Bài viết trình bày sự khác biệt về hình thái học và tỷ lệ tự nhiên của tinh trùng X và Y, khác biệt về kiểu bơi và di chuyển của tinh trùng X và Y, khác biệt về độ bền tuổi thọ của tinh trùng X và Y, khác biệt về điện tích của tinh trùng X và Y, khác biệt về độ pH thích hợp đối với hoạt động của tinh trùng X và Y,...
ĐỘNG VẬT VÀ VẤN ĐỀ KHÁC CHĂN NUÔI CHĂN ĐỘNGNUÔI VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ CÁC KHÁC SỰ KHÁC BIỆT GIỮA TINH TRÙNG X VÀ Y LÀM CƠ SỞ CHO VIỆC PHÂN LY GIỚI TÍNH TINH TRÙNG VẬT NI Ngơ Thành Trung1*, Trần Thị Chi1, Vũ Hải Yến1, Trịnh Thị Linh Chi1 Sử Thanh Long1 Ngày nhận báo: 30/01/2021 - Ngày nhận phản biện: 25/02/2021 Ngày báo chấp nhận đăng: 15/03/2021 MỞ ĐẦU Mỗi tinh trùng tế bào sinh dục đực có khả thụ tinh cho tế bào trứng, chúng mang thơng tin di truyền để xác định giới tính hệ Nó bao gồm nhiễm sắc thể X nhiễm sắc thể Y Nguồn gốc trưởng thành hai tinh trùng X Y nhau, nhiên, có khác biệt định Các nghiên cứu trước đề xuất khác biệt đáng kể tinh trùng X Y, nhiên, nghiên cứu gần cho thấy khác biệt khơng đáng kể khơng có khác biệt tinh trùng tỷ lệ, hình dạng kích thước, khả vận động kiểu bơi, độ bền, điện tích, pH, phản ứng stress tượng lệch bội lẻ Sự khác biệt tinh trùng X Y nằm hàm lượng ADN chúng Hơn nữa, nghiên cứu chuyên sâu protein hệ gen gần xác định hệ protein gen biểu khác biệt tinh trùng X Y Do đó, khác biệt hàm lượng ADN nguyên nhân biểu khác biệt số gen protein định hai loại tế bào Trong tổng quan này, thông tin từ nhiều công bố gần tổng hợp để so sánh khác biệt tinh trùng X tinh trùng Y liên đặc điểm cấu trúc, chức phân tử chúng Tinh trùng sản xuất tinh hoàn hai trình gồm trình sinh tinh tử trình biệt hố tinh tử thành tinh trùng Trong q trình sinh tinh tử, tinh ngun bào khơng biệt hóa (tế bào gốc–có NST 2n) trải qua q trình biệt hố thành tinh ngun bào Học viện Nơng nghiệp Việt Nam *Tác giả liên hệ: Ngô Thành Trung, Khoa Thú y, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Điện thoại: 0961070980; Email: nttrungcnshhua@gmail.com 36 A1, tinh nguyên bào B, tinh bào cấp 1, tinh bào cấp kết thúc giảm phân hình thành tinh tử có hình trịn mang NST X Y (Oakberg, 1956) Trong trình biệt hoá tinh tử thành tinh trùng, tinh tử hình trịn đơn bội biệt hóa thành tế bào tinh kéo dài sau hình thành nên tinh trùng nhờ trình sinh tinh (Hendriksen, 1999) Sau tinh trùng trưởng thành tinh dịch giải phóng q trình xuất tinh, có khả thụ tinh cho nỗn bào đóng góp nửa vật liệu di truyền cho đời sau (Clapham, 2013; Rahman ctv, 2013) Dựa vào lượng nhiễm sắc thể, tinh trùng có hai loại, loại mang nhiễm sắc thể X (tinh trùng X) loại mang nhiễm sắc thể Y (tinh trùng Y) (Shettles, 1960; Gellatly, 2009) Nếu tinh trùng X kết hợp với nhiễm sắc thể X người mẹ mẹ sinh bé gái (XX), tinh trùng Y thụ tinh cho trứng người mẹ mẹ sinh bé trai đực (Gellatly, 2009) KHÁC BIỆT VỀ HÌNH THÁI HỌC VÀ TỶ LỆ TỰ NHIÊN CỦA TINH TRÙNG X VÀ Y Trong trình sinh tinh động vật có vú, theo định luật phân ly Mendel trình giảm phân tinh trùng X Y tạo với tỷ lệ 50: 50 Do đó, tỷ lệ giới tính tự nhiên trình sinh tinh dự kiến 1: (Umehara ctv, 2019) Việc tổng hợp công bố cho thấy có ba nhóm kết luận tỷ lệ tinh trùng X Y: (1) tỷ lệ tinh trùng X cao so với tinh trùng Y (Martin ctv, 1983; Bibbins ctv, 1988), (2) tỷ lệ tinh trùng Y cao so với tinh trùng X (Landrum Shettles, 1960; Shettles, 1960; Quinlivan Sullivan, 1974), (3) không tồn khác biệt tỷ lệ hai loại tinh trùng (Van Kooij Van Oost, 1992; Goldman ctv, 1993; Han KHKT Chăn nuôi số 265 - tháng năm 2021 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC ctv, 1993a) Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ tinh trùng X Y tự nhiên Một số nghiên cứu từ 1970 đến 1980 cho biết tuổi cha có ảnh hưởng đến tỷ lệ tinh trùng X Y, làm thay đổi tỷ lệ giới tính hệ (Erickson, 1976; James Rostron, 1985; Ruder, 1985) Ngoài ra, nghiên cứu Hu Namekawa (2015) cho