DẪN LIỆU MỚI VỀ VIỆC HÌNH THÀNH LOÀI LAI ĐỒNG BỘI Ở CÁ BIỂN KHƠI KHU VỰC TÂY THÁI BÌNH DƯƠNG

Hình thành loài lai đồng bội (Homoploid Hybrid Speciation, viết tắt là HHS) là quá trình hai loài bố mẹ riêng biệt lai tạo với nhau, tạo ra một loài lai mới, biệt lập về mặt sinh sản mà không có sự thay đổi số lượng nhiễm sắc thể (bộ bội). Hiện tượng tiến hóa hiếm gặp này đòi hỏi sự hình thành các rào cản sinh sản giữa cá thể lai và cá thể bố mẹ, thường được thúc đẩy bởi sự kết hợp của các sắp xếp bộ gen mới, sự pha trộn di truyền, hoặc sự thích nghi với các ổ sinh thái nhất định. Các nghiên cứu hệ gen gần đây đã cung cấp thêm bằng chứng về HHS ở cả thực vật và động vật, chứng minh sự đóng góp của hiện tượng này vào việc tăng cường đa dạng sinh học.

Mặc dù HHS ngày càng được ghi nhận trong nhiều loài ở các hệ sinh thái khác nhau, vẫn còn thiếu những các nghiên cứu thuyết phục về hiện tượng này ở cá biển. Trong nghiên cứu được thực hiện bởi TS.  Nozomu Muto, Đại học Kitasato Nhật Bản với sự tham gia của  PGS. TS. Nguyễn Văn Quân (Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) cùng các đồng nghiệp đến từ Bảo tàng khoa học Quốc gia (Thái Lan), Đại học Terengganu (Malaysia) và Đại học Philippines Visayas (Philippines), các tác giả đã chứng minh hiện tượng HHS diễn ra ở Cá sòng gió (Megalaspis cordyla). Đây là loài cá có giá trị kinh tế cao, phân bố rộng ở vùng biển ngoài khơi khu vực Tây Thái Bình dương.

Để phục vụ nghiên cứu, 160 mẫu cá ở các địa điểm khác nhau thuộc vùng biển Tây Thái Bình Dương đã được thu và phân tích (Hình 1). Nhóm nghiên cứu đã áp dụng các phân tích tổng hợp về di truyền (Single Nucleotide Polymorphism – SNP và các gen ty thể), hình thái, sinh thái và phân bố của cá Sòng gió. Phân tích di truyền quần thể bằng phương pháp PCA (Principal Component Analysis) cho thấy các mẫu cá Sòng giò được chia thành ba nhóm riêng biệt: (1) Các cá thể được thu từ Nhật Bản, Việt Nam đến Malaysia dọc theo bờ biển phía Đông lục địa Á-Âu, (2) Các cá thể thu từ Nhật Bản đến Philippines dọc theo dòng hải lưu Kuroshio, và (3) Các cá thể ở Nhật Bản và Đài Loan (Hình 1). Các nhóm này được gọi lần lượt là Nhóm phía Tây, Nhóm phía Đông và Nhóm phía Bắc, dựa trên sự phân bố địa lý của chúng. Bên cạnh đó, hai cá thể từ Nhật Bản là trung gian giữa Nhóm phía Bắc và Nhóm phía Tây, là các cá thể lai thế hệ gần đây. Một cá thể từ Thái Lan được xếp gần Nhóm phía Đông, trong khi tất cả các cá thể khác từ Thái Lan nằm ở Nhóm phía Tây. Cá thể thu được tại Thái Lan này cũng được coi là một cá thể cá thể lai thế hệ gần đây. Trong phân tích STRUCTURE, giá trị K tối ưu là 2, trong đó các thể Nhóm phía Bắc là kết quả  lai giữa Nhóm phía Đông và Nhóm phía Tây, với sự tham gia lớn hơn từ tổ tiên Nhóm phía Đông (Hình 1). Các cá thể lai gần đây cũng được cho là có tổ tiên là Nhóm phía Đông và nhóm phía Tây. Quy mô quần thể của Nhóm phía Đông và Nhóm phía Tây được ước tính đã suy giảm khoảng 70.000–100. 000 năm trước, trong khi Nhóm phía Bắc vẫn ổn định. Sau đó, cả ba nhóm đều mở rộng về quy mô cho đến thời điểm hiện tại.

