Điều gì quyết định giới tính của ruồi giấm?

Các nhà nghiên cứu sử dụng hiển vi chiếu sáng có cấu trúc và kính hiển vi đồng tiêu để nghiên cứu các protein liên quan đến việc xác định giới tính Drosophila (ruồi giấm).

Việc tạo ra thế hệ con cháu thông qua sinh sản hữu tính giữa một con đực và một con cái đã tiến hóa khoảng 1,2 tỷ năm trước. Một phần quan trọng của quá trình này là mỗi thế hệ mới chứa cả con đực và con cái để tiếp tục nhân giống loài. Làm thế nào một phôi phát triển thành một con đực hoặc một con cái được gọi là xác định giới tính. Đây là một chủ đề được các nhà khoa học quan tâm vì các loài khác nhau sử dụng các phương pháp đa dạng đáng ngạc nhiên để thực hiện điều này.

Giáo sư Shu Yuan Yang của Đại học Chang Gung (Đài Loan) nghiên cứu điều gì làm cho tế bào mầm khác biệt với các tế bào khác và cách chúng quyết định giới tính của chúng bằng cách sử dụng sinh vật mô hình ruồi giấm (Drosophila melanogaster). Gần đây, cô đã xuất bản một bái báo sử dụng kính hiển vi đồng tiêu và hiển vi chiếu sáng có cấu trúc để điều tra vai trò của Phf7, một loại protein được làm giàu cao trong dòng mầm đực Drosophila. Các thành phần của protein này là duy nhất và có khả năng mới phát triển ở Drosophila, điều này làm tăng thêm sự tò mò về chức năng của protein này trong ruồi giấm.

Giáo sư Shu Yuan Yang của Đại học Chang Gung (Đài Loan) và hệ thống kính hiển vi Carl Zeiss phục vụ cho nghiên cứu này.

Những phát hiện quan trọng

Nhóm nghiên cứu tìm thấy một điểm độc đáo ở điểm cuối C của protein Phf7 và đây là phần khiến Drosophila trở nên nam tính hoá. Domain này không được tìm thấy ở các loài có liên quan chặt chẽ. Điều này chỉ ra rằng nó đang trải qua quá trình tiến hoá nhanh chóng. Phần bảo thủ của Phf7 liên kết với protein histones (protein liên kết với DNA). Mặc dù chúng ta vẫn chưa biết chính xác chức năng của domain này là gì nhưng có suy đoán rằng nó là một yếu tố góp phần làm thay đổi biểu hiện gen. Minh chứng của nhóm nghiên cứu về tầm quan trọng của nó trong việc xác định giới tính nam Drosophila cung cấp một ví dụ thú vị để thêm vào bộ sưu tập các cơ chế đa dạng trong xác định giới tính giữa các loài.

Giáo sư Shu Yuan Yang và cộng sự đã xem xét trong mầm phôi các yếu tố được điều chỉnh bởi Phf7 và tìm thấy một gen cùng hướng, HP1D3csd, được kích hoạt bởi Phf7. HP1D3csd là một phần của họ protein HP1 – một họ protein nổi tiếng thúc đẩy truyền dị nhiễm sắc. Việc xác định HP1D3csd là một yếu tố hạ lưu quan trọng cung cấp những ý tưởng mới thú vị về cách chương trình dòng mầm đực được bắt đầu và điều chỉnh. Phf7 có thể là nguyên nhân kích hoạt hoặc thậm chí là đưa HP1D3csd vào locus quan trọng trong dòng mầm đực. Sẽ rất thú vị khi nghiên cứu các yếu tố nào tương tác và hợp tác với nhau.

Hình ảnh của một con ruồi giấm "pseudotestis" - các tế bào soma của mẫu tinh hoàn này đã được chuyển đổi di truyền thành các tế bào tinh hoàn đực bằng cách đột biến một gen xác định giới tính quan trọng. Ở bên trái, các tế bào mầm (những tế bào có vòng đỏ) thể hiện yếu tố dòng mầm đực PHF7, rất có thể do soma giống đực xung quanh gây ra, nhưng vẫn là một phần cái và không thể phát triển bình thường. Ngoài các tế bào mầm, các tế bào trung tâm tạo thành một cấu trúc nhỏ giống như mạng lưới ở đầu cũng bị nhuộm màu đỏ. Nhuộm nhân màu xanh lá cây là PHF7 và tất cả các hạt nhân tế bào được nhuộm DAPI. Bên phải, các tế bào mầm (màu đỏ) không thể phát triển bình thường vì chúng không được chuyển thành giống đực bởi đột biến này. Các tế bào mầm được nhuộm một kháng thể chống lại một protein tế bào chất đặc hiệu tế bào mầm (VAS) trong khi các tế bào trung tâm tạo thành một cấu trúc nhỏ giống như mạng lưới ở đầu có màu xanh lá cây. Tất cả các hạt nhân đều được nhuộm DAPI (màu xanh dương). Hình ảnh được chụp bằng cách sử dụng hiển vi chiếu sáng có cấu trúc ZEISS Apotome.

Kính hiển vi đã hỗ trợ cho nghiên cứu của họ như thế nào?

Hầu hết thời gian trong phòng thí nghiệm của nhóm nghiên cứu là làm việc với kính hiển vi chiếu sáng có cấu trúc ZEISS Apotome. So với các phương pháp phần quang học khác, nó vừa tiết kiệm chi phí vừa đáng tin cậy để quan sát kết quả thí nghiệm ngay lập tức. Kính hiển vi Zeiss cung cấp độ phân giải hình ảnh cao và là cơ sở hình ảnh cốt lõi cho các thí nghiệm của nhóm nghiên cứu.

Trong nghiên cứu này, giáo sư Yang và cộng sự đã sử dụng cả kính hiển vi chiếu sáng có cấu trúc và kính hiển vi đồng tiêu để theo dõi tác động của Phf7 đối với kiểu hình dòng mầm cũng như biểu hiện của các dấu hiệu cụ thể về giới tính cũng như tương tác di truyền giữa Phf7 và HP1D3csd.

Đây là hình ảnh của một buồng trứng ấu trùng ruồi giấm đang bắt đầu tổ chức cấu trúc của nó thành một cơ quan trưởng thành. Các tế bào mầm có màu xanh lá cây (nhuộm kháng thể chống VASA), các tế bào hồng cầu (nhuộm kháng thể chống NCAD) là các tế bào soma sẽ sắp xếp thành các cấu trúc hỗ trợ tế bào gốc mầm. Tất cả các hạt nhân đều được nhuộm DAPI (màu xanh). Hình ảnh này được chụp một tiêu điểm ZEISS bằng cách sử dụng mục tiêu dầu 40X.

Hiện nay, Thăng Long Instruments đang cung cấp các sản phẩm kính hiển vi của Carl Zeiss. Xin liên hệ tới hotline 0974540000 để biết thêm chi tiết.

Link bài báo: https://www.nature.com/articles/s41598-021-85560-