Để biến những con cái thành lưỡng tính, hai đột biến là đủ • Alexander Markov • Tin tức khoa học về “Yếu tố” • Di truyền học, Tiến hóa

Để biến đổi con cái thành lưỡng tính, hai đột biến là đủ.

Trên xuống: lưỡng tính C. elegansnữ C. remanei, giả tạo có nguồn gốc "pseudohermaphrodite" C. remanei. Màu đỏ phân bổ phôi phát triển, màu vàng – ova, khung màu đỏ khu vực vòng quanh của tuyến sinh dục (gonad), trong đó, cùng với trứng, tinh trùng cũng phát triển. Mũi tên đánh dấu tình dục. Ảnh từ bài viết trong cuộc thảo luậnKhoa học

Hầu hết các giun tròn đều tử tế Viêm Caenorhabditis – Đây là loài thông thường, gồm cả đực và cái. Tuy nhiên, trong hai loài thuộc chi này (C. elegansC. briggsaeKhông có con cái, nhưng có những con đực và lưỡng tính có khả năng tự thụ tinh. Các thí nghiệm về giun dioecious C. remanei cho thấy rằng để biến những con cái thành lưỡng tính lưỡng tính, nó đủ để làm giảm hoạt động của hai gen (tra-2swm-1). Điều này có nghĩa là sự xuất hiện của một đặc tính mới – lưỡng tính – trong sự tiến hóa của giun của chi Viêm Caenorhabditis Hai đột biến là đủ.

1. Một mô hình tốt cho nghiên cứu neoplasms tiến hóa.

Trong hầu hết các giun tròn (giun tròn), giống như ở nhiều loài động vật khác, giới tính được xác định về mặt di truyền khi sử dụng nhiễm sắc thể giới tính. Nếu có hai nhiễm sắc thể X trong trứng thụ tinh, một con cái sẽ phát triển từ trứng, nếu một con đực là con đực (xem E.S. Haag, 2005. Sự tiến hóa của việc xác định giới tính tuyến trùng: C. elegans như một điểm tham chiếu cho sinh học so sánh).

Tuy nhiên, trong hai loài tuyến trùng được nghiên cứu nhiều nhất, Caenorhabditis elegansC. briggsae, các cá nhân có hai nhiễm sắc thể X không phải là nữ giới, mà là lưỡng tính. Tuyến sinh dục của họ (tuyến sinh dục) trong giai đoạn ấu trùng muộn tạo ra tinh trùng. Tuyến trùng hoàn toàn bị mất trong quá trình tiến hóa của lá cờ, do đó, chúng cũng có tinh trùng không bị bỏng. Chúng trông giống như amip và di chuyển với giả tạo. Tinh trùng của các mẫu lưỡng tính, hình thành ở giai đoạn ấu trùng, bò vào các kho đặc biệt – spermatheks – và ở đây chúng đang chờ ở cánh. Gonads của lưỡng tính dành cho người lớn sản xuất không phải tinh trùng, nhưng trứng. Chúng có thể được thụ tinh bởi tinh trùng của chúng được lưu trữ trong tinh trùng, và bởi tinh trùng nam là kết quả của giao phối (xem: Thí nghiệm trên giun đã chứng minh rằng con đực là một thứ hữu ích, Elements, ngày 23 tháng 10 năm 2009).

Tổ tiên C. elegansC. briggsae là những con giun kinh điển bình thường. Điều này sau, đặc biệt, từ thực tế là tất cả các loài khác của chi Viêm Caenorhabditis – dioecious. Vì vậy, lưỡng tính C. elegansC. briggsae là một tính cách mới "trẻ", một đặc điểm mới. Vì cả hai loài đều nằm trong số những loài động vật được nghiên cứu nhiều nhất, có mọi lý do để hy vọngtrong trường hợp này, có thể giải mã chi tiết các cơ chế di truyền phân tử của sự hình thành đặc điểm mới này trong quá trình tiến hóa.

2. Làm thế nào để làm cho một nữ lưỡng tính

Các nhà sinh vật học người Mỹ từ Đại học Stratford và Đại học Creighton đã thực hiện một bước quan trọng theo hướng này, như được báo cáo trong số phát hành mới nhất của tạp chí Khoa học. Họ thí nghiệm cho thấy rằng để chuyển đổi những người phụ nữ xuất hiện dioecious C. remanei trong lưỡng tính tự thụ tinh, nó đủ để giảm hoạt động của chỉ hai gen.

