Giải mã bí ẩn về tiến hóa qua hàng loạt bộ gen
Dự án giải mã 240 bộ gen động vật có vú đã tiết lộ quá trình tiến hóa và hình thành các đặc điểm độc đáo của các loài.
Cá heo sông Amazon, loài có nguy cơ tuyệt chủng, là một trong số những loài được Dự án Zoonomia nghiên cứu. Ảnh: NPL.
Khi bộ gen hoàn chỉnh của chuột nhắt, người, chuột cống và tinh tinh được công bố lần đầu tiên vào đầu những năm 2000, các nhà di truyền học đã có thể so sánh trình tự bộ gen giữa các loài và tìm hiểu quá trình tiến hóa của động vật có vú.
Bây giờ, sau 2 thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã thu thập và so sánh bộ gen của 240 loài động vật có vú. Từ kho dữ liệu trình tự gen động vật có vú lớn nhất từng có này, họ tìm ra nguyên nhân đằng sau những "năng lực đặc biệt" của một số loài, chẳng hạn như khứu giác nhạy cảm, khả năng ngủ đông hay kích thước bộ não lớn. Kho dữ liệu được gọi là Dự án Zoonomia, đã báo cáo những phát hiện này trên tạp chí Science.
Kerstin Lindblad-Toh, nhà di truyền học tại Đại học Uppsala (Thụy Điển), một trong những người dẫn đầu Zoonomia, cho biết 240 bộ gen là con số gần như tối thiểu để thấy các loài động vật có vú đã thay đổi như thế nào theo thời gian.
Giải mã những bí ẩn bộ gen
Nhóm Zoonomia, bao gồm hơn 150 nhà khoa học và 30 nhóm nghiên cứu từ khắp nơi trên thế giới, đã tìm kiếm những điểm tương đồng giữa 240 bộ gen. Họ đưa ra giả thuyết rằng nếu các loài khác nhau có chung một số đoạn gen nhất định, và các đoạn gen này tồn tại hàng chục triệu năm, thì chúng phải phục vụ một chức năng quan trọng.
Sau đó, họ ước tính ít nhất 10,7% bộ gen của con người cũng xuất hiện ở các các loài được giải trình tự gen. Hầu hết gen trùng lặp này là gen điều hòa, điều chỉnh cách thức và thời điểm các gen khác được phiên mã và dịch mã thành protein. Chức năng của khoảng một nửa số gen này từ trước đến nay vẫn là bí ẩn.
Dự án Zoonomia đã tiết lộ những chi tiết mới về cách thức các loài động vật như chuột sóc tiến hóa để ngủ đông. Ảnh: NPL.
Zoonomia cũng phân tích sự khác biệt giữa các bộ gen, cho thấy những gen nào tạo thành một số đặc điểm độc đáo của loài và những gen nào góp phần gây bệnh.
Trước đây, đã có các nghiên cứu so sánh hàng nghìn bộ gen của con người để tìm ra các gen có liên quan đến bệnh tật. Nhưng quá trình này không dễ vì một căn bệnh có thể có hàng triệu gen liên quan. Việc so sánh chéo ở tất cả các loài động vật có vú có thể giúp thu hẹp phạm vi tìm kiếm các biến thể gen gây bệnh, theo Lindblad-Toh.
Sử dụng dữ liệu của Zoonomia, các nhà nghiên cứu cũng đã xây dựng một cây phả hệ ước tính thời điểm mỗi loài động vật có vú tách khỏi tổ tiên của chúng. Kết quả cho thấy động vật có vú đã bắt đầu phân kỳ tiến hóa trước khi Trái Đất va chạm với tiểu hành tinh làm tuyệt chủng loài khủng long khoảng 65 triệu năm trước.
Chỉ là khởi đầu
Dự án Zoonomia chỉ là một trong hàng chục dự án giải trình tự bộ gen động vật. Một dự án lớn khác là Dự án bộ gen động vật có xương sống (VGP), đặt mục tiêu giải trình tự khoảng 71.000 loài động vật có xương sống còn sống, bao gồm động vật có vú, bò sát, cá, chim và lưỡng cư.
Đến nay, dữ liệu Zoonomia vẫn thiên về các loài có thân hình to lớn và những loài không đến từ các vùng nhiệt đới, Walter Jetz, nhà sinh thái học tại Đại học Yale, cho biết.
“Số lượng trình tự lớn hơn và đa dạng hơn sẽ cho phép các nhà nghiên cứu rút ra những kết luận chắc chắn hơn về sự tiến hóa của động vật có vú", Jetz nói.
“Zoonomia không phải là đỉnh cao của nghiên cứu về bộ gen của động vật có vú, mà mới chỉ là bước khởi đầu", Nathan Upham, nhà sinh học tiến hóa tại Đại học Bang Arizona, cho biết. Đến nay các dữ liệu trình tự bộ gen được công khai trên trang web của dự án để mọi nhà nghiên cứu có thể tiếp cận.
