Sản xuất bởi: Science Popularization China
Sản xuất bởi: Jiang Mengping (Trung tâm Xuất sắc về Khoa học Não bộ và Công nghệ Trí tuệ, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc)
Nhà sản xuất: Trung tâm thông tin mạng máy tính, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
Bạn có thể đã nghe điều gì đó tương tự như thế này:
"Con thông minh thế, mẹ con chắc cũng rất thông minh phải không?"
"Mẹ và bà của bạn đã sống lâu như vậy, chắc chắn bạn cũng sẽ sống lâu như vậy."
Tất cả những tuyên bố này đều thảo luận về ảnh hưởng của người mẹ đến con cái, và thực tế có những nghiên cứu cho thấy trí thông minh và tuổi thọ của con cái có liên quan chặt chẽ đến người mẹ.
Nguồn hình ảnh: Veer Gallery
Tuy nhiên, bài viết hôm nay không nói về những điều này mà là về một hiện tượng di truyền khác liên quan đến mẹ - sự di truyền về trí nhớ căng thẳng từ mẹ.
Trí nhớ căng thẳng ở giun tròn có thể được di truyền qua nhiều thế hệ không?
Khi chịu áp lực từ môi trường, sinh vật sẽ sản sinh ra phản ứng thích nghi để chống lại áp lực từ môi trường. Phản ứng căng thẳng này có thể di truyền cho con cái không?
Đầu tháng này, kết quả nghiên cứu mới nhất của nhóm Tian Ye từ Viện Di truyền và Sinh học Phát triển thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đưa ra câu trả lời tích cực cho câu hỏi này. Họ đã công bố một bài báo có tựa đề "Căng thẳng ty thể thần kinh gây ra sự di truyền xuyên thế hệ của trí nhớ căng thẳng bằng cách tăng số lượng bản sao của DNA ty thể ở thế hệ con" trực tuyến trên tạp chí Nature Cell Biology dưới dạng bài báo trang bìa, báo cáo về hiện tượng di truyền xuyên thế hệ của trí nhớ căng thẳng ở giun tròn.
Đây là loại giun tròn gì? Những người bạn am hiểu về sinh học có thể biết rằng giun tròn là một mô hình sinh vật điển hình. Toàn thân chúng trong suốt và cơ thể trưởng thành chỉ dài 1mm. Tuy nhiên, cơ thể nhỏ bé của chúng chứa các mô hoàn chỉnh và thậm chí cả hệ thần kinh giống như "bộ não".
Tuyến trùng (Nguồn ảnh: keys.lucidcentral.org)
Kể từ đầu thế kỷ 21, sáu nhà khoa học đã giành giải Nobel cho những thành tựu sử dụng tuyến trùng làm đối tượng thí nghiệm, đưa tuyến trùng trở thành ngôi sao trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học sự sống.
Bạn có thể tưởng tượng được rằng một loài giun tròn có kích thước một milimét có thể di truyền trí nhớ về căng thẳng qua nhiều thế hệ không? Các nhà nghiên cứu đã biểu hiện gen gây bệnh Huntingdon trong tế bào thần kinh của giun tròn, gây tổn thương ty thể ở tế bào thần kinh và kích thích phản ứng protein không gấp nếp của ty thể (UPRmt) trong các tế bào ruột của giun tròn trên khắp các mô và tế bào - một phản ứng căng thẳng bảo vệ của cơ thể giun tròn. Sự giao tiếp xuyên mô này của căng thẳng ty thể có thể giúp giun tròn đối phó tốt hơn với tổn thương ty thể cục bộ.
Khi những loài giun tròn này giao phối với những loài giun tròn hoang dã, 30% con non của loài hoang dã không mang protein gây bệnh cho thấy sự cảm ứng tín hiệu UPRmt, nghĩa là chúng có phản ứng với căng thẳng. Hơn nữa, trong số thế hệ con cái đầu tiên biểu hiện phản ứng căng thẳng, 80% cá thể tiếp tục truyền tín hiệu UPRmt cho thế hệ thứ hai.
