Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã dần chứng minh được sự thích ứng của bức xạ đối với khả năng tăng trưởng của sự sống và có tác động quan trọng tới sự đa dạng sinh học. Các nghiên cứu về bức xạ dần trở thành là trọng tâm để hiểu hơn về các cơ chế thúc đẩy sự hình thành, đa dạng hóa và quá trình sinh thái, tiến hóa sinh học liên quan. Trong quá trình thích nghi có phóng xạ, các đặc tính liên quan đến cách li sinh thái và sinh sản đóng vai trò chính trong việc hình thành đa dạng sinh học.
Cho đến nay, các nhà khoa học đã có sự công nhận về khả năng thích ứng bức xạ như một động lực của sự xác định, cơ chế chọn lọc tự nhiên tạo ra các loài mới. Bức xạ có tác động đến quá trình tiến hóa của các loài Cyprinid đặc hữu thông qua sự thay đổi thói quen sinh sản, liên quan đến sự chuyển đổi từ trứng bán nổi thành trứng bám dính để phản ứng với sự hình thành hệ thống sông hồ. Cá Cyprinid là loại cá đặc hữu thuộc Họ Cá chép, sinh trưởng và phát triển tại Đông Á. Dựa trên các phân tích đa nguyên tử và các thử nghiệm xác minh, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng trong quá trình thích ứng bức xạ, trứng kết dính đã tự điều chỉnh giảm “phân giải vitellogenin”, “metalloprotease kẽm”, “ubiquitin-proteasome” và con đường vận chuyển Ca2+ và Mg2+ để giảm sự hydrat hóa của chúng; đồng thời, trứng kết dính đã có điều chỉnh các liên kết chéo của các protein liên quan đến vi sợi và các protein liên quan đến chất kết dính, các protein liên quan đến độ cứng của vỏ trứng và quá trình sinh tổng hợp glycosaminoglycan trong buồng trứng để tạo ra tính kết dính. Những phát hiện này minh họa các cơ chế phân tử mới liên quan đến quá trình hydrat hóa và kết dính của trứng cá nước ngọt, đồng thời xác định các cơ chế phân tử quan trọng liên quan đến bức xạ của các loài cyprinid đặc hữu ở Đông Á.
Sơ đồ môi trường sống liên quan đến việc phát triển của trứng cá, thiết kế thử nghiệm và thu thập dữ liệu. Sáu loài đại diện (H. molitrix, H. nobilis, C. idella, M. piceus, S. curriculus và C. alburnus-B) thuộc nhóm cyprinid đặc hữu của Đông Á ở các dạng sinh cảnh sông và ba loài đại diện (M. amblycephala, C. dabryi và C. alburnus-A) thuộc nhóm đặc hữu đẻ trứng bám dính trong môi trường ao hồ (Tạp chí Khoa học SPJ, 2022).
Các loài Cyprinid đặc hữu ở Đông Á, được gọi là Xenocyprididae (Teleostei Ostariophysi Cypriniformes), là một tập hợp các loài cá nước ngọt hiện phát triển phổ biến ở Đông Á. Bức xạ tác động đến sự tiến hóa của các loài Cyprinid đặc hữu thông qua thói quen sinh sản, khả năng chuyển đổi từ trứng nửa nổi sang trứng bám dính nhằm phản ứng lại với sự hình thành hệ thống sông hồ mà các loài đó sinh trưởng. Tuy nhiên, các cơ chế phân tử làm cơ sở cho những thay đổi rõ rệt trong thói quen sinh sản do bức xạ hầu như vẫn chưa được hiểu hết. Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Research (SPJ), nhóm nghiên cứu do Giáo sư Xie Ping từ Viện Thủy sinh học (IHB) thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc đã minh họa các cơ chế phân tử mới liên quan đến quá trình hydrat hóa và kết dính của trứng cá nước ngọt, đồng thời xác định các cơ chế phân tử quan trọng tham gia vào quá trình thích ứng bức xạ của các loài Cyprinid đặc hữu. Các nhà nghiên cứu đã so sánh trứng nửa nổi của sáu loài đại diện (Cuter alburnus-B, Hypophthalmichthys molitrix, H. nobilis, Ctenopharyngodon idella, Mylopharyngodon piceus và Squaliobarbus curriculus) với trứng bám dính của ba loài đại diện (C. alburnus-A, Megalobrama amblycephala và C. dabryi) thuộc nhóm Cyprinid đặc hữu của Đông Á.
Nghiên cứu đã tiết lộ các cơ chế phân tử quan trọng của quá trình hydrat hóa và kết dính liên quan đến thích ứng bức xạ của các loài Cyprinid dựa trên thành phần sinh hóa, đặc điểm hình thái, nhuộm mô hóa, phân tích đa điểm, miễn dịch huỳnh quang và thử nghiệm chất ức chế. Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng trứng nửa nổi tăng cường hydrat hóa bằng cách tăng sự phân hủy protein trong lòng đỏ và tích tụ các ion Ca2+ và Mg2+, trong khi trứng bám dính cải thiện độ kết dính và độ cứng của vỏ trứng bằng cách tạo ra một lớp kết dính và lớp thứ tư duy nhất cho bì trứng.
Sơ đồ tóm tắt về cơ chế phân tử của hai thói quen sinh sản khi chịu tác động của bức xạ của các loài Cyprinid đặc hữu ở Đông Á. (a) Các cơ chế cơ bản của quá trình hydrat hóa trứng nửa nổi: Ba con đường thoái hóa protein trong lòng đỏ và cấu trúc phân tử của lỗ chuyển tiếp tính thấm của vỏ trứng. (b) Các cơ chế cơ bản hình thành tính kết dính của trứng bám dính: Các liên kết chéo của các protein liên kết với vi sợi và các protein liên quan đến chất kết dính và sự cứng lại của vỏ trứng (Tạp chí Khoa học SPJ, 2022).
Các phân tích và thử nghiệm xác minh Multiomics cho thấy trong quá trình thích ứng bức xạ, trứng bám dính đã điều chỉnh giảm con đường thoái hóa vitellogenin, con đường men metalloprotease kẽm và con đường ubiquitin-proteasome, con đường vận chuyển tích cực Ca2+ và Mg2+ để giảm quá trình hydrat hóa của chúng. Họ đã chỉ ra rằng, trứng bám dính điều chỉnh các liên kết chéo của các protein liên quan đến vi sợi và các protein liên quan đến chất kết dính, các protein liên quan đến sự cứng của vỏ trứng và quá trình sinh tổng hợp glycosaminoglycan trong buồng trứng để tạo ra tính kết dính. Các phát hiện của nghiên cứu này đã tiết lộ các cơ chế phân tử liên quan đến quá trình hydrat hóa và kết dính trong trứng cá nước ngọt, đồng thời làm sáng tỏ cơ chế tiềm năng cho sự tiến hóa của trứng dính từ trứng nửa nổi trong môi trường bức xạ của các loài cyprinid. Các thuộc tính chính của trứng này có thể hoạt động như “đặc điểm kỳ diệu” trong môi trường bức xạ này. Kết quả nghiên cứu này chứng minh kỹ thuật bức xạ có tác động động lực tới sự phát triển và tiến hóa thích nghi của các loại cá cyprinid, mở ra các ứng dụng trong chăn nuôi thủy sản đối với các loại cá nước ngọt.
Từ khóa: Thích ứng bức xạ; cyprinid; cá nước ngọt; cá chép;
– CMD&DND –
