Cơ sở thể nhiễm sắc của xác định giới tính

Đa số cơ thể đa bào sinh sản bằng phương thức hữu tính và được phân hóa giới tính đực và giới tính cái. Giới tính được biểu hiện ở các tính trạng sinh dục nguyên sinh (có tuyến sinh dục tinh hoàn, buồng trứng) và tính trạng sinh dục thứ sinh (các phần phụ sinh dục và tính trạng khác của cơ thể phân biệt đực cái). Những tính trạng này được qui định bởi nhân tố di truyền và nhân tố môi trường trong cơ thể và môi trường ngoài.

Đối  với  đa  số  cơ  thể  giới  tính  được  xác  định  bởi  thể  nhiễm  sắc  giới  tính  (sex- chromosome) thể hiện ở 3 kiểu:

+ Kiểu đồng giao tử(XX) ở con cái và dị giao tử(XY) ở con đực(ví dụ đa số sâu bọ như châu chấu, ruồi quả v.v., động vật có vú, người, một số thực vật có hoa) trong đó con cái có cặp thể nhiễm sắc tương đồng giống nhau XX, còn con đực có cặp tương đồng khác nhau: một chiếc là Xvà một chiếc là Y. Thể nhiễm sắc X có kích thước dài hơn chứa nhiều gen hơn thể nhiễm sắc Y(ví dụ ở người thể nhiễm sắc Xchứa 163 triệu cặp nucleotit với 1.218 gen, trong lúc đó thể nhiễm sắc Ychỉ chứa có 51 triệu cặp nucleotit với 128 gen).

Như vậy, trong thể nhiễm sắc Xcó rất nhiều gen không có alen tương ứng so với Yvà giới tính cái được xác định bởi sự có mặt của 2 thể nhiễm sắc X, còn giới tính đực được xác định bởi sự có mặt của thể nhiễm sắc Y. Nghiên cứu nhiều trường hợp sai lệch giới tính ở người cho thấy: giới tính được xác định bởi sự có mặt hay không có thể nhiễm sắc Y.

Ví dụ trường hợp hội chứng Turner có kiểu gen X0 (một thể nhiễm sắc Xvà không có Y) vẫn là nữ giới, còn trong trường hợp hội chứng Clinfenter có kiểu gen XXY tuy có hai XXnhưng có Ynên vẫn là giới tính nam. Rõ ràng là thể nhiễm sắc Ycó tác động trội và quyết định giới tính, thể hiện ở chỗ trong qúa trình phát triển sớm của phôi thể nhiễm sắc Yđã điều khiển sự phát triển của mầm tuyến sinh dục nguyên  thủy  thành  tinh  hoàn  (tính  trạng  sinh  dục  nguyên  sinh)  và  tinh  hoàn  chế  tiết testosteron kích thích hình thành các tính trạng đực thứ sinh. Người ta đã chứng minh là nhân tố xác định tinh hoàn được mã hóa bởi gen SRY(sex- determining region Y) định vị trong vế ngắn của thể nhiễm sắc Ycủa người.

Có rất nhiều trường hợp sai lệch giới tính thể hiện ở chỗ nam giới có kiểu gen XXvà ngược lại nữ giới có kiểu gen XY. Trong trường hợp nam XX là do gen SRYđã được chuyển đoạn sang Xdo đó chúng điều khiển phát triển tinh hoàn, còn trong trường hợp nữ XYlà do trong Ykhông có gen SRYdo đó thiếu nhân tố phát triển tinh hoàn  và  mầm  tuyến  sinh  dục  phát  triển  thành  buồng  trứng.  Nhiều  nghiên  cứu  chứng  minh rằng gen SRY có cả trong thể nhiễm sắc Ycủa chuột và đã phát hiện cơ chế phân tử điều khiển phát triển giới tính từ gen SRYthông qua hệ hormon testosteron và thụ quan của testosteron.