Điều đáng kinh ngạc là các nhà nghiên cứu vẫn quan sát thấy tín hiệu căng thẳng này ở thế hệ giun tròn thứ 50, cho thấy ký ức về căng thẳng của mẹ có thể được di truyền cho con cái, thậm chí kéo dài hơn 50 thế hệ.
Bộ nhớ căng thẳng của giun tròn có thể được di truyền trong hơn 50 thế hệ (Nguồn ảnh: Tài liệu tham khảo 1)
Mã di truyền của trí nhớ căng thẳng
Vậy làm thế nào mà ký ức căng thẳng này có thể được di truyền qua nhiều thế hệ? Câu trả lời nằm ở số lượng bản sao của DNA ty thể (mtDNA).
Thông thường, có nhiều bản sao DNA ty thể trong một tế bào. Bản chất đa bản sao của DNA ty thể được cho là một cơ chế tự bảo vệ, vì hầu hết các bệnh về ty thể đều đòi hỏi phải xảy ra một tỷ lệ đột biến gen nhất định.
Ví dụ, các bệnh ty thể phổ biến hơn trong số các bệnh di truyền từ mẹ: bệnh thần kinh thị giác di truyền Leber (LHON), điếc không do hội chứng, v.v., đòi hỏi tỷ lệ đột biến gen phải trên 99,5%.
Khi ty thể trong tế bào thần kinh giun tròn bị tổn thương, các tế bào thần kinh sẽ truyền tín hiệu đến tuyến sinh dục thông qua con đường Wnt, làm tăng số lượng bản sao DNA ty thể ở thế hệ con. Tuy nhiên, quá nhiều bản sao sẽ gây mất cân bằng protein trong ty thể, từ đó kích thích cơ thể kích hoạt UPRmt. Đây là nguyên lý truyền tải trí nhớ căng thẳng thông qua ty thể.
Trên thực tế, UPRmt do sự gia tăng số lượng bản sao DNA ty thể ở thế hệ con cái gây ra nhiều tác động lên cơ thể. So với các loài cùng loại hoang dã, những loài giun tròn thừa hưởng cơ chế gây căng thẳng của mẹ có tuổi thọ tăng đáng kể và có khả năng chống chịu với căng thẳng nhiệt và thuốc diệt cỏ paraquat.
Tuy nhiên, bạn không thể vừa giữ bánh vừa ăn bánh được. Những cá thể có khả năng phục hồi tốt hơn và tuổi thọ dài hơn có quá trình phát triển chậm lại và khả năng sinh sản giảm.
Vì DNA ty thể chỉ có thể lấy từ mẹ nên ký ức về căng thẳng này được di truyền theo dòng mẹ. Ngay cả khi con cái không bị tổn thương do căng thẳng, chúng vẫn có thể thừa hưởng ký ức căng thẳng từ "mẹ", đứng trên "vai mẹ" và trở nên mạnh mẽ hơn.
Di truyền theo mẹ là gì? Nó khác với di truyền theo cha như thế nào?
Vậy chính xác thì di truyền từ mẹ là gì?
Trước khi trả lời câu hỏi này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về di truyền theo cha. Chúng ta biết rằng vật chất di truyền chủ yếu tồn tại trong nhiễm sắc thể. Trong số 46 nhiễm sắc thể trong cơ thể một người bình thường, một nửa đến từ mẹ và một nửa đến từ cha.
Đối với nam giới, họ nhận được 22 nhiễm sắc thể thường và một nhiễm sắc thể giới tính Y từ cha. Một số đoạn gen cụ thể chỉ tồn tại trên nhiễm sắc thể Y và chỉ có thể được di truyền ở bé trai.
Hiện tượng này được truyền từ cha sang con trai và di truyền cùng với nhiễm sắc thể Y được gọi là di truyền theo dòng cha. Ví dụ, bệnh rậm lông ống tai ngoài ở người và bệnh màng vịt là hai triệu chứng di truyền phổ biến từ cha.
Vậy, liệu di truyền theo mẹ có ám chỉ một số gen có thể được truyền cho con gái thông qua nhiễm sắc thể X của mẹ không?
Điều này quá đơn giản vì di truyền từ mẹ không liên quan gì đến nhiễm sắc thể X.