Kết quả phân tích HIest cũng cho thấy Nhóm phía Bắc là kết quả lai giữa Nhóm phía Đông và Nhóm phía Tây (Hình 2). Nhóm con lai phân bố ở vùng bờ biển Đài Loan và Nhật Bản, nơi cả ba nhóm cá Sòng khác biệt cùng tồn tại. Hơn thế nữa, sự khác biệt các đặc điểm sinh thái góp phần tạo ra sự biệt lập và phân chia các ổ sinh thái giữa các nhóm. Nhóm phía Đông và Nhóm phía Tây còn được tìm thấy ở vùng biển vĩ độ thấp hơn, nơi không có sự chồng lấn phân bố giữa ba nhóm cá Sòng gió. Bên cạnh đó, Nhóm phía Bắc có các đặc điểm hình thái, di truyền khác biệt với hai nhóm còn lại. Do đó, về mặt phân loại học có thể coi nhóm này là một loài mới. Dựa trên dữ liệu phân bố địa lý, thời gian ước tính hình thành loài và các mô hình biến động số lượng cá thể trước đây, nghiên cứu chỉ ra rằng các chu kỳ băng hà kỷ Pleistocene là động lực chính gây ra HHS ở cá Sòng gió (Hình 3). Qua đó, nghiên cứu cũng đề xuất một mô hình giải thích sự hình thành, tồn tại và tiến hoá của các con lai thích ứng với các chu kỳ băng hà kỷ Pleistocene.

Nghiên cứu này đã chứng minh ba nhóm cá Sòng gió cùng tồn tại ở vùng biển Tây Thái Bình Dương. Trong đó, Nhóm phía Bắc có thể bắt nguồn từ quá trình lai giữa hai nhóm còn lại. Đây là trường hợp HHS đầu tiên được ghi nhận ở một loài cá nổi. Do đó, việc nghiên cứu HHS ở các loài cá khác trong tương lai là hết sức cần thiết. Khi các trường hợp HHS được xác định trên nhiều loài khác nhau, các phân tích toàn diện sẽ giúp khám phá ra các mô hình và cơ chế chung là nền tảng cho HHS. Việc thử nghiệm những mô hình này sẽ góp phần làm sáng tỏ bản chất của HHS ở các sinh vật biển.

* Công trình này đã được công bố trên Tạp chí Molecular Ecology tại địa chỉ: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.70112

Nguồn tin: TS. Đỗ Đình Thịnh, Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường

Hình 1. (a) Mẫu vật cá Sòng gió thuộc ba nhóm di truyền. Nhóm phía Đông: Bộ sưu tập cá của Bảo tàng Đại học Kagoshima (KAUM–I); Phía Bắc: KAUM–I, Kyushu, Nhật Bản; Phía Tây: KAUM–I, Kyushu, Nhật Bản. (b) Các địa điểm thu mẫu (hình tròn) và phân bố (hình đa giác) của ba nhóm di truyền ở phía tây Thái Bình Dương. (c) Biểu đồ phân tán cho phân tích PCA dựa trên các SNP toàn bộ hệ gen, với các đa giác và mũi tên chỉ ra ba nhóm di truyền và các cá thể lai được tạo ra gần đây. (d) Kết quả phân tích STRUCTURE với số nhóm (K) = 2–4, với K = 2 là giá trị tối ưu. (e) Mạng lưới haplotype được xây dựng dựa trên chuỗi gen vùng điều khiển và cytochrome b của bộ gen ty thể.

Hình 2. Ước tính chỉ số nguồn gốc (S), tương đương với chỉ số lai, và mức độ dị hợp tử ở cá thể lại (H) dựa trên phân tích HIest, giả thiết Nhóm phía Đông và Nhóm phía Tây là cá bố mẹ.

Hình 3. (a-d) Mô hình địa sinh thái trong việc hình thành loài lai ở môi trường biển ven bờ do các chu kỳ băng hà Pleistocene thúc đẩy. Hai đường bờ biển song song dọc theo một khối đất liền được nối với nhau tại cực vĩ độ cao của chúng. (e–h) Áp dụng mô hình này vào trường hợp cá Sòng gió.

Nguồn tin: Bản Tin Khcn Isdi’s post