Câu chuyện nhiễmsắcthể X: Sựtiếnhóacủamột nhiễm sắcthểgiớitính Hãy tạm quên đi nhiễmsắcthể Y – đã đến lúc nói về nhiễmsắcthể X. Trong nghiên cứu tiếnhóa đầu tiên về nhiễmsắcthể quyết định giớitính nữ tại trường Đại học California, Barkeley, nhà sinh học Doris Bachtrog và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng lịch sửcủanhiễmsắcthể X cũng thú vị như củanhiễmsắcthể Y vốn lâu nay vẫn được quan tâm nghiên cứu, và cũng từ đó đưa ra những gợi ý quan trọng xác định nguồn gốc và lợi ích của sinh sản hữu tính. Bà Bachtrog, trợ giảng của môn sinh học hợp nhất, thành viên Trung tâm nghiên cứu của Đại học Berkeley về Lý thuyết Hệ Gien Tiến hóa, cho biết “Trái với quan điểm truyền thống vẫn cho rằng nhiễmsắcthể X chỉ là một nhân tố thụ động, thực ra X đóng vai trò tích cực trong quá trình tiếnhóacủasự phân hóanhiễmsắcthểgiới tính.” Bachtrog cùng với tiến sĩ Jeffrey D. Jensen tại đại học UC Berkeley và tiến sĩ Zhi Zhang trước kia thuộc đại học UC San Diego, nay thuộc đại học Munich, đã mô tả những phát hiện của họ trong ấn bản tuần này của tờ PLoS Biology. “Trong bản thảo, chúng tôi lần đầu tiên mô tả một mặt khác củasựtiếnhóanhiễmsắcthểgiới tính: Nhiễmsắcthể X đã trải qua những giai đoạn thay đổi sâu sắc trong quá trình tiếnhóa để tạo ra những bộ phận gien mới làm chủ quá trình phân giớitính ở nhiều loài, bao gồm cả loài người chúng ta,” bà nói. Không phải tất cả các loài động thực vật đều nhờ đến gien để quyết định một phôi mầm sẽ phát triển thành cá thể đực hay cá thể cái. Ví dụ, nhiều loài bò sát lại dựa vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ để hình thành giớitínhcủa phôi. Nhưng ở các loài có một cặp nhiễmsắcthể xác định giớitính – từ loài ruồi giấm cho đến các loài động vật có vú và một số loài thực vật – hai nhiễmsắcthể X di truyền từ cơ thể mẹ trông gần giống như các nhiễmsắcthể thường, Bachtrog cho biết. Tuy nhiên, nhiễmsắcthể Y di truyền từ cơ thể bố sau này kết hợp với mộtnhiễmsắcthể X, thực ra là một dạng teo nhỏ cuanhiễmsắcthể X khi đã mất đi nhiều gien vì không được kết hợp với nhiễmsắcthể X kia. Ở các loài động vật có vú, điều này diễn ra khoảng 150 triệu năm trước, trong khi ở loài ruồi giấm Drosophila melanogaster, một loài thường được dùng trong nhiều thí nghiệm, các nhiễmsắcthểgiớitính bắt đầu phân chia thành 2 loại khoảng 100 triệu năm trước. Ở cả người và ruồi giấm, nhiễmsắcthể Y đã thu nhỏ lại từ một vài nghìn gien xuống còn vài chục gien. Câu hỏi được quan tâm là tại sao, và như thế nào mà nhiễmsắcthể Y lại mất các gien khi nó ngừng tương tác với nhiễmsắcthể X. Các nhà khoa học đã tìm ra rằng, cặp XY ở cá thể đực là cặp nhiễmsắcthể duy nhất không tách ra và tái kết hợp lại mỗi khi tế bào phân chia, do đó nó không thể có được lợi thế là các đột biến gien có hại sẽ bị loại bỏ. Trong khi cặp XX ở cá thể cái tách ra và tái tổ hợp lại thì cách duy nhất để cặp XY loại bỏ các