.2 Chu trình sống tạo bào tử B Subtilis 5.2.2 Sự phát triển tảo đơn bào Tảo đơn bào thể tế bào vòng đời có phát triển rõ rệt, có biến đổi hình thái, chí có xen kẽ giai đoạn lưỡng bội đơn bội Sau ta xét vài đại diện để chứng minh a Tảo Acetabularia - Vòng đời Acetabularia phức tạp, giao tử đơn bội (n) kết hợp thành hợp tử (2n), hợp tử phát triển sau 60 ngày thành dạng giống « » phức tạp có (rễ, thân, mũ), nhân nằm phần rễ Khi trưởng thành nhân phân chia di chuyển lên mũ Tại mũ nhân giảm phân cho nhiều túi bào tử chứa giao tử, giao tử giải phóng lại kết hợp với thành hợp tử chu trình sống lại lặp lại (hình 5.3) 63 63 Hình 5.3 Chu trình sống tảo Acetabularia - Các dấu hiệu phát triển Acetabularia + Trong vòng đời có khác biệt vị trí nhân tảo + Trong vòng đời có khác biệt NST thể trưởng thành (2n) giao tử (n) + Đã có kết hợp giao tử trình hình thành hợp tử 2n + Hợp tử thể trưởng thành có khác biệt b Tảo xanh (Chlomydomonas) - Vòng đời tảo xanh chia làm giai đoạn, trưởng thành gặp điều kiện thuận lợi chúng sinh sản vơ tính, từ động bào tử nhân đôi, động bào tử phát triển thành thể đơn bội (n) Khi gặp điều kiện sống bất lợi chúng sinh sản hữu tính, đẳng giao tử kết hợp với tạo hợp tử (2n) Hợp tử sau thời gian giảm phân cho bào tử đơn bội phát triển thành thể trưởng thành (hình 5.4) - Các dấu hiệu phát triển Acetabularia + Trong vòng đời có khác biệt NST thể trưởng thành (2n) giao tử (n) + Đã có kết hợp giao tử trình hình thành hợp tử 2n + Hợp tử thể trưởng thành có khác biệt 64 64 Hình 5.4 Chu trình sống tảo xanh 5.2.3 Chu trình sống nâm Ở nấm dấu hiệu phát triển khả rõ nét thí dụ chu trình sống nấm nhầy (Dictyostelium discoideum) vòng đời gồm giai đoạn (hình 5.5) đơn bào đa bào sống Hình 5.5 Chu trình sống nấm nhày (Dictyostelium discoideum) (theo Gibert, 1994) + Giai đoạn đơn bào (Aggregation) hình thành từ bào tử sống tư amit có khả di động sống độc lập Khi môi trường nghèo thức ăn mật độ thể đơn bào lớn amit hội tụ với từ vài chục đến vài ngàn cá thể thành khối nhầy dạng sên giống thể đa bào (Magation) + Khi môi trường thuận lợi dạng khối nhầy biến đổi thành thể quả, từ khối nhầy mọc lên thể hình nấm (gồm đĩa gốc, cuống dài thể quả) (Mature fruiting body) Trong thể có nhiều bào tử, bào tử giải phóng tạo thể amit 65 65 66 66