Đối với con đực XY bình thường, gen SRYsản sinh ra nhân tố xác định tinh hoàn (TDF- testis determining factor) kích thích vùng tủy mầm tuyến sinh dục phát triển thành tinh hoàn, tinh hoàn chế tiết testosteron kích thính phát triển tính trạng sinh dục thứ sinh ở con đực. Đối với con cái XXbình thường vì không có Y(không có gen SRY) nên không có nhân tố TDF, vùng tủy mầm tuyến sinh dục không phát triển thành tinh hoàn mà vùng vỏ của tuyến phát triển buồng trứng, buồng trứng chế tiết hormon estrogen kích thính phát triển tính trạng sinh dục thứ sinh ở con cái.

Đối với trường hợp sai lệch giới: con cái XY(có Ynhưng là con cái) thì tuy có Ynhưng vẫn phát triển giới tính cái là do Y mất gen SRYnên không có nhân tố TDF, vùng tủy mầm tuyến sinh dục không phát triển thành tinh hoàn, trái lại vùng vỏ mầm sinh dục phát triển thành buồng trứng. Thật ra gen SRYxác định giới tính đực thông qua sự tương tác với nhiều gen khác định vị trong các thể nhiễm sắc thường và thể nhiễm sắc X. Ví dụ các gen SOX9, gen SF1, gen AMH...trong thể nhiễm sắc thường phối hợp với gen SRYxác định giới tính đực. Người ta đã phát hiện được gen DAX1 định vị trong thể nhiễm sắc Xcó vai trò phối hợp  với  gen  SRY  xác  định  giới  tính  đực.

Gen  DAX1  mã  hóa  cho  thụ  quan  của  hormon tesotsteron do đó testosteron có thể được thu nhận và xâm nhập vào tế bào để hoạt hóa các gen có vai trò tạo nên các tính trạng sinh dục đực thứ sinh. Những con đực XY có gen DAX1 bị đột biến sẽ không sản sinh thụ quan do đó testosteron không được thu nhận vào trong tế bào và cơ thể phát triển theo hướng cái hóa. Đối với con cái XX, thì gen DAX1 phối hợp với gen WNT4 (định vị trong thể nhiễm sắc thường) xác định sự phát triển của buồng trứng. Ở con đực gen WTN4 bị ức chế, do đó gen DAX1 phối hợp với gen SRYxác định sự phát triển tinh hoàn.

Đối với ruồi quả, tuy có cặp thể nhiễm sắc giới tính là XX(con cái) và XY(con đực), nhưng cơ chế xác định giới tính xác định giới tính khác với động vật có vú vì trong thể nhiễm sắc Ycủa chúng không có gen xác định giới tính SRY. Sự xác định giới tính ở ruồi quả diễn ra theo cơ chế: tỷ lệ giữa thể nhiễm sắc Xvới thể nhiễm sắc thường. Ruồi quả có bộ thể nhiễm sắc 2n = 8 trong đó có cặp giới tính XX(con cái) và XY(con đực) và 3 cặp thể nhiễm sắc thường được kí hiệu là AA. Tỷ lệ X/A sẽ qui định giới tính của ruồi (xem bảng sau)

NSTgiới (X) và NST thường (A)          Tỷ lệ X/A               Kiểu hình về giới

1X 2A                                                0.5                         Con đực

2X 2A                                                1.0                         Con cái

3X 2A                                                1.5                         Siêu cái

4X 3A                                                1.33                       Siêu cái

4X 4A                                                1.0                         Con cái tứ bội

3X 3A                                                1.0                         Con cái tam bội

3X 4A                                                0.75                       Trung giới

2X 3A                                                0.67                       Trung giới

2X 4A                                                0.5                         Con đực tứ bội

1X 3A                                                0.33                        Siêu đực

Qua bảng trên ta thấy rõ là đối với ruồi kể cả con đực, thể nhiễm sắc Ykhông gây ảnh hưởng  lên  kiểu  hình  giới  tính.  Tuy  nhiên,  Y  gây  ảnh  hưởng  lên  tính  hữu  thụ  của  con  đực. Ngày nay người ta biết rằng gen Sxl được gọi là gen gây chết giới (Sex- lethal) định vị trong X đóng vai trò chủ yếu trong sự xác định giới tính ở ruồi quả theo cơ chế sau:

- XY/ AA 0.5 -> gen Sxl không hoạt động -> con đực.