đột biến có hại trong một gien là ngừng hoạt động hoặc xóa bỏ toàn bộ gien. Trải qua nhiều triệu năm, các gien bị ngừng lại đã biến mất, và nhiễmsắcthể Y teo lại. “Nếu không có sựtái tổ hợp, chọn lọc tự nhiên sẽ kém hiệu quả hơn trong việc loại bỏ các gien bất lợi,” Bachtrog nói. “Y là mộtnhiễmsắcthể vô tính, và nó phải trả giá cho điều đó bằng việc mất đi các gien.” Bachtrog đã dành gần như cả sự nghiệp nghiên cứu về sự thoái hóacủanhiễmsắcthể Y, quyết định chuyển sang tập trung nghiên cứu nhiễmsắcthể X từ một vài năm trở lại đây, và bắt tay vào nghiên cứu các cặp nhiễmsắcthể chỉ mới xuất hiện, đang trong quá trình thích ứng với vai trò mới của chúng. Các tàiliệu bà viết chủ yếu xoanh quanh nghiên cứu 3 nhiễmsắcthểgiớitính ở một loài ruồi giấm miền tây hiếm gặp có tên Drosophila Miranda, một loài họ hàng có màu đậm hơn loài D. melanogaster. (Nhiều sinh vật có nhiều hơn một cặp nhiễmsắcthểgiới tính; ví dụ, loài thú mỏ vịt có 5 cặp, tất cả các cặp đều được di truyền cùng nhau.) Nhiễmsắcthể X mới (ảnh trên) và nhiễmsắcthể Y mới của loài ruồi giấm Drosophila Miranda, cho thấy nhiễmsắcthể Y đã teo lại như thế nào qua quá trình mất dần gien. Nhiễmsắcthể X vẫn giữ nguyên kích thước như các nhiễmsắcthể thường ở loài ruồi, mặc dù các gien của nó cũng trải qua quá trình thích nghi với sự thoái hóacủanhiễmsắcthể Y. (Ảnh: Doris Bachtrog/ trường Đại học UC Berkeley) Một trong số các nhiễmsắcthểgiớitínhcủa loài D. Miranda được truyền lại từ nhiễm sắcthểgiớitính gốc xuất hiện ở loài Drosophila gần 100 triệu năm trước, trong khi nhiễmsắcthể thứ hai hình thành cách đây khoảng 10 triệu năm, và nhiễmsắcthể thứ 3 bắt đầu xuất hiện 1 triệu năm về trước. Hai nhiễmsắcthể có trước nhìn khá giống nhau, Bachtrog nói: Nhiễmsắcthể Y ở mỗi cặp đã bị mất các gien và biến đổi về hình dáng, trong khi hai nhiễmsắcthể X hoàn toàn giống hệt nhau. Nhiễmsắcthể thứ ba, trẻ nhất, lại khác biệt hoàn toàn. Nhiễmsắcthể Y chưa bị teo lại, dù chứa rất nhiều (khoảng một nửa trong tổng số các gien) không có chức năng và cuối cùng sẽ biến mất. Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu, nhiễmsắcthể X, thường được gọi là nhiễmsắcthể X- mới đang trải qua những thay đổi nhanh chóng, sự thay đổi này lớn gấp 10 lần sự thích ứng ở các nhiễmsắcthể thường. Với cụm từ thích nghi, Bachtrog muốn nói tới các chuỗi gien trong nhiễmsắcthể X đang được điều chỉnh khi các đột biến ngẫu nhiên cuối cùng ấn định một vài thay đổi có lợi để ăn khớp với nhiễmsắcthể Y ngày càng không tương thích. Khoảng 10 đến 15 phần trăm các gien củanhiễmsắcthể X-mới có các dấu hiệu thích ứng, trong khi con số này ở các gien nhiễmsắcthể thường là 1 đến 3 phần trăm. “Xét cho cùng, điều này không có gì đáng ngạc nhiên,” Bachtrog nói. “Nhiễm sắcthể X- mới gặp phải nhiều khó khăn hơn các nhiễmsắcthể thường vì nhiễmsắcthể Y cặp với nó đang thoái hóa dần. Các gien của Y không còn tạo