Trước đây nó đã tìm thấy rằng trong việc xác định giới tính C. elegans gen đóng một vai trò quan trọng tra-2. Sự hiện diện của một (và không hai) nhiễm sắc thể X ở nam giới đóng vai trò như một kích hoạt, bao gồm sự tổng hợp protein HER-1, ức chế (ức chế hoạt động) của protein TRA-2 (như là sản phẩm protein của gen tra-2). Sự ức chế hoạt động TRA-2, sau một vài bước trung gian, dẫn đến sự hủy diệt protein TRA-1, chức năng của nó là vô hiệu hóa một số gen quan trọng chỉ đạo sự phát triển dọc theo con đường "nam" (bao gồm cả sương mù-3kiểm soát tinh trùng). Protein HER-1 lưỡng tính không được hình thành, nhưng chúng vẫn tạo ra tinh trùng, bởi vì hoạt động của gen tra-2 ở giai đoạn ấu trùng, nó bị ức chế bởi các protein FOG-2 và GLD-1.

Điều này dẫn các tác giả đến với ý tưởng rằng nếu những người phụ nữ tìm kiếm dioeciously C. remanei ức chế hoạt động của gen tra-2con cái có thể biến thành lưỡng tính. Họ bắt đầu bằng cách tắt hoàn toàn gen. tra-2 sử dụng can thiệp RNA. Kết quả là, từ trứng có hai nhiễm sắc thể X, thay vì con cái, những con đực hoàn toàn phát triển, tạo ra các tế bào tinh trùng bình thường, nhưng không có trứng.

Sau đó, các tác giả đã lý luận chính xác rằng họ rõ ràng là một chút quá liều. Xét cho cùng, trong hoạt động gen lưỡng tính thực sự tra-2 mặc dù giảm, nhưng không phải bằng không. Khi tình huống này có thể tái tạo C. remaneibằng cách giảm hiệu ứng trên biểu thức tra-2, đến với các cá nhân trên thế giới, mà các tác giả gọi là "pseudohermaphrodites". Cơ thể của họ là "nữ", nhưng trong tuyến sinh dục cả trứng và tế bào tinh trùng được hình thành đồng thời. Đúng, những sinh vật này đã chứng minh không có khả năng tự thụ tinh (vì thế tiền tố "giả"). Sau khi lai với một người đàn ông bình thường, những con non tinh trùng đã đẻ trứng đã thụ tinh, nhưng với số lượng nhỏ hơn con cái bình thường. Điều này có nghĩa là trứng của chúng ít nhiều bình thường và không có khả năng tự thụ tinh là rất có thể do các khuyết tật tinh trùng.

Để tìm hiểu những khiếm khuyết này là gì, các tác giả đã phải làm việc rất nhiều, kiểm tra từng cái sau một khả năng giả định khác. Nó chỉ ra rằng các tế bào tinh trùng của pseudogermaphrodites là bình thường trong tất cả các thông số ngoại trừ một: chúng không hoạt động, chúng không bò bất cứ nơi nào, và, đặc biệt, chúng không di chuyển vào tinh trùng.

Trong tuyến trùng bình thường, các tế bào tinh trùng được kích hoạt (bắt đầu leo) dưới ảnh hưởng của các protein chứa trong dịch tinh dịch. Có tế bào tinh trùng của giả-ferrophalitis duy trì khả năng của họ được kích hoạt bởi các protein này? Để xác minh điều này, các tác giả đã vượt qua pseudohermaphrodites với nam giới C. elegans. Nam giới C. elegans sẵn sàng giao phối với phụ nữ C. remanei, nhưng những cuộc hôn nhân này là không kết quả (sau khi tất cả, hai loài phân kỳ, theo ước tính có sẵn, khoảng 80 triệu năm trước). Tuy nhiên, sau khi giao phối với nam giới C. elegans pseudohermaphrodites C. remanei trứng đã được thụ tinh, một số trong số đó là khả thi, và từ chúng là những con cái bình thường C. remanei. Điều này và các thí nghiệm khác đã chỉ ra rằng chất lỏng tinh dịch C. elegans thực sự có thể kích hoạt các tế bào tinh trùng của pseudohermaphrodites, và kết quả là, tự thụ tinh trở thành có thể.

Phát hiện này đã thu hẹp đáng kể phạm vi của các gen mục tiêu tiềm năng cần phải bị ảnh hưởng để biến đổi giả giả thành các lưỡng tính chính xác. Gen "phù hợp" là swm-1mã hóa một protein ức chế hoạt động của các protein khác – protease kích hoạt các tế bào tinh trùng. Gene swm-1 chịu trách nhiệm ngăn chặn sự kích hoạt sớm tinh trùng ở nam giới C. elegansvà rõ ràng là, thực hiện một số chức năng khác. Các tác giả đã giảm hoạt động của gen này trong pseudohermaphrodites (cũng với sự trợ giúp của can thiệp RNA) – và chúng ngay lập tức có được khả năng tự thụ tinh, đến niềm vui lớn lao của các nhà nghiên cứu.

