Các nhà sinh vật học vừa tìm hiểu kỹ hơn những bí mật về DNA ngăn chặn các loài giao phối giữa các loài

Chúng ta nghĩ về DNA là những phân tử cực kỳ quan trọng mang các chỉ dẫn di truyền cho hầu hết các sinh vật, bao gồm cả chính chúng ta. Nhưng không phải tất cả DNA đều thực sự mã hóa protein; bây giờ, chúng tôi đang tìm thấy ngày càng nhiều chức năng liên quan đến DNA không mã hóa mà các nhà khoa học từng coi là ‘rác’.

Một nghiên cứu mới cho thấy DNA vệ tinh – một loại DNA không mã hóa được sắp xếp thành các chuỗi vật chất di truyền dài, lặp đi lặp lại, dường như vô nghĩa – có thể là lý do tại sao các loài khác nhau không thể lai tạo thành công với nhau.

Dường như DNA vệ tinh đóng một vai trò thiết yếu trong việc giữ tất cả các nhiễm sắc thể riêng lẻ của tế bào lại với nhau trong một nhân đơn, thông qua hoạt động của các protein tế bào.

Theo các nhà sinh vật học Madhav Jagannathan và Yukiko Yamashita, tác giả của nghiên cứu mới, vai trò quan trọng đó được quản lý khác nhau ở mỗi loài, dẫn đến sự không tương thích về gen. Sự xung đột của các chiến lược khác nhau giữa các loài có thể là nguyên nhân khiến nhiễm sắc thể phân tán ra bên ngoài nhân, ít nhất là một phần, ngăn cản sự sinh sản.

Họ viết trong bài báo: “Chúng tôi đề xuất một khuôn khổ thống nhất giải thích cách thức sự phân kỳ DNA vệ tinh được quan sát rộng rãi giữa các loài có quan hệ họ hàng gần nhau có thể gây ra sự cô lập về mặt sinh sản.

“Sự phân kỳ DNA vệ tinh” này đã được thiết lập rõ ràng trong nghiên cứu trước đây, dẫn đến những nghi ngờ về vai trò của nó trong việc xác định. Ví dụ, trong trường hợp bộ gen của tinh tinh và bộ gen người, ADN mã hóa protein gần như giống hệt nhau, trong khi ADN ‘rác’ gần như hoàn toàn khác nhau.

Trong nghiên cứu mới này, thử nghiệm trên ruồi giấm Drosophila melanogaster Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc xóa một gen tạo ra một loại protein có tên là Prod – liên kết với một đoạn DNA vệ tinh cụ thể – đã khiến ruồi chết, do nhiễm sắc thể của chúng nằm rải rác bên ngoài nhân tế bào. Tuy nhiên, một phần quan trọng của DNA vệ tinh đó hoàn toàn bị thiếu trong các họ hàng gần nhất của ruồi, những loài này vẫn tồn tại tốt nếu không có nó.

Điều đó cho thấy các trình tự không mã hóa quan trọng này của vật liệu DNA đã tiến hóa khác nhau giữa các loài. Để xem xét kỹ hơn, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra các con lai được lai tạo từ D. melanogaster nữ và nam từ những người có quan hệ mật thiết với nhau D. simulans giống loài.

Ruồi được nuôi theo cách này thường chết rất nhanh hoặc kết thúc vô sinh. Trong trường hợp này, việc kiểm tra mô của con lai đã xác nhận điều mà các nhà nghiên cứu nghi ngờ – rằng các nhiễm sắc thể (các gói DNA cần thiết cho quá trình sinh sản) cũng đang bị phá vỡ ở đây.

Yamashita, người làm việc tại Viện Công nghệ Massachusetts, cho biết: “Khi chúng tôi xem xét các mô lai đó, rõ ràng là kiểu hình của chúng giống hệt như thể bạn đã phá vỡ tổ chức nhiễm sắc thể qua trung gian DNA vệ tinh của một loài thuần chủng,” Yamashita, người làm việc tại Viện Công nghệ Massachusetts cho biết (MIT).

“Các nhiễm sắc thể nằm rải rác, và không được gói gọn trong một nhân.”

Đào sâu hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những con ruồi lai khỏe mạnh bằng cách loại bỏ các gen được biết là gây hại cho con lai (được gọi là ‘gen không tương thích lai’) từ ruồi bố mẹ của chúng. Những gen không tương thích này được biết là bản địa hóa với DNA vệ tinh của loài thuần chủng.

DNA vệ tinh đột biến khá thường xuyên và các nhà nghiên cứu nghĩ rằng các protein liên kết với DNA vệ tinh để giữ các nhiễm sắc thể lại với nhau phải tiến hóa để theo kịp. Điều này sau đó mang lại cho mỗi loài chiến lược khác nhau khi nói đến các hoạt động DNA vệ tinh.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn thử và thiết kế một loại protein liên kết thành công qua DNA vệ tinh của hai loài, giữ cho các nhiễm sắc thể ở đúng vị trí của chúng. Điều đó có thể cho phép con cái sống sót giữa các loài đó, nhưng sẽ mất nhiều năm để nhận ra.

“Nghiên cứu của chúng tôi đặt nền tảng cho việc tìm hiểu sự không tương thích lai ở cấp độ tế bào trong Drosophila cũng như các sinh vật nhân chuẩn khác, “các nhà nghiên cứu viết.

Nghiên cứu đã được xuất bản trong Sinh học phân tử và sự tiến hóa.