Thu nhận tín hiệu phân tử của các anten côn trùng
Một trong những lí do giúp côn trùng không ngừng tồn tại, tiến hóa và phát triển trong suốt hàng trăm triệu năm qua, thích ứng với mọi môi trường sống trên cạn chính là một hệ thống giác quan cực kì nhanh nhạy và chính xác mà tạo hóa trang bị cho chúng đó chính là Anten (hay còn gọi là râu) có thể so sánh với các cột Anten của một đài thông tin cỡ lớn hiện nay được sử dụng trong mọi hoạt động di chuyển, tìm kiếm thức ăn, trốn tránh kẻ thù và sinh sản. Côn trùng chính là những động vật không xương sống biết bay xuất hiện sớm nhất trên hành tinh chúng ta. Một trong những lí do giúp côn trùng không ngừng tồn tại, tiến hóa và phát triển trong suốt hàng trăm triệu năm qua, thích ứng với mọi môi trường sống trên cạn chính là một hệ thống giác quan cực kì nhanh nhạy và chính xác mà tạo hóa trang bị cho chúng, được sử dụng trong mọi hoạt động di chuyển, tìm kiếm thức ăn, trốn tránh kẻ thù và sinh sản. Côn trùng có khứu giác rất nhạy bén.Với nồng độ phân tử mùi cực thấp trong không khí cũng đủ để chúng nhận biết bởi các tế bào thần kinh trên các anten. Các protein đặc biệt, gọi là protein thụ thể, được biểu hiện trong tế bào thần kinh để nhận biết mùi vị. Phân tử mùi gắn vào thụ thể và gây ra tín hiệu điện tử và hóa học diễn ra trong não côn trùng và đồng thời ảnh hưởng đến hành vi của chúng. Bên cạnh thụ thể, protein khác thuộc khứu giác, bao gồm các enzyme và protein cảm ứng hóa chất, cùng tham gia. Dựa trên các nguyên lý phân tử, tất cả côn trùng hoạt động theo bản năng và cách thức sống sơ bản: tìm thức ăn, tìm bạn tình, và trong trường hợp con cái tìm nơi đẻ trứng thích hợp để đảm bảo nguồn thức ăn dinh dưỡng và dễ tiêu hóa cho thế hệ con. Muỗi cái xác định mục tiêu hút máu qua mùi vị và cảm nhận nhiệt. Chúng đặc biệt nhạy cảm với CO2 trong hơi thở động vật và một số mùi trong mồ hôi. Một số người, ví dụ nam giới, béo và thuộc nhóm máu O, hấp dẫn muỗi nhiều hơn. Muỗi cảm nhận được tia hồng ngoại phát ra từ vật có thân nhiệt cao, nên dễ tìm được đến động vật và chim máu nóng. Loài sâu bướm (Lepidotera) là đối tượng nghiên cứu phổ biến bên cạnh ruồi giấm. Genome của tằm Bombyx mori được giải trình tự hoàn toàn; tuy nhiên loài côn trùng này được thuần hóa bởi con người từ vài nghìn năm trước, vì vậy loài bản địa gốc không còn thấy nữa.  | Loài sâu bướm (Lepidotera)
(Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/Lasiocampidae) |
Mặt khác, nơi sống của sâu thuốc lá Manduca sexta, một loài bản địa Bắc Mỹ là đối tượng nghiên cứu sinh lý học về hệ khứu giác côn trùng, và gần đây cũng do cây chủ - loài thuốc lá hoang dại Nicotiana attenuata đã trở thành thực vật mô hình cho nghiên cứu sinh thái học. Phân tích di truyền các anten của Manduca sexta đã xóa đi những khoảng trống trong nghiên cứu về phản ứng trực tiếp với mùi vị của côn trùng: Việc giải phóng các phân tử mùi gây stress từ cây thuốc lá được nghiên cứu kỹ, như là sự thụ phấn hoa bởi côn trùng. “Nhưng thực vật tỏa mùi-“tiếng nói ẩn dụ” đi vào bộ não