Có một cuộc chạy đua vũ trang tiến hóa giữa gen và các yếu tố di truyền 'ích kỷ'

Mặc dù chúng ta đã biết về những "ký sinh trùng của bộ gen" này trong nhiều năm,nghiên cứu mới nhất này cung cấp thêm bằng chứng về cách chúng hoạt động chính xác. Cụ thể, nghiên cứu xem xét bộ gen của ba loài Drosophila (ruồi giấm) có liên quan chặt chẽ.

Ruồi giấm chia sẻ khoảng 70% các gen tương tự gây bệnh cho con người và tương tự như con người ở cấp độ phân tử. Điều này làm cho họ trở thành ứng cử viên lý tưởng cho nghiên cứu di truyền. Hơn nữa, chu kỳ sinh sản ngắn của chúng (dưới hai tuần) có nghĩa là một số thế hệ ruồi có thể được nghiên cứu cùng nhau.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng mỗi loài ruồi giấm có 5-12 gen truyền ối trên nhiễm sắc thể X. Những gen mới được phát hiện này thuộc loại ích kỷ và cố gắng lén lút lây lan vào hơn 50% con cái tiêu chuẩn của cha mẹ.

"Chúng tôi đã phát hiện ra rằng một cuộc chạy đua vũ trang tiến hóa đã dẫn đến sự gia tăng của các gen ổ đĩa ối trên nhiễm sắc thể X và các gen ức chế ở những nơi khác trong bộ gen", nhà sinh vật học tiến hóa và nhà di truyền học dân số lý thuyết Christina Muirhead từ Đại học Rochester ở New York cho biết.

Các gen được tìm thấy bởi các nhà nghiên cứu có liên quan đến một gen ổ đĩa meiotic được gọi là Dox, hoặc "distorter trên X". Được tìm thấy trên nhiễm sắc thể X, Dox giết chết tinh trùng mang nhiễm sắc thể Y. Với ý nghĩ đó, các gen mới đã được gọi là Dox-like hoặc Dxl cho ngắn, bởi vì họ sử dụng một loại tấn công tương tự.

Những gen Dxl này đã được chứng minh là tạo ra một protein histone can thiệp vào các tế bào giới tính nam chưa trưởng thành mang nhiễm sắc thể Y. Những tế bào này sau đó chết đi, có nghĩa là các thế hệ tương lai sẽ có nhiều con gái hơn con trai.

Tất cả các gen Dxl được quan tâm là tự nhân giống, các nhà nghiên cứu báo cáo, dường như không biết gì về kết luận hợp lý của loại hành vi này: Loài và gen Dxl bị đẩy đến tuyệt chủng khi ngày càng ít con đực được sản xuất.

"Các gen ổ đĩa có được lợi thế tiến hóa bằng cách tiêu diệt tinh trùng mang Y", nhà di truyền học tiến hóa Daven Presgraves,cũng từ Đại học Rochester cho biết. "Nhưng những cá thể mang gen ổ đĩa bị giảm khả năng sinh sản, và dân số ngày càng trở nên thiên vị phụ nữ, có nguy cơ tuyệt chủng cuối cùng."

Để cân bằng quy mô, nhóm nghiên cứu cũng tìm thấy các bản sao gen Dxl chơi phản công chống lại Dxls ban đầu bằng cách giả vờ là một gen Dxl ích kỷ. Những bản sao này làm im lặng các gen Dxl thực sự thông qua can thiệp RNA, thay vì biểu hiện protein Dxl như bình thường - một sự thay đổi quan trọng. Nói cách khác, phần còn lại của bộ gen ruồi giấm dường như đã tiến hóa để ngăn chặn các bộ phận ích kỷ và đảm bảo sự sống còn.

Cần nghiên cứu thêm để xác minh xem có điều tương tự xảy ra trong bộ gen của con người hay không, nhưng với cách thức di truyền tương tự ruồi giấm với chúng ta, những gì đang xảy ra ở đây ở Drosophila cũng có khả năng xảy ra ở các động vật có vú khác: Các cuộc chiến vi mô giữa các gen để đạt được ưu thế và giữ cho bộ gen cân bằng.

"Các bản sao gen lặp đi lặp lại tương tự như gen Dxl thiên vị tỷ lệ giới tính ích kỷ là phổ biến đối với nhiễm sắc thể X và Y của vượn và con người lớn", Presgraves nói.

"Đây chỉ là một dòng bằng chứng cho thấy các cuộc chạy đua vũ trang tiến hóa có hậu quả quan trọng đối với sự tiến hóa của bộ gen".

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Ecology & Evolution.