3. Khoảng cách có thể được nhảy vào hai bước nhảy, nhưng đối với điều này bạn cần một cây cầu

Nghiên cứu cho thấy rằng đối với sự xuất hiện trong quá trình tiến hóa của tuyến trùng của chi Viêm Caenorhabditis Một đặc tính mới – lưỡng tính – chỉ đủ để giảm hoạt động của hai gen trong hai thác điều hòa khác nhau. Điều này đòi hỏi hai đột biến. Tuy nhiên, sự xuất hiện đồng thời của hai đột biến, chỉ hữu ích với nhau, nhưng không riêng biệt, là rất khó xảy ra. Chúng có thể xuất hiện một cách nhất quán hay tương đương với việc bắc cầu vực thẳm trong hai bước nhảy? Các tác giả đang xem xét hai kịch bản có thể xảy ra.sự biến đổi tiến hóa này:

1) Đầu tiên, một đột biến xảy ra làm giảm hoạt động của gen swm-1 ở phụ nữ, cho phép bạn kích hoạt tinh trùng của chính bạn (nếu có). Lúc đầu, đột biến này là trung lập, bởi vì phụ nữ chưa thể sản xuất tinh trùng. Trong tương lai, có một đột biến làm giảm hoạt động tra-2. Đột biến này ngay lập tức tỏ ra hữu ích (được hỗ trợ bởi sự lựa chọn) bởi vì nó biến phụ nữ thành lưỡng tính khép kín (xem dưới đây cho tính hữu ích của lưỡng tính). Nhưng đột biến đầu tiên có thể không gây hại nếu gen được biết là swm-1nhiều khả năng đa chức năng? Và đó là ở đây kiến ​​thức về bộ gen của những con giun được nghiên cứu đến để giải cứu. Nó chỉ ra rằng trong bộ gen của các loài lưỡng tính chỉ có một bản sao của gen. swm-1và lưỡng tính, đó cũng là bản sao thứ hai, hơi khác. Rõ ràng, sự phát triển của lưỡng tính đã được thúc đẩy bởi sự nhân đôi của gen này, điều này làm cho nó có thể loại bỏ "xung đột thích nghi". Một trong những bản sao đã thay đổi để đảm bảo sự kích hoạt kịp thời tinh trùng ở lưỡng tính và thứ hai tiếp tục thực hiện các chức năng khác (xem: gen đa chức năng – cơ sở cho sự đổi mới tiến hóa, “Yếu tố”, 30.06.2008).

2) Kịch bản thứ hai bắt đầu với một đột biến làm giảm hoạt động. tra-2. Điều này dẫn đến sự xuất hiện của pseudohermaphrodites. Chỉ sau khi điều này xảy ra, đột biến xuất hiện và cố định, giảm hoạt động swm-1. Tuy nhiên, pseudohermaphrodites trên thực tế chỉ là phụ nữ kém: họ không có khả năng tự thụ tinh, và vai trò của nữ giới đối phó tệ hơn nữ giới thực. Vì vậy, ngay từ cái nhìn đầu tiên có vẻ như việc lựa chọn nên ngay lập tức loại bỏ đột biến đầu tiên. Nhưng hãy nhớ rằng phụ nữ C. remanei hấp dẫn với con đực của các loài khác, và giao phối với những con đực này tạo cho chúng cơ hội tự thụ tinh. Tính năng này có thể trở thành một “cây cầu” mà qua đó các loài tiến hóa đã xoay xở để vượt qua giai đoạn trung gian nguy hiểm và chờ đợi sự đột biến thứ hai xảy ra. Trong một số trường hợp, pseudohermaphrodites có khả năng tự thụ tinh sau khi giao phối với con đực của các loài khác có thể có lợi thế thích nghi (xem bên dưới).

Vì vậy, "vượt qua một vực thẳm hai-hop" trên kiểm tra chặt chẽ hơn là không thể tin được. Có những cây cầu ở đó.

4. Những thay đổi trong hoạt động gen – cách chuyển đổi tiến hóa "thuận tiện nhất".

Những thay đổi trong hoạt động gen theo hướng giảm hoặc tăng có thể xảy ra do một loạt các đột biến. Về mặt lý thuyết, đây có thể là đột biến trong các vùng quy định của chính các gen. tra-2swm-1, hoặc những đột biến của gen điều chỉnh kiểm soát công việc của họ, hoặc đột biến của các nhà quản lý, vv Điều quan trọng là trong tình huống như vậy – khi nó trở nên có lợi để giảm hoặc tăng sự biểu hiện của bất kỳ gen nào – xác suất đột biến ngẫu nhiên làm thay đổi hoạt động của gen sẽ hữu ích, và không có hại, gần 1/2, nghĩa là, nó trở nên cực kỳ cao. Không phải ngẫu nhiên, nhiều biến đổi tiến hóa "tiến bộ", nó biến đổi, liên quan đến những thay đổi về mức độ hoạt động của gen, thay vì trình tự mã hóa protein của chúng (xem: Sự tiến hóa của con người đi kèm với sự thay đổi hoạt động của gen điều chỉnh, Elementy, 13.03.2006 ).

