Bộ gen kỳ lạ của cá vàng thuần hóa

Con người đã thuần hóa số lượng lớn động vật trong lịch sử, một số để làm thực phẩm, một số làm bạn đồng hành và bảo vệ. Một số loài – như thỏ và chuột lang — đã chuyển một phần giữa hai loại này, hiện vừa dùng làm thức ăn vừa là vật nuôi. Nhưng một loài vật nuôi đã hoàn toàn bỏ lại quá khứ như một nguồn thực phẩm. Và trong một sự hiếm hoi khác, chúng không phục vụ như một người bạn đồng hành mà là một vật làm cảnh.

Chúng ta đang nói về cá vàng và đã xem xét kỳ lạ trong bộ gen của chúng. Và nó cũng kỳ lạ như chính những con cá này vậy.

Một loài cá xinh đẹp

Nên dừng lại một chút để xem xét chúng kỳ lạ đến mức nào trong lĩnh vực thuần hóa. Chúng bắt đầu chỉ là những biến thể có màu hơi khác của cá chép -  loài được sử dụng hoàn toàn để nuôi trồng thủy sản. Con người đã loại bỏ hoàn toàn khỏi chuỗi thức ăn và biến cá vàng thành vật nuôi, nhưng chúng không phải là loại thú cưng mà chúng ta tương tác như chó, mèo, hay thậm chí là chuột lang. Nói chung, ta chỉ ngồi đó và ngắm chúng bơi trông bể. Và trong quá trình làm cho chúng trở nên đẹp hơn nữa, chúng ta đã lai tạo ra rất nhiều giống cá ít chức năng hơn.

Cũng có một chút kỳ lạ trong lịch sử thuần hoá. Trong khi chúng ta gọi chung cho chúng là cá vàng, hầu hết những gì chúng ta có không phải là cá có màu vàng thực tế. Sau khi được thuần hóa ở Trung Quốc (và sau đó chuyển từ ao vườn sang bể trong nhà), cá màu vàng chỉ được dành cho hoàng đế, vì vậy màu vàng của chúng vẫn khá hiếm. Trong khi đó, chúng ta đã lai tạo ra các dòng có nhiều đuôi, hay không có vây lưng, v.v.  Cá vàng đã trải qua hơn 1.000 năm thuần hóa và nhân giống chọn lọc. Điều đó có thể gây ra một số điều kỳ lạ về mặt di truyền đối với cá. Nhưng hóa ra ban đầu chúng khá kỳ lạ.

Ngay cả quy trình báo cáo bộ gen của chúng cũng trở nên kỳ quặc. Lần đầu tiên nó được báo cáo vào tháng 5/2020, khi một nhóm mô tả bộ gen của cá vàng và so sánh nó với tổ tiên của nó (cá chép). Nhưng phân tích khá đơn giản. Sau đó, một báo cáo trong tháng 11/2020, một bộ dữ liệu khổng lồ đã đưa ra phân tích không chỉ một chủng cá vàng mà còn 185 chủng khác nhau. Cộng với 16 bộ gen cá chép hoang dã khác nhau để so sánh. Trong khi bộ gen của cá vàng chỉ dài 1,8 tỷ cặp base (1,8 Gibases), thì trình tự thô cần thiết để thực hiện tất cả những điều này đã lên tới 4,3 nghìn tỷ base. Đó là một nỗ lực đáng kinh ngạc.

Ranchu - Một giống cá vàng không có vây lưng được ưa thích.

Bộ gen kỳ lạ của cá 

Hầu hết các loài động vật có hai bộ nhiễm sắc thể tương đồng, mỗi bộ nhiễm sắc thể từ mẹ và bố của chúng. Ở người, có 23 nhiễm sắc thể, và chúng ta có hai trong số mỗi nhiễm sắc thể, nghĩa là mỗi người mang 46 nhiễm sắc thể trong số đó. Ở cả cá vàng và cá chép, chúng có 25 nhiễm sắc thể, nhưng mỗi con cá mang 100 nhiễm sắc thể - thay vì hai bản sao, chúng có bốn hoặc đúng hơn là hai của hai bộ. Rõ ràng, dòng sinh ra cá chép là con lai của hai dòng gần gũi (có thể là các loài riêng biệt nhưng có quan hệ họ hàng gần).

Do đó, trừ khi một số bản sao của gen đã bị xóa hoặc bị vô hiệu hóa do đột biến, cá phải có bốn bản sao của chúng. Nhưng có một số trường hợp cụ thể thì không, chẳng hạn như gen sửa chữa DNA, nơi một bộ bản sao đã bị loại bỏ. Và trong rất nhiều mô, bộ gen này hoặc bộ gen khác hoạt động mạnh hơn, nhưng không có mô hình rõ ràng và nhất quán nào về bộ gen đó. Vì vậy, chúng ta chưa thực sự hiểu điều gì đang xảy ra với 4 bộ gen của loài cá, và câu trả lời có vẻ không đơn giản.

Loài cá này chỉ mới được phân lập gần đây và đã trải qua quá trình lựa chọn để tìm ra các đặc điểm khác. Nhiều biến thể về đặc điểm thể chất trên cá vàng có thể mới được di truyền gần đây và trở thành biến thể duy nhất có mặt trong dòng. Điều này tạo ra hiện tượng "quét chọn lọc", trong đó bất kỳ biến thể nào xảy ra ở gần khi quét chọn lọc xuất hiện sẽ là những biến thể duy nhất hiện diện trong một quần thể.

Các nhà nghiên cứu đã thấy khá nhiều tính trạng được tạo ra do quá trình quét chọn lọc khi kiểm tra nhiều dòng cá vàng. 1% số lần quét có thể có tổng cộng gần 1.000 gen. Ở cá ngựa vằn, một loài không có quan hệ quá xa với cá chép, 173 gen trong số này đã bị xóa. Cá mang những gen xóa này có những thay đổi về các đặc điểm như sắc tố và hình dạng cơ thể, đó chính xác là những gì bạn mong đợi do sự khác biệt giữa cá vàng và hầu hết các loài cá chép khác. Cũng có một số thay đổi liên quan đến hành vi, là cách cho chúng ăn hoặc phản ứng của chúng với chất tạo mùi.

Các nhà nghiên cứu cũng đã xem xét cẩn thận bộ gen của cá vàng bụng trứng, bộ gen không còn tạo ra vây lưng. Họ đã xác định được tổng cộng gần 400 gen có liên quan đến việc mất vây lưng. Thật kỳ lạ, hầu hết các biến thể là từ một trong hai bộ gen của tổ tiên. Và khi tập hợp con bị loại ở cá ngựa vằn (57 con), một 1/4 có sự thay đổi rõ ràng gần vây lưng. Tuy nhiên, với tối đa bốn bản sao của mỗi gen, việc thực hiện di truyền trên những động vật này sẽ không bao giờ là đơn giản, vì vậy việc hiểu được ý nghĩa của sự khác biệt về trình tự sẽ cần nhiều công việc hơn.

Ở một mức độ nào đó, ý tưởng đó biện minh cho quyết định của hầu hết các nhà di truyền học là tập trung vào cá ngựa vằn, loài có thể không có nhiều chủng như cá vàng nhưng có di truyền đơn giản hơn. Tuy nhiên, các tác giả cho rằng hai loài này có thể có liên quan. Với một cặp bản sao bổ sung của mỗi gen, có thể cá vàng chịu đựng được nhiều đột biến hơn cá ngựa vằn.

The weird genomes of domesticated fish by John Timmer.