Mất dần gen lòng đỏ trứng ở động vật có vú và nguồn gốc của sự tiết sữa cùng quá trình hình thành nhau thai

Nếu bạn đang đọc bài báo này, bạn đã không bắt đầu cuộc sống bằng cách nở ra từ một quả trứng. Đây là một trong rất nhiều những điểm chung của bạn với họ hàng của chúng ta, động vật có vú.

Một bài báo trên PLoS Biology tuần này nghiên cứu tỉ mỉ về những thay đổi di truyền khiến cho động vật có vú nuôi dưỡng con qua nhau thai và bằng sữa, hơn là qua trứng, và tìm ra rằng những thay đổi đó diễn ra một cách từ từ trong lịch sử tiến hóa của chúng ta. Bài báo chỉ ra rằng những gen protein sữa xuất hiện ở tổ tiên của toàn bộ dòng dõi động vật có vú tồn tại hiện nay cùng lúc với sự giảm dần của gen protein trứng.

Có ba loại động vật có vú: động vật có nhau thai (bạn, tôi, chó, cừu, hổ, vân vân), động vật có túi (được tìm thấy ở Úc và Nam Mỹ bao gồm kanguru, ôpôt), và động vật đơn huyệt (thú mỏ vịt và và hai loài thuộc họ thú lông nhím). Hình thức sinh sản ở ba nhóm động vật kể trên rất khác nhau. Động vật có nhau thai có thời gian thai nghén dài hơn và có hệ thống nhau thai phức tạp cung cấp dinh dưỡng cho phôi, sau đó là một khoảng thời gian tiết sữa khá ngắn. Động vật có túi có nhau thai đơn giản hơn và thời gian thai nghén ngắn hơn nhiều, con non sau đó được cho bú sữa trong một khoảng thời gian, thành phần của sữa sẽ thay đổi để phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng của con non.

Sự xuất hiện của các hình thức nuôi dưỡng khác (tiết sữa và đính noãn) trong quá trình tiến hóa của động vật có vú tạo ra giai đoạn giảm nhanh chóng của sự nuôi dưỡng bằng lòng đỏ trứng (kết quả là các gen lòng đỏ trứng cũng giảm) (Ảnh: Rasmus Kaessmann)

Động vật đơn huyệt – đã từng bao gồm nhiều loài khác nhau, nhưng hiện có rất ít loài và được phân bố hạn hẹp – có khởi đầu giống với loài bò sát, chúng đẻ trứng với lòng đỏ. Chúng cũng cho con bú, nhưng sữa được tiết ra từ một vùng da chứ không phải từ núm vú. Làm thế nào những hình thức sinh sản và nuôi dưỡng này xuất hiện từ tổ tiên bò sát của chúng ta?

Một bài báo của nhóm tác giả David Brawand, Walter Wahli, và Henrik Kaessmann khám phá sự chuyển đổi trong việc chăm sóc con non bằng cách so sánh những gen đại diện cho ba nòi giống khác nhau của động vật có vú với gen của gà – một loài đẻ trứng, và không có sữa. Các tác giả tìm ra rằng có những vùng di truyền tương tự giữa ba nhóm động vật có vú, cho thấy những gen casein (một loại protein tìm thấy trong sữa) xuất hiện ở tổ tiên của động vật có vú khoảng từ 200 đến 310 triệu năm trước, trước sự tiến hóa của nhau thai.

Trứng chứa một loại protein gọi là vitellogenin đóng vai trò nguồn dinh dưỡng chính. Các tác giả tìm kiếm những gen có liên hệ với sự sản xuất ra vitellogenin, và thấy ba gen ở gà. Họ cũng nhận thấy rằng trong khi động vật đơn huyệt vẫn có một gen chức năng vitellogenin, ở động vật có nhau thai và động vật có túi, cả ba gen này đều trở thành pseudogenes (vùng ADN tương tự như gen chức năng, nhưng có một vài điểm khác biệt làm những gen này lặn đi). Quá trình biến đổi gen sang pseudogene xảy ra liên tiếp cho cả ba gen, gen cuối cùng mất đi chức năng cơ bản vào khoảng 30-70 triệu năm trước đây.

Vì vậy, động vật có vú đã có sữa trước khi chúng ngừng đẻ trứng. Nhau thai làm giảm sự phụ thuộc vào trứng như nguồn dinh dưỡng để phát triển con non, và trứng đã bị loại bỏ hoàn toàn ở động vật có nhau thai và động vật có túi khi nhau thai hình thành. Điều này có nghĩa rằng những gen liên quan đến sự tạo thành trứng đã dần dần biến đổi, trở thành pseudogenes, mà không làm ảnh hưởng đến thể trạng của động vật có vú.

Trích dẫn: Brawand D, Wahli W, Kaessmann H (2008) Sự mất dần gen lòng đỏ trứng ở động vật có vú và nguồn gốc của sự tiết sữa cùng với sự hình thành nhau thai. PLoS Biol 6(3): e63. doi:10.1371/journal.pbio.0060063