- XX/ AA -> 1.0 ->  gen Sxl hoạt động  -> con cái.

Nếu gen Sxlhoạt động ngược lại (hoạt động ở phôi đực và không hoạt động phôi cái) thì sẽ gây chết cho phôi (nên có tên gọi là gen gây chết).

Trạng thái hoạt động của gen Sxl liên kết với X (định vị trong X) liên quan chặt chẽ với sự hoạt động của các gen khác định vị trong thể nhiễm sắc thường (AA). Ví dụ trên thể nhiễm sắc số 3 của ruồi quả có gen lặn tra(transformer gene), nếu ở trạng thái đồng hợp sẽ biến ruồi cái lưỡng bội thành ruồi đực bất thụ: các cá thể XX/ tratracó tính trạng giống con những con đực bình thường nhưng bất thụ.

+ Kiểu đồng giao tử là con đực(ZZ) và dị giao tử là con cái(ZW) (quan sát thấy ở các loài bướm, chim và một số loài bò sát), trong đó con đực có 2 thể nhiễm sắc tương đồng giống nhau, còn con đực có cặp tương đồng khác nhau, thể nhiễm sắc W bé hơn và không có đoạn tương đồng với Z.

+ Kiểu xác định giới tính 2n- n(con cái ® 2n, con đực ® n) quan sát thấy ở một số sâu bọ  sống  thành  xã  hội  mà  điển  hình  là  ong  mật.  Con  đực  được  phát  triển  từ  trứng  đơn  bội không thụ tinh, có bộ thể nhiễm sắc n, còn ong thợ và ong chúa là ong cái được phát triển từ các trứng thụ tinh, có bộ thể nhiễm sắc 2n.

Sự điều chỉnh tỷ lệ giới trong quần thể là do ong chúa. Ong chúa được thụ tinh bởi ong đực và tinh trùng được tích trữ trong túi chứa tinh của ong chúa. Khi ong chúa đẻ trứng nếu trứng được thụ tinh bởi tinh trùng từ túi chứa tinh sẽ phát triển thành ong cái 2n, còn khi ong chúa đẻ trứng không được thụ tinh thì trứng đơn bội sẽ phát triển thành ong đực n. Ong chúa điều khiển sự sinh sản rất nhiều ong cái thợ tuy có bộ thể nhiễm sắc 2n nhưng bất thụ (không đẻ trứng) chỉ làm nhiệm vụ kiếm ăn, xây tổ, chăm sóc nuôi  dưỡng  ong  chúa  và  ong  đực  và  sinh  sản  ít  ong  đực  tuy  có  bộ  thể  nhiễm sắc  đơn  bội nhưng hữu thụ nghĩa là có khả năng giao cấu cung cấp tinh trùng cho ong chúa.

Qua qúa trình giảm phân các noãn bào của ong chúa phân chia tạo nên trứng đơn bội. Đối với ong đực tinh bào không giảm phân mà thông qua qúa trình nguyên phân để tạo nên tinh trùng đơn bội. Ong chúa được phát triển từ ấu trùng cái được nuôi dưỡng bằng thức ăn đặc biệt (sữa ong chúa) nên có kích thước lớn hơn và có khả năng sinh sản. Mỗi quần thể (tổ ong) thường chỉ có một ong chúa và chỉ khi san đàn thì ong chúa mới được tạo ra từ ấu trùng cái.

Nguồn: thuviensinhhoc.com