biết trình phiên mã xảy cách có chọn lọc theo nhiễm sắc thể bao gồm nhiễm sắc thể giới tính tinh trùng; vậy, thành phần nhiễm sắc thể giới tính bị thay đổi biến đổi sau trình giảm phân thông qua biểu gen khả tồn tinh trùng trình thành thục mào tinh hồn điều ảnh hưởng đến tỷ lệ tinh trùng X/Y (Bean, 1990) Theo Umehara ctv (2019), hoạt động phối tử thụ thể Toll-like 7/8 (TLR7/8), mã hóa chọn lọc nhiễm sắc thể X, ức chế đáng kể khả vận động tinh trùng X mà không làm thay đổi khả thụ tinh chúng Dựa vào đó, tạo 90% phơi đực sau thụ tinh ống nghiệm cách chọn lọc tinh trùng có khả vận động cao Trong nghiên cứu khác có sử dụng mơ hình chuột knockout (KO), Rathje ctv (2019) cho việc loại bỏ phần nhiễm sắc thể Y (Yqdel) nam giới tạo số lượng tinh trùng X Y Kruger ctv (2019) cho biết việc loại bỏ hoàn toàn gen Slxl1 liên kết với NST X tạo nhiều đực thông qua việc điều hịa q trình chuyển đổi tế bào mầm sau trình giảm phân (từ tinh tử hình tròn thành tinh trùng) Chaudhary ctv (2014) thực loại bỏ có chọn lọc tinh trùng Y làm tăng tỷ lệ tinh trùng X chuột người, theo đó, khả sống sót tinh trùng Y người thấp so với X biểu gia tăng protein apoptotic (protein liên quan đến chết theo chương trình tế bào) tế bào Y sống điều kiện bị stress, ống nghiệm, đó, dẫn đến thay đổi tỷ lệ Y-X (You ctv, 2017) Mặc dù có tiến to lớn lĩnh vực nghiên cứu sinh học phát triển, quan niệm cấu trúc tinh trùng chưa KHKT Chăn nuôi số 265 - tháng năm 2021 rõ ràng Bởi vậy, không xác định rõ tinh trùng X Y có khác hình dạng kích thước hay khơng Bằng cách kiểm tra trực tiếp kính hiển vi, quan sát thấy hai loại tinh trùng có hình dạng khác nhau: loại có đầu trịn nhỏ (có lẽ tinh trùng Y) loại khác có đầu thon dài tương đối lớn (có lẽ tinh trùng X) đề xuất nghiên cứu ban đầu (Shettles, 1960) Cả tinh trùng X Y có nhiễm sắc thể giống hệt có nhiễm sắc thể X Y Như vậy, khác biệt kích thước tinh trùng X Y khác biệt nhiễm sắc thể X Y Tuy nhiên, số nhà nghiên cứu cho kích thước tinh trùng khơng liên quan đến hàm lượng nhiễm sắc thể mà liên quan đến thành phần tế bào chất thay đổi quần thể tinh trùng định trình sinh tinh trùng (Shannon Handel, 1993; Lankenau ctv, 1994; Cui, 1997) Hossain ctv (2001) cho biến đổi thành phần tế bào chất tinh trùng X Y trình giảm phân / trình sinh tinh lớn so với biến đổi nhiễm sắc thể giới tính tạo Mặc dù giả thuyết ban đầu cho tinh trùng X Y khác dựa kích thước hình dạng chúng (Shettles, 1960) đồng tình nhà nghiên cứu khác (Cui Matthews, 1993; Cui, 1997) nhiên, điều bị bác bỏ lập luận đầy sức thuyết phục việc sử dụng kết nghiên cứu gần mà sử dụng phương pháp đặc hiệu dùng để phân biệt tinh trùng X tinh trùng Y (Hossain ctv, 2001; Grant, 2006; Zavaczki ctv, 2006) Trong nghiên cứu quan trọng, Carvalho ctv (2013) chứng minh khơng có khác biệt hình dạng kích thước tinh trùng X Y bò đánh giá 23 đặc điểm cấu trúc tinh trùng X Y Do đó, suy luận khơng có khác biệt đáng kể tồn hình dạng kích thước tinh trùng X Y Các nghiên cứu trước chủ yếu sử dụng phương pháp so sánh không đặc hiệu xác định thể Barr 37 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC thể F có độ nhạy thấp việc phân biệt tinh trùng X Y, làm cho kết nghiên cứu (Ví dụ, tinh trùng X lớn tinh trùng Y) tin cậy KHÁC BIỆT VỀ KIỂU BƠI VÀ DI CHUYỂN CỦA TINH TRÙNG X VÀ Y Do nhu cầu cao chọn lọc giới tính sinh sản động vật, số nghiên cứu cố gắng tìm khác tinh trùng X Y nhiều thập kỷ qua Một số nhà khoa học áp dụng phương pháp khác để chọn lọc giới tính dựa khả vận động tinh trùng; nhiên, hiệu phương pháp cịn gây tranh cãi Ngồi ra, khơng chắn tinh trùng Y có di chuyển nhanh tinh trùng X hay khơng Một ví dụ, tinh trùng Y di chuyển nhanh tinh trùng X người đàn ông sinh trai, hội sinh gái gần không Tinh trùng bắt đầu bơi trình di chuyển đến mào tinh hoàn (Chang, 1951) Tinh trùng người di chuyển với tốc độ lên tới 3000 μm / phút (Smith Braun, 2012); nhiên, số tinh trùng di chuyển chậm với tốc độ 1000 / phút Do đó, tinh trùng dài 55 μm 1000-3000 m Trong suốt hành trình này, yếu tố hình thái, điều hịa hóa học tinh trùng yếu tố ion, q trình phosphoryl hóa protein (đặc biệt tyrosine), ATP, vịng tuần hồn adenosine monophosphate, protein kinase-A (PKA), yếu tố enzyme, yếu tố huyết tương có vai trị quan trọng việc giúp cho di chuyển tinh trùng (Kwon ctv, 2014b; Rahman ctv, 2017b, 2018) Đồng thời, số trình sinh lý định trình hoạt hóa phản ứng thể đỉnh acrosome xảy tinh trùng (Visconti, 2009; Battanstone ctv, 2013; Rahman ctv, 2017b) Sự khác biệt khả đáp ứng tinh trùng X Y yếu tố trình khiến nhóm tinh trùng hoạt hố vận động mạnh loại tinh trùng khác Vật liệu di truyền (ADN) tinh trùng X người nhiều 2,8% so với tinh trùng Y; khác 38 biệt - 4,2% tinh trùng X Y vật nuôi (Hendriksen ctv, 1996) Một số nhà khoa học kết luận khác biệt hàm lượng ADN tinh trùng X Y ảnh hưởng đến khả vận động kiểu bơi chúng (Johnson ctv, 1989; Johnson, 1994), nhiên, kết nghiên cứu chưa thuyết phục Ericsson ctv (1973) sử dụng phương pháp cột dung dịch gradient nồng độ albumin chứng minh tinh trùng Y người (nhuộm màu với quinacrine fluorochrom) bơi xuống đáy cột dung dịch trước tinh trùng X Các nghiên cứu khẳng định phương pháp họ cho kết > 85% tinh trùng Y, với hoạt lực 90 đến 95% Phát chứng khác biệt khả bơi tinh trùng X Y Tuy nhiên, phát tinh trùng Y phương pháp nhuộm fluorochrom quinacrine thực Ericsson ctv (1973) sau chứng minh không đặc hiệu (Flaherty Matthews, 1996; Cui, 1997), dẫn đến kết khơng xác Trong nghiên cứu khác, Sarkar ctv (1984) công bố người, tốc độ di chuyển ngược dòng dung dịch tinh trùng X chậm (vận tốc góc giảm) so với tinh trùng Y, nhiên, tốc độ hai tế bào giống dung dịch tĩnh Có nhiều tranh luận khả di chuyển tinh trùng X Y Penprint ctv (1998) chứng minh tinh trùng Y bị khơng thể bơi nhanh tinh trùng X dung dịch muối đơn giản Alminana ctv (2014) cơng bố có khác biệt không đáng kể khả vận động tinh trùng X Y Sự mâu thuẫn trở nên phức tạp sau đánh giá ảnh hưởng dịch ống dẫn trứng đến khả vận động tinh trùng X Y (Zhu ctv, 1994) Ngược lại, người ta xác nhận khả vận động tinh trùng X Y thay đổi theo điều kiện định in vitro (và có lẽ in vivo) Ví dụ, độ pH thấp, nhiệt độ cao oxy hóa tăng làm chậm khả vận động tinh trùng Y, khả di KHKT Chăn ni số 265 - tháng năm 2021 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC chuyển tinh trùng X giảm nhanh tinh trùng ủ điều kiện pH cao (Shettles, 1970; Oyeyipo ctv, 2017) Trong nghiên cứu gần đây, Umehara ctv (2019) cho việc kích hoạt phối tử TLR7/8 làm giảm đáng kể khả vận động tinh trùng X (bằng cách thay đổi sản xuất ATP) so với Y Ngoài ra, sử dụng mơ hình chuột KO, Rathje ctv (2019) báo cáo đực Yqdel (XYRIIIqdel) sản xuất tinh trùng Y vận động so với X KHÁC BIỆT VỀ ĐỘ BỀN/TUỔI THỌ CỦA TINH TRÙNG X VÀ Y Khả sống tinh trùng khả trì màng sinh chất, màng acrosomal nguyên vẹn tinh trùng khả tồn trình qua ống dẫn trứng để tiếp cận thụ tinh với trứng Shettles (1960) cho tinh trùng X khỏe mạnh tinh trùng Y chúng có hàm lượng ADN cao tinh trùng Y Giả thuyết đồng tình nhà nghiên cứu khác (Cui Matthews, 1993; Flaherty Matthews, 1996; Carvalho ctv, 2013) Carvalho ctv (2013) cho ngồi hàm lượng ADN cao kích thước lớn chiều dài dài nhiễm sắc thể X làm cho tinh trùng X có độ bền cao so với tinh trùng Y You ctv (2017) chứng minh tinh trùng ủ điều kiện nhiệt độ/điều kiện sống khác môi trường chứa 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-Dioxin (một chất gây rối loạn nội tiết) (You ctv, 2018) tinh trùng Y dễ bị tổn thương khả sống sót thấp so với tinh trùng X Thêm nữa, tác dụng tương tự chất gây rối loạn nội tiết khác, dibromochloropropane diazinon (Diaz) tác động lên khả sống tinh trùng Y (Song ctv, 2018) Khả sống sót tinh trùng Y giảm chủ yếu liên quan đến biểu tăng protein apoptotic tinh trùng Y hoạt động (You ctv, 2017), điều làm ảnh hưởng đến tuổi thọ chung tinh trùng (You ctv, 2018) Đặc biệt, khả tồn tinh trùng liên quan đến môi trường đường KHKT Chăn nuôi số 265 - tháng năm 2021 sinh dục Môi trường đường sinh sản nữ (hoặc động vật cái) (chủ yếu thành phần hóa học, nồng độ pH, ion phản ứng phiên mã) ảnh hưởng đến khả tồn tinh trùng X Y giúp chọn lọc tinh trùng tốt để thụ tinh (Dominko First, 1997; Holt Fazeli, 2010 ) Van Dyk ctv (2001) thực thí nghiệm in vitro bắt chước mơi trường in vivo đường sinh dục báo cáo tinh trùng Y sống sót lâu tinh trùng X tinh trùng Y liên kết thành thạo với màng pellucida tinh trùng X (tỷ lệ liên kết, Y: X = 1,15: 1,02) Các nghiên cứu khác cho thấy biểu cao số protein định (như protein liên quan đến chuyển hóa lượng, ví dụ, tiểu đơn vị ATP) cung cấp nhiều lượng cho tinh trùng Y, làm tăng khả sống sót chúng (Chayko Martin-Deleon, 1992; Aranha Martin-Deleon, 1995; Hendriksen, 1999; Chen ctv, 2012) Dựa phát nói trên, rút hai giả thuyết khác nhau: (1) hàm lượng ADN cao hơn, tinh trùng X ổn định/độ bền cao so với tinh trùng Y điều kiện in vitro (2) số tính chất định tinh trùng Y có khả tồn lâu đường sinh dục (in vivo) ảnh hưởng đến tuổi thọ hai tế bào theo cách khác KHÁC BIỆT VỀ ĐIỆN TÍCH CỦA TINH TRÙNG X VÀ Y Xác định khác biệt tinh trùng X Y cách để đánh giá lựa chọn trước giới tính Các nghiên cứu khác cố gắng xác định khác biệt điện tích tinh trùng X Y Các biểu mơ mào tinh hồn tiết axit sialic (glycoprotein) cung cấp điện tích bề mặt âm cho tinh trùng (Hoffmann Killian, 1981) Sự khác biệt điện tích bề mặt tế bào hai loại tinh trùng khác biệt hàm lượng axit sialic tiếp xúc bề mặt chúng (Kaneko ctv, 1984) Những phát cho thấy tinh trùng X Y biểu khác biệt khả tích điện tích chúng Kết phương pháp điện di dòng tự khả 39 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC tích điện tinh trùng X người cao so với tinh trùng Y tinh trùng X có điện tích âm cao so với tinh trùng Y (Kaneko ctv, 1984) Ngược lại, Engelmann ctv (1988) cho tinh trùng người phân thành X Y riêng biệt chúng di chuyển phía cực dương, với phần di chuyển nhanh chậm tương ứng với tinh trùng Y X Những phát Engelmann ctv (1988) đồng tình người thuộc nhóm nghiên cứu khác nghiên cứu tinh trùng bò (Blottner ctv, 1994) Hạn chế nghiên cứu việc sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang quinacrine không đặc hiệu khơng xác để xác định tinh trùng Y (thể F) (Windsor ctv, 1993), dẫn đến kết không phù hợp Gần đây, Ainsworth ctv (2011) quan sát thấy việc sử dụng thiết bị phân lập điện di tinh trùng CS-10 không làm sai lệch tỷ lệ tinh trùng X Y sau biệt hóa dựa phản ứng PCR Đặc biệt, thiết bị có tác dụng phân lập chức tinh trùng không xác định kiểu gen chúng Do đó, di chuyển tinh trùng phía cực dương chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng axit sialic bề mặt chúng, điều cho phép chúng kết hợp với tinh trùng khác trình điện di Do đó, phát Ainsworth ctv (2011) làm rõ so với nghiên cứu trước khác biệt đáng kể tinh trùng X Y dựa khả tích điện chúng KHÁC BIỆT VỀ ĐỘ PH THÍCH HỢP ĐỐI VỚI HOẠT ĐỘNG CỦA TINH TRÙNG X VÀ Y Tinh trùng động vật có vú khơng di chuyển tinh hồn chúng phản ứng với yếu tố bên cách di chuyển sang mào tinh hoàn Trong số yếu tố nồng độ ion, đặc biệt độ pH, đóng vai trị khơng thể thiếu việc điều chỉnh hoạt động tinh trùng trưởng thành Trong trình lưu trữ tinh trùng mào tinh hồn, độ pH axit trì để hạn chế khả hoạt động tinh trùng Ở động vật ni,độ pH có tính axit mào tinh 40 hồn gây ức chế khả vận động tinh trùng (Hamamah Gatti, 1998) Mối liên hệ pH chức tinh trùng trở nên phức tạp tinh trùng phóng vào đường sinh dục Cần phải giữ độ pH cân hai môi trường đường sinh dục độ pH nội bào tinh trùng để khả thụ tinh thành công cao Trong phần này, thảo luận việc liệu tinh trùng X Y có nhạy cảm với độ pH khác hay không Các nghiên cứu ban đầu tinh trùng X lớn khỏe tinh trùng Y, họ cho chúng hoạt động ổn định