Hoa hồng dại (Rosa canina) có bộ gen ngũ bội với 35 nhiễm sắc thể. Mặc dù có số lượng nhiễm sắc thể lẻ, nó vẫn có thể sinh sản hữu tính nhờ một hình thức phân chia tế bào độc đáo gọi là "giảm phân Canina", trong đó chỉ có hai cặp nhiễm sắc thể trải qua quá trình phân chia giảm nhiễm bình thường, trong khi 21 nhiễm sắc thể còn lại được giữ lại trong tế bào trứng một cách bất đối xứng. Sự thụ tinh của tế bào trứng tứ bội với phấn hoa đơn bội tạo ra thế hệ con ngũ bội. Cơ chế đằng sau quá trình giảm phân bất đối xứng ở hoa hồng dại vẫn chưa được biết rõ. Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng kích thước tâm động đóng vai trò quyết định trong việc xác định liệu một nhiễm sắc thể sẽ tạo thành cặp hay vẫn không ghép đôi. Các nhiễm sắc thể có kích thước tâm động nhỏ hơn sẽ tạo thành cặp và phân chia đối xứng, trong khi các nhiễm sắc thể có kích thước tâm động lớn hơn vẫn không ghép đôi và được giữ lại trong tế bào trứng. Điều này rất quan trọng đối với việc chọn giống cây trồng vì việc thay đổi kích thước tâm động một cách phù hợp sẽ giúp duy trì sự di truyền của nhiễm sắc thể mong muốn.
Số lượng nhiễm sắc thể ở con cái phải giống như ở cha mẹ chúng để đảm bảo tính liên tục và toàn vẹn của vốn gen. Để đảm bảo điều này, tuyến sinh dục ở hầu hết các loài động vật và thực vật bậc cao trải qua quá trình phân chia tế bào giảm phân đối xứng dẫn đến việc tạo ra các giao tử đơn bội chứa số lượng nhiễm sắc thể bằng nhau (n) để số lượng lưỡng bội ban đầu (2n) được phục hồi trong hợp tử sau khi trứng được thụ tinh bởi giao tử đực. Ví dụ, con người có 23 cặp (2n = 46) nhiễm sắc thể. Phân chia giảm phân ở tuyến sinh dục tạo ra một cách đối xứng trứng và tinh trùng đơn bội với (n = 23) để số lượng lưỡng bội ban đầu (2n = 46) được phục hồi trong hợp tử sau khi thụ tinh. Đây là trường hợp của hầu hết các loài thực vật và động vật sinh sản hữu tính. Chúng có số lượng nhiễm sắc thể chẵn. Tuy nhiên, sinh sản hữu tính ở cây hoa hồng dại là duy nhất.
Hoa hồng dại (Rosa canina), loài hoa hồng leo phổ biến, có bộ gen ngũ bội, tức là có năm bộ nhiễm sắc thể, mỗi bộ có 7 nhiễm sắc thể. Cây có số lượng nhiễm sắc thể lẻ, tổng cộng là 35, nhưng nó có thể sinh sản hữu tính thông qua một hình thức phân chia tế bào giảm phân bất đối xứng gọi là "Canina meiosis", trong đó chỉ có hai bộ nhiễm sắc thể (=14) tạo thành nhiễm sắc thể lưỡng trị và trải qua quá trình phân chia giảm phân bình thường, trong khi các nhiễm sắc thể còn lại (=21) được giữ lại bởi tế bào trứng.
Trong quá trình giảm phân ở loài chó (Canina meiosis), một số nhiễm sắc thể vẫn không ghép cặp (đơn nhiễm sắc thể) trong khi một số khác tạo thành cặp (song nhiễm sắc thể). Các nhiễm sắc thể không ghép cặp bị loại bỏ trong quá trình sinh tinh, tạo ra hạt phấn đơn bội chỉ chứa các nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ song nhiễm sắc thể. Mặt khác, trong quá trình sinh trứng, tế bào trứng nhận được một bộ nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ song nhiễm sắc thể và tất cả 21 nhiễm sắc thể không ghép cặp, làm cho tế bào trứng trở thành tứ bội. Sự thụ tinh của tế bào trứng tứ bội với hạt phấn đơn bội (chứa các nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ song nhiễm sắc thể) khôi phục lại bộ gen ngũ bội (5n) ở thế hệ con. Do đó, thế hệ con của loài chó chủ yếu là sinh sản vô tính và một phần được sinh sản hữu tính. Hình thức sinh sản độc đáo này đã được biết đến từ một thế kỷ trước, tuy nhiên cơ chế của nó vẫn chưa được biết rõ.
Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà nghiên cứu đã điều tra cách thức vận chuyển có mục tiêu các nhiễm sắc thể không ghép đôi vào tế bào trứng diễn ra trong quá trình sinh trứng ở hoa hồng dại. Họ phát hiện ra sự liên quan của kích thước tâm động của nhiễm sắc thể. Các tâm động lớn hơn chủ yếu được tìm thấy trong các nhiễm sắc thể không ghép đôi trong khi các tâm động hình thành hai giá trị được làm giàu với retrotransposon. Bằng chứng cho thấy kích thước tâm động của nhiễm sắc thể quyết định nhiễm sắc thể sẽ hình thành hai giá trị hay vẫn không ghép đôi để được giữ lại trong tế bào trứng trong quá trình sinh trứng không đối xứng. Nhiễm sắc thể có kích thước tâm động nhỏ hình thành hai giá trị và trải qua quá trình phân chia đối xứng trong khi những nhiễm sắc thể có kích thước tâm động lớn vẫn không ghép đôi và được giữ lại không đối xứng trong tế bào trứng. Điều này có ý nghĩa đối với việc nhân giống thực vật vì việc thực hiện những thay đổi phù hợp về kích thước tâm động sẽ có nghĩa là di truyền nhiễm sắc thể mong muốn.
***
Tài liệu tham khảo:
- Lunerová J., et al 2020. Giảm phân răng nanh bất đối xứng đi kèm với sự mở rộng của vệ tinh quanh tâm động trong nhiễm sắc thể đơn trị không tái tổ hợp ở chi Rosa. Biên niên sử Thực vật học, Tập 125, Số 7, ngày 4 tháng 2020 năm 1025, Trang 1038–25, Xuất bản: Ngày 2020 tháng XNUMX năm XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1093/aob/mcaa028
- Herklotz, V., Zhang, M., Nascimento, T. và cộng sự. Tâm động lưỡng cực ở hoa hồng leo ngũ bội làm sáng tỏ cơ chế giảm phân độc đáo của chúng. Nature (2025). Xuất bản ngày 18 tháng 2025 năm XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09171-z
- Max-Planck-Gesellschaft. LÁI XE ĐỂ SINH TỒN: Sự sinh sản tưởng chừng như không thể của hoa hồng dại lại phụ thuộc vào một thủ thuật tâm động. Đăng ngày 18 tháng 2025 năm XNUMX. Có sẵn tại https://www.mpipz.mpg.de/pr-marques-2025-06-en
***