Vâng, điều đó không quan trọng! Trong di truyền học, di truyền theo mẹ ám chỉ cụ thể đến di truyền DNA ty thể được đề cập ở trên.
Ngoài DNA nhiễm sắc thể, vật chất di truyền của con người còn tồn tại trong DNA ty thể (chiếm khoảng 1% đến 2% tổng số DNA).
Ty thể và DNA ty thể (Nguồn hình ảnh: Veer Gallery)
Có thể bạn đang bối rối. Người cha cũng có ty thể, vậy tại sao sự di truyền ty thể lại phải là từ người mẹ?
Nguyên nhân là do ty thể trong tinh trùng của người cha rất ít và được theo dõi chặt chẽ, sẽ nhanh chóng bị phân hủy sau khi thụ tinh.
Do đó, một cá thể phát triển từ trứng đã thụ tinh sẽ chỉ mang ty thể từ mẹ và những ty thể này chỉ được truyền cho con cái thông qua con gái. Đây là di truyền theo mẹ. Thật tuyệt vời phải không!
"Mitochondrial Eve" gây tranh cãi
ADN ty thể chỉ có thể được di truyền qua dòng mẹ, vậy nguồn gốc của nó là gì?
Vào những năm 1980, nhóm nghiên cứu di truyền học của Wilson tại Đại học California, Berkeley, đã phát hiện ra rằng DNA ty thể của con người hiện đại có thể được chia thành hai loại chính. Loại đầu tiên chỉ được tìm thấy ở một số người châu Phi, trong khi loại còn lại phân bố ở tất cả các chủng tộc, bao gồm cả người châu Phi, và nguồn gốc cuối cùng của nó cũng là người châu Phi.
Sau khi nghiên cứu sâu hơn, nhóm nghiên cứu của Wilson tin rằng trong quá khứ xa xưa, có một tổ tiên chung của tất cả loài người, và DNA ty thể ở tất cả con người hiện đại đều có nguồn gốc từ người phụ nữ này, "Eva ty thể" nổi tiếng. Khi thuyết "Eve" được đưa ra, nó đã thu hút sự chú ý của nhiều người và cũng gây ra nhiều tranh cãi lớn.
Tất nhiên, chúng ta cần lưu ý rằng mặc dù nguồn gốc của ty thể có liên quan đến nguồn gốc của con người, nhưng chúng không thể được coi là ngang bằng.
Mô hình "Mitochondrial Eve": DNA ty thể của con người hiện đại có thể bắt nguồn từ một người phụ nữ duy nhất
(Nguồn ảnh: Tham khảo 4)
“Kẻ mạnh nhất sẽ sống sót”, chỉ có khả năng thích nghi mạnh mẽ hơn mới có thể tồn tại trong những môi trường khắc nghiệt hơn.
Tuyến trùng rất may mắn; họ không cần phải trải qua “nỗi đau” làm mẹ một lần nữa để có được khả năng thích nghi. "Tổ tiên" mẹ của loài giun tròn thực sự lo lắng về "con cháu" của chúng. DNA ty thể rất ổn định và người mẹ nên thông minh khi chọn nó làm nơi lưu giữ ký ức về căng thẳng.
Qua sự di truyền qua nhiều thế hệ của giun tròn, chúng ta thấy được sự di truyền của sự sống và trí tuệ vĩ đại của những người mẹ.
Tài liệu tham khảo
1. Zhang, Q., Wang, Z., Zhang, W. và cộng sự. Ký ức về căng thẳng ty thể của tế bào thần kinh được di truyền qua nhiều thế hệ thông qua mức độ DNA ty thể cao. Tạp chí Sinh học Tế bào Tự nhiên (2021). https://doi.org/10.1038/s41556-021-00724-8
2. Cann RL, Stoneking M, Wilson AC (1987), "DNA ty thể và sự tiến hóa của con người", Nature, 325 (6099): 31-36
3. Lewin R (1987). "Sự lộ diện của ty thể Eva". Khoa học. 238 (4823): 24–26. Mã số: 1987Sci...238...24L. doi:10.1126/khoa học.3116666. Mã số PM 3116666.
4.https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MtDNA-MRCA-Generations-Evolution.svg