mơi trường có tính acid so với tinh trùng Y (Landrum Shettles, 1960; Shettles, 1960) Các nghiên cứu hạn chế ủng hộ giả thuyết sơ Muehleis Long (1976) cho việc thụ tinh thỏ rụng trứng với tinh dịch pha lỗng với dung dịch đệm có độ pH 5,4, 6,9 9,6 tương ứng tạo 48%, 63% 49% đực Kết phần ủng hộ giả thuyết Shettles, khẳng định độ pH axit (5,4) có ảnh hưởng xấu đến tinh trùng Y, ảnh hưởng đến xác suất (xác suất thấp 48%) việc thụ thai tạo đực; nhiên, chưa chắn pH kiềm 9,6 có làm giảm tỷ lệ phần trăm (49%) tạo so với tinh trùng pha loãng với dung dịch đệm pH 6,9 Pratt ctv (1987) đề cập đến mối quan hệ tiêu cực độ pH âm đạo tỷ lệ phần trăm đực thụ thai chuột đồng vàng Diasio Glass (1971) nghiên cứu tinh trùng X Y người phân biệt dựa lực độ pH chúng trình chúng di chuyển qua ống mao quản chứa môi trường có độ pH khác Kiểm tra 58.489 tinh trùng người, gần chứng minh việc ủ tinh trùng người điều kiện pH khác nhau, bao gồm 6,5; 7,5 8,5 từ đến ngày không làm thay đổi thay đổi tỷ lệ nhiễm sắc thể Y: X (You ctv, 2017) Do đó, phần lớn nghiên cứu gần không cung cấp lời giải thích hợp lý cho việc tinh trùng X Y hoạt động khác điều kiện pH khác KHKT Chăn nuôi số 265 - tháng năm 2021 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC KHÁC BIỆT VỀ CẤU TRÚC BỀ MẶT CỦA TINH TRÙNG X VÀ Y (KHÁNG NGUYÊN HY) Kháng nguyên HY kháng nguyên đặc hiệu cho tinh trùng Y Nó phần màng tinh trùng Y kháng nguyên cụ thể kiểm soát gen đặc hiệu tinh trùng Y (Ohno Wachtel, 1978) Ở đây, chúng tơi tìm chứng cho giả thuyết tinh trùng X Y phân biệt dựa hàm lượng kháng nguyên HY bề mặt chúng Kể từ xác định kháng nguyên liên kết với tinh trùng Y, nhà khoa học tin có phương pháp miễn dịch xem xét để điều khiển tỷ lệ giới tính động vật có vú Điều ban đầu chứng minh nghiên cứu Bennett Boyse (1973) Họ kết luận tỷ lệ giới tính đực giảm đáng kể (45,4%) chuột thụ tinh với tinh trùng điều trị kháng thể kháng HY so với tinh trùng không điều trị (53,4%) Nghiên cứu ủng hộ cho giả thuyết kháng nguyên HY sử dụng để phân biệt tinh trùng X Y; nhiên, thay đổi nhỏ tỷ lệ giới tính đực sau thụ tinh với tinh trùng điều trị kháng thể kháng HY khác biệt nhỏ nồng độ kháng nguyên HY hai loại tinh trùng Krco Goldberg (1976) thực thí nghiệm sử dụng gây độc tế bào hai bước xác định kháng nguyên HY phôi chuột tế bào, cung cấp thêm dẫn chứng biểu nhiễm sắc thể Y kháng nguyên HY Những phát tương tự nhà nghiên cứu khác thu cách sử dụng số mơ hình vật ni phịng thí nghiệm động vật nuôi nhà (Silvers Wachtel, 1977; Utsumi ctv, 1993) Tuy nhiên, số nhà nghiên cứu phát kháng thể kháng HY không liên kết đặc hiệu với tinh trùng Y (Hoppe Koo, 1984; Hendriksen ctv, 1993; Sills ctv, 1998) Sills ctv (1998) báo cáo kháng thể kháng HY liên kết với tinh trùng X khơng thể sử dụng để phân biệt tinh trùng X Y KHKT Chăn nuôi số 265 - tháng năm 2021 Bên cạnh đó, nghiên cứu liên quan đến phân biệt giới tính tinh trùng người cách sử dụng kháng nguyên bề mặt không mang lại kết cuối (Jeulin ctv, 1982; Sills ctv, 1998) KHÁC BIỆT GIỮA TINH TRÙNG X VÀ Y Ở MỨC ĐỘ PHÂN TỬ 8.1 Phản ứng với stress Aitken, 2014; Barazani ctv, 2014 tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến vô sinh nam giới điều kiện stress oxy hóa và, stress vật lý, mơi trường nghề nghiệp làm việc (đối với người) Tinh trùng tế bào phản ứng với stress (Gharagozloo Aitken, 2011) Trong sở liệu MEDLINE, thuật ngữ stress oxy hóa đề cập 200.000 báo xuất từ năm 2001 đến nay, >1.800 báo tập trung vào tinh trùng Các chế phản ứng tinh trùng X Y bị stress chưa rõ ràng Vì tinh trùng X Y khác hàm lượng di truyền, phản ứng chúng stress khác Alminana ctv (2014) cho khác biệt không đáng kể tạo loại phản ứng oxy hóa nội bào (ADN) ADN ty thể tinh trùng X Y, kết luận thay đổi nhỏ hàm lượng ADN tinh trùng X Y tạo phản ứng khác Kết luận tương tự rút nhà nghiên cứu khác (Ward Coffey, 1991) Ở động vật có vú, tinh trùng khơng thể thụ tinh với trứng mơi trường đường sinh dục khơng thích hợp chúng có hoạt lực hình thái bình thường (Kwon ctv, 2014b; Rahman ctv, 2017b, 2019) Các phận khác đường sinh dục cái, chẳng hạn tử cung, ngã ba tử cung ống dẫn trứng, lập trình cụ thể để chọn tinh trùng trưởng thành chức để thụ tinh (Holt Fazeli, 2010) Sau tinh trùng đến ống dẫn trứng, chúng tạm thời gắn vào thành ống dẫn trứng để trải qua trình hoạt hóa trước trứng rụng (Rahman ctv, 2015, 2016) Hoạt hóa q trình mà thay đổi 41 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC phức tạp phân tử, sinh hóa sinh lý xảy tinh trùng đường sinh sản môi trường chuyên biệt in vitro điều kiện tiên để thụ tinh (Salicioni ctv, 2007; Visconti, 2012; Kwon ctv, 2015) Do đó, việc ủ ấm tinh trùng trước thụ tinh cần thiết thời gian hoạt hóa khác tinh trùng X Y tùy thuộc vào cấu tạo gen chúng Perez-Crespo ctv (2008) cho tinh trùng X Y chuột bị ảnh hưởng khác nhiệt độ tăng cao Hơn nữa, họ chứng minh chuột giao phối với chuột đực có nhiệt độ tinh hồn cao vào ngày giao phối tạo nhiều chuột mang giới tính Tỷ lệ giới tính bị thay đổi (tức là, số tăng lên) quan sát thấy tinh trùng bò ủ 40°C sử dụng để thụ tinh so với tinh trùng ủ 38,5°C (Hendricks ctv, 2009) Tương tự vậy, Lechiak ctv (2003) khẳng định gia tăng đáng kể phôi tinh trùng bò ủ trước 24 Theo phát này, gần sử dụng thiết kế thí nghiệm ống nghiệm, chúng tơi chứng minh tinh trùng Y người dễ bị nhạy cảm, stress tinh trùng X, gây thay đổi điều kiện nuôi cấy (You ctv, 2017) Ngược lại, Iwata ctv (2008) cho việc ủ tinh trùng bò axit hyaluronic tạo 56,4 67,3% phôi đực, dẫn đến làm lệch tỷ lệ 1: Do đó, giả thuyết việc tiếp xúc tinh trùng với yếu tố stress bên dẫn đến sức sống khác tinh trùng X Y; nhiên, chưa có chứng cụ thể xác thực để nói yếu tố stress có ảnh hưởng đến khả sống trình chọn lọc tinh trùng X Y Các nghiên cứu gần cho thay đổi tỷ lệ giới tính người tiếp xúc với mức độ gia tăng hóa chất mơi trường, cụ thể hóa chất gây rối loạn nội tiết (ED) (Van Larebeke ctv, 2008; Mcdonald ctv, 2014; Song ctv, 2018 ; You ctv, 2018) ED can thiệp vào q trình sinh tổng hợp chuyển hóa hormone ảnh hưởng 42 đến sinh lý sinh sản tế bào (Anway ctv, 2005) Mocarelli ctv (2000) cho gia tăng nồng độ 2,3,7, 8-tetrachlorodibenzop-Dioxin (TCDD Dioxin) huyết người bố làm tăng xác suất sinh gái Sự tiếp xúc tinh trùng chuột với TCDD ống nghiệm làm giảm khả sống sót tinh trùng Y (You ctv, 2018), điều có khả thay đổi tỷ lệ phôi đực phôi Những phát phù hợp với nghiên cứu khác (Ryan ctv, 2002), số lượng sinh nhiều so với đực ghi nhận sau tiếp xúc với môi trường TCDD với nồng độ cao Một tác dụng tương tự ED khác báo cáo số nghiên cứu người động vật (Garry ctv, 2002; Ikeda ctv, 2005; Ishihara ctv, 2007; Terrell ctv, 2011) Mặc dù có vài trường hợp ngoại lệ, ví dụ, tiếp xúc với biphenyl polychlorin hóa làm tăng khả trai hệ sau (Bonefeld-Jorgensen ctv, 2001), phần lớn phát cho thấy đàn ông tiếp xúc với môi trường stress có nhiều khả sinh gái (XX) nhiều bé trai (XY) hàm lượng ADN tinh trùng X cao so với tinh trùng Y Tuy nhiên, chế phản ứng stress cụ thể hai loại tế bào chưa rõ ràng cần nghiên cứu thêm 8.2 Sự khác biệt hàm lượng nhiễm sắc thể tinh trùng X Y Sự bất thường cấu trúc nhiễm sắc thể tinh trùng nguyên nhân lớn dẫn đến vô sinh (Pang ctv, 1999; Schmidt ctv, 2000) Một cách ngắn gọn, bất thường nhiễm sắc thể định nghĩa thừa bị thay đổi nhiễm sắc thể dẫn đến số lượng NST không gây bất thường cấu trúc nhiều nhiễm sắc thể (Jurewicz ctv, 2014) Nhìn chung, bất thường nhiễm sắc thể phôi cho xuất phát từ trứng (Hassold ctv, 1996), nhiên, bất thường tinh trùng ảnh hưởng đáng kể đến phôi (Tesarik Mendoza, 1996; Bonduelle ctv, 2002) Sự bất thường nhiễm sắc thể giới tính chiếm KHKT Chăn nuôi số 265 - tháng năm 2021 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC 5% lỗi nhiễm sắc thể phơi, với khoảng 80% trường hợp có nguồn gốc từ bố (Hassold ctv, 1996; Hassold Hunt, 2001) In’t Veld ctv (1995) Hoegerman ctv (1995) nhóm nghiên cứu báo cáo nguy gia tăng bất thường nhiễm sắc thể de novo (các bất thường nhiễm sắc thể tế bào giao tử), đặc biệt nhiễm sắc thể giới tính, tinh trùng Tần số dị bội nhiễm sắc thể giới tính tinh trùng người khỏe mạnh 0,13-1,20% (Egozcue ctv, 1997) Templado ctv (2005) xem xét 23 nghiên cứu phát tỷ lệ lệch nhiễm sắc thể giới tính trung bình (có thêm nhiễm sắc thể trạng thái đơn bội) tinh trùng người 0,26% Sự kết hợp kỹ thuật FISH đầu dò nhiễm sắc thể đặc hiệu nhiều màu sử dụng để khảo sát hàm lượng nhiễm sắc thể tinh trùng nhằm thiết lập tỷ lệ dị bội tương đối (Chevret ctv, 1995) Ở bệnh nhân mắc chứng oligoasthenoteratozoospermic (OAT tình trạng bao gồm oligozoospermia (số lượng tinh trùng thấp), asthenozoospermia (tinh trùng vận động kém) teratozoospermia (hình dạng tinh trùng bất thường) OAT nguyên nhân phổ biến vô sinh đực) tỷ lệ thể dị bội nhiễm sắc thể giới tính cao so với dị bội thể tự bội cá thể, dị bội nhiễm sắc thể giới tính tinh trùng Y khỏe mạnh (Pang ctv, 1999, 2010) Phù hợp với phát nói trên, Van Opstal ctv (1997) báo cáo sai số nhiễm sắc thể X Y cao đáng kể so với nhiễm sắc thể 18 (autosome) tinh trùng bệnh nhân azoospermic Ngược lại, Pfeffer ctv (1999) báo cáo tỷ lệ dị bội nhiễm sắc thể 18 (0,7-10%) cao so với dị bội nhiễm sắc thể giới tính (0-4,3%) phần tinh trùng bơi lên 10 người đàn ông vô sinh mắc chứng OAT Điều thú vị nghiên cứu tương tự Pfeffer ctv, 1999 khẳng định thể dị bội nhiễm sắc thể giới tính cao hơn, nhiên thể dị bội quan sát thấy toàn tinh trùng Do đó, phương pháp làm giàu tinh trùng khác ảnh hưởng đến tỷ lệ dị bội KHKT Chăn nuôi số 265 - tháng năm 2021 Một số nghiên cứu điều tra tỷ lệ dị bội nhiễm sắc thể X Y tinh trùng người (Chevret ctv, 1995; Martin ctv, 1995a,b,1996) Chevret ctv (1995) công bố tỷ lệ thể dị bội nhiễm sắc thể X (0,04%) tương đối cao so với nhiễm sắc thể Y (0,009%) tinh trùng kỳ gian phân nam giới bình thường, nhiên, nghiên cứu khác báo cáo khác biệt nhỏ tỷ lệ thể lệch bội nhiễm sắc thể X nhiễm sắc thể Y (Martin ctv, 1995a,b; Samura ctv, 1997) Ngược lại, Williams ctv (1993) báo cáo tỷ lệ lệch bội nhiễm sắc thể Y (YY, 0,11%) cao nhiễm sắc thể X (XX, 0,08%) Phát hỗ trợ thêm nghiên cứu khác trình bày 0,18% (YY) 0,07% (XX) nhiễm sắc thể Y X (Martin ctv, 1996) Sự khác biệt tỷ lệ thể dị bội báo cáo nhiễm sắc thể X Y chưa rõ ràng thể dị bội phát phương pháp tương tự (tức FISH màu kết hợp với đầu dò nhiễm sắc thể cụ thể kính hiển vi huỳnh quang) tất trường hợp Do đó, khác biệt tinh trùng X Y dựa tần số dị bội nhiễm sắc thể X Y chưa rõ ràng, điều phù hợp với khác biệt báo cáo khác loại tinh trùng Các nghiên cứu gần báo cáo việc tiếp xúc với số chất gây rối loạn nội tiết EDs thuốc trừ sâu gây bất thường nhiễm sắc thể giới tính tinh trùng (Smith ctv, 2004; Xia ctv, 2005; Perry, 2008) Nghiên cứu dịch tễ học cho thấy mối liên hệ đáng kể việc tiếp xúc với hai hóa chất clo hữu phân tách nhiễm sắc thể giới tính tinh trùng thu thập từ người đàn ông trải qua đánh giá vô sinh Bệnh viện Đa khoa Massachusetts từ tháng 1/2000 đến tháng 5/2003 (Mcauliffe ctv, 2012) Họ quan sát thấy nồng độ p, p’-dichlorodiphenyldichloroethylene (p, p’DDE) huyết cao làm tăng đáng kể tần suất phân tách tinh trùng XX (X), XY tổng số nhiễm sắc thể giới tính Điều thú vị người đàn ông có nồng độ polychlorinated biphenyls (PCBs) huyết 43 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC cao cho thấy gia tăng đáng kể tần suất YY (loại bỏ tinh trùng Y), XY tổng số nhiễm sắc thể giới tính, nhiên, nghiên cứu khơng cung cấp thêm giải thích phát họ, cụ thể chế mà gia tăng tiếp xúc với PCB tạo tác dụng bảo vệ chống lại phân hủy XX gia tăng tiếp xúc với p, p’-DDE làm tăng phân hủy XX Do đó, cần nghiên cứu chế có mối liên hệ việc tiếp xúc với hóa chất độc hại, bao gồm EDC (ví dụ PCB p, p’-DDE) phân tách nhiễm sắc thể giới tính Hơn nữa, nghiên cứu dịch tễ học tương tự đảm bảo để xác định ảnh hưởng hóa chất môi trường khác mối liên quan chúng với sai lệch nhiễm sắc thể tinh trùng 8.3 Cấu trúc hệ gen hệ protein tinh trùng X Y Việc xác định định lượng gen/protein tế bào cung cấp hiểu biết quan trọng chức tế bào chúng Genomics liên quan đến cấu trúc, chức năng, tiến hóa lập đồ hệ gen (Bader ctv, 2003), proteomics liên quan đến phương pháp để xác định đặc tính protein cách thực phân tích định tính định lượng (Rahman ctv, 2016,2017a,2018) Một tinh trùng cung cấp nửa số vật chất di truyền nhân cho đời lưỡng bội thơng qua thụ tinh Do đó, việc kiểm tra gen hàm lượng protein tinh trùng cung cấp hiểu biết tiềm chức chúng Người ta báo cáo tinh trùng đơn bội có khả chủ động phiên mã nhiễm sắc thể quan trọng (bao gồm nhiễm sắc thể giới tính) cho tăng trưởng tồn chúng (Braun ctv, 1989) Vì tinh trùng mang nhiễm sắc thể X Y biểu gen riêng biệt mã hóa nhiễm sắc thể giới tính (Hendriksen, 1999), dẫn đến khác biệt protein tinh trùng X Y Mặc dù phần lớn gen chia sẻ tinh trùng X Y thông qua cầu nối nội bào (Braun ctv, 1989), gen có sản phẩm (Hendriksen, 1999) Do đó, tinh trùng 44 X Y phân biệt dựa thành phần gen/protein chúng Trong phần xem xét nghiên cứu đặc điểm gen protein tinh trùng X Y làm sáng tỏ mối liên quan chúng với đặc điểm sinh lý hai loại tinh trùng Cho đến nay, nghiên cứu xác định biểu gen khác biệt tinh trùng X Y Tinh trùng chứa lượng nhỏ RNA tổng số (tinh trùng người 0,015pg; tinh trùng bị 1,8×10-4pg) so với lượng RNA tế bào xơma (1-3 pg) Lượng RNA nhỏ tinh trùng hạn chế lớn nghiên cứu biểu gen tế bào Chen ctv (2014) sử dụng phương pháp tiếp cận toàn diện hệ gen xác định 31 gen biểu khác biệt tinh trùng bò X Y (27 gen điều chỉnh tinh trùng X Y tương ứng) Sử dụng cơng nghệ giải trình tự RNA, người ta báo cáo nhiễm sắc thể X mã hóa 492 gen, nhiễm sắc thể Y mã hóa 15 gen tinh trùng chuột Một số gen (đặc biệt thụ thể receptor) chứng minh có liên quan đến phát triển, khả sống sót chức loại tinh trùng cụ thể (Umehara ctv, 2019) Do đó, gen biểu khác biệt giúp xác định tảng di truyền khác biệt ổn định tinh trùng X Y Alminana ctv (2014) quan sát thấy tinh trùng biểu gen đặc trưng cho giới tính trứng lợn thụ tinh với tinh trùng X Y Khi thực thụ tinh cách sử dụng tinh trùng Y, 271 bị điều chỉnh giảm số lượng thụ thể bề mặt màng tế bào 230 điều chỉnh tăng cường vịi trứng Vì vậy, ống dẫn trứng có cảm biến sinh học đặc biệt để sàng lọc tinh trùng BermejoAlvarez ctv (2010) công bố khác biệt đáng kể mức độ mRNA GSTM3, DNMT3A PGRMC1 phơi nang bị tạo thụ tinh ống nghiệm với tinh trùng X phôi tạo thụ tinh ống nghiệm với tinh trùng Y Điều tế bào trứng điều chỉnh chế giống hệt để ‘cải tổ’ lại tinh trùng khác Những tiến KHKT Chăn nuôi số 265 - tháng năm 2021 CHĂN NUÔI ĐỘNG VẬT VÀ CÁC VẤN ĐỀ KHÁC gần nghiên cứu gen cung cấp số kỹ thuật cải tiến cho phép phân giải hoàn toàn tinh trùng phân lập RNA tổng số (Kirley, 1990; Meng Feldman, 2010; Chen ctv, 2014) Do đó, nghiên cứu sâu thực để xác định gen biểu tinh trùng giới tính loài khác Tinh trùng trưởng thành trải qua q trình phiên mã tối thiểu (có ribosome nên dịch mã) tổng hợp protein (Kwon ctv, 2014a,2015) Do đó, tế bào thích hợp để thực phân tích protein So sánh trực tiếp mức protein tế bào khác xác định dấu hiệu gây khác biệt tế bào (Park ctv, 2013; Kwon ctv, 2014a) Các nghiên cứu tài liệu nghiên cứu hạn chế thực để đánh giá thiết kế protein tinh trùng X Y Hendriksen ctv (1996) báo cáo khác biệt khơng có ý nghĩa nồng độ protein màng sinh chất tinh trùng X Y lợn Nghiên cứu khơng thể phân biệt giới tính tinh trùng dựa đặc tính bề mặt chúng Chen ctv (2012) sử dụng phương pháp điện di hai chiều với khối phổ (2DE-MS/MS) xác định biểu 42 protein khác biệt tinh trùng X Y Trong số này, 11 protein điều chỉnh tăng cường biểu protein điều chỉnh giảm biểu tinh trùng X so với protein tinh trùng Y (P