ra protein, do đó X-mới phải bù lại bằng cách điều chỉnh các gien của nó. Chúng tôi tìm thấy nhiều gien trên nhiễmsắcthể X có liên quan tới quá trình tạo bù này.” Ví dụ, ở người, tất cả các gien trên nhiễmsắcthể X hoạt động gấp đôi để bù lại việc nhiễmsắcthể Y thiếu hụt gien. Cơ thể phụ nữ thích ứng với điều này bằng cách ngừng hoạt động hoàn toàn mộtnhiễmsắcthể X để tránh sản xuất ra quá nhiều protein, Bachtrog cho biết. Một thay đổi khác ở X-mới đang diễn ra, theo Bachtrog, là sự loại bỏ các gien có hại cho cá thể cái. Các nhà sinh học gần đây đã nhận ra rằng một số gien có những ảnh hưởng đối nghịch ở cá thể đực và cá thể cái, và quá trình tiếnhóa là một cuộc đấu tranh giữa các gien có hại bị loại bỏ ở cá thể đực để được cá thể cái giữ lại và ngược lại. “Nhiễm sắcthểgiớitính chính là nơi chứa các gien đối nghịch nhau về mặt sinh sản, các gien này có thể lợi cho giới này nhưng lại có hại cho giới kia,” bà nói. Nhiễmsắcthể Y luôn hình thành cá thể đực, nên các gien trên Y sẽ không ảnh hưởng tới các cá thể cái. “Trái lại, nhiễmsắcthể X lại có các gien tốt cho cá thể cái nhưng không tốt cho cá thể đực,” Bachtrog nói, giải thích thêm rằng nhiễmsắcthể X cũng mất đi các gien chỉ được sử dụng trong một cá thể đực. Để hiểu rõ hơn về sựtiếnhóacủanhiễmsắcthể X, Bachtrog nói bà đang tìm kiếm thêm các loài ruồi giấm với các nhiễm sắcthểgiớitính có số năm tuổi khác với loài đang nghiên cứu “để tìm hiểu rõ hơn về quá trình tiếnhóanhiễmsắcthểgiớitính diễn ra trên thực tế.” Bà nói các bằng chứng củasự thích nghi để trở thành một nhiễm sắcthểgiớitính có thể quan sát được rõ nhất sau 1 đến 10 triệu năm. Bachtrog cũng đang hoàn thiện chuỗi gien cho loài D. Miranda, đây là loài không nằm trong số 12 loài Drosophila được cộng đồng lập chuỗi gien chú ý. Bà hi vọng loài ruồi này sẽ trở thành một hệ thống mẫu nghiên cứu giống như ruồi giấm D.melanogaster. “Giờ đây, cuối cùng chúng ta cũng đã có thể nghiên cứu các hệ thống mẫu như loài ruồi D. Miranda mà cách đây vài năm chúng ta không dám nghĩ tới,” bà nói. Bachtrog dự đoán rằng “các so sánh về toàn bộ chuỗi gien sẽ cách mạng hóa ngành sinh học tiến hóa, ngành sinh thái học và nhiều lĩnh vực khác.” Nghiên cứu này được hỗ trợ kinh phí bởi Viện nghiên cứu Sức khỏe Quốc gia, Hội nghiên cứu Sinh học Điện toán và Phân tử Alfred P. Sloan, và Hội Quỹ tài trợ Lucile Packard và David. Tàiliệu tham khảo: Bachtrog D, Jensen JD, Zhang Z. Tiếnhóa thích nghi ở mộtnhiễmsắcthể X mới hình thành. PLoS Biology, 2009; 7 (4): e82 DOI: 10.1371/journal.pbio.1000082 G2V Star (Theo ScienceDaily) . chuyện nhiễm sắc thể X: Sự tiến hóa của một nhiễm sắc thể giới tính Hãy tạm quên đi nhiễm sắc thể Y – đã đến lúc nói về nhiễm sắc thể X. Trong nghiên cứu tiến. trình tiến hóa nhiễm sắc thể giới tính diễn ra trên thực tế.” Bà nói các bằng chứng của sự thích nghi để trở thành một nhiễm sắc thể giới tính có thể quan