5. Kiểm tra xem phích cắm đã được cắm chưa.

Nhiều người cảm thấy khó chịu bởi “lời khuyên khôn ngoan” này, điều này luôn có mặt trong các hướng dẫn xử lý sự cố cho các thiết bị điện. Tuy nhiên, đằng sau nó nằm một nguyên tắc phổ quát: trong nhiều trường hợp, hiệu ứng mong muốn có thể đạt được bằng cách chỉ thao tác các công tắc và không tháo toàn bộ cơ chế.

Các đột biến cụ thể chịu trách nhiệm cho việc giảm hoạt động của gen tra-2swm-1 tổ tiên C. elegansC. briggsaecó thể khác. Đặc biệt, nó được biết là lưỡng tính của loài đầu tiên trong sự đàn áp của hoạt động tra-2 gene liên quan sương mù-2mất tích từ loài thứ hai. Tổ tiên C. briggsae mất gen fog-2, có lẽ không cần thiết. Trong loài này, một gen khác đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tinh trùng bình thường trong lưỡng tính. cô-1. Ví dụ này cho thấy rằng trong quá trình tiến hóa, “công tắc” của các thác điều chỉnh di truyền có thể thay đổi và bản thân các thác – và các chức năng của chúng – vẫn giữ nguyên. Điều này cũng áp dụng cho các cơ chế xác định giới tính. Sự phân chia thành con đực và con cái là ở hầu hết các loài động vật; theo đó, cũng có những “chương trình” di truyền (lớn và phức tạp) phát triển dọc theo con đường nam và nữ. Tuy nhiên, các thiết bị chuyển mạch chính trực tiếp phát triển theo một trong hai cách thường xuyên thay đổi trong quá trình tiến hóa. Ví dụ, trong cùng một tuyến trùng, nhiều loài đã chuyển từ xác định giới tính nhiễm sắc thể sang “trung bình”, tức là, giới tính của chúng không phụ thuộc vào gen, mà về các điều kiện phát triển diễn ra. Không có gì kỳ diệu về điều này: trong cùng một cách, bạn có thể thay thế một công tắc điện trong phòng của bạn với một hệ thống phức tạp trong loạt và song songkết nối công tắc, nút hoặc dây với bàn chải, mà không thay đổi hệ thống dây điện và đèn chùm. Nó có thể trở nên thuận tiện hơn để kiểm soát ánh sáng, nhưng “kiểu hình” sẽ không thay đổi: ánh sáng vẫn sẽ được bật hoặc tắt.

6. Về lợi ích của việc tự thụ tinh

Những người đọc ghi chú trước đây của chúng tôi về giun tròn (thí nghiệm trên giun đã chứng minh rằng con đực là một thứ hữu ích, “Yếu tố”, 10.23.2009), câu hỏi có thể nảy sinh: tại sao bất cứ ai thậm chí cần phải đi đến lưỡng tính nếu thí nghiệm cho thấy lợi thế của thụ tinh chéo qua tự thụ tinh? Thực tế là những ưu điểm của lưỡng tính trong nhiều trường hợp là hoàn toàn rõ ràng – đó là lý do tại sao nó là cần thiết để thiết lập các thí nghiệm đặc biệt khi họ muốn cho thấy rằng thụ tinh chéo tốt hơn trong một số tình huống khác. Ví dụ, nếu các trang web phù hợp cho cuộc sống của tuyến trùng của loài này là rất hiếm (nó có vẻ là khá đúng cho các thành viên của chi Viêm Caenorhabditis) và khả năng ít nhất một con sâu tấn công khu vực mới, không có người ở là rất nhỏ, thì khả năng hai con giun sẽ đến khu vực này cùng một lúc – con đực và con cái – sẽ hoàn toàn không đáng kể.Đương nhiên, trong tình huống như vậy, lợi thế sẽ là những con giun có thể sinh sản mà không cần sự tự thụ tinh.

Nguồn: Chris Baldi, Soochin Cho, Ronald E. Ellis. Đột biến trong hai con đường độc lập là đủ để tạo tuyến trùng lưỡng tính // Khoa học. 2009. V. 326. P. 1002-1005.

Xem thêm:
1) Các thí nghiệm trên giun đã chứng minh rằng con đực là một điều hữu ích, “Các nguyên tố”, 10.23.2009.
2) E.S. Haag, 2005. Sự tiến hóa của việc xác định giới tính tuyến trùng: C. elegans như một điểm tham chiếu cho sinh học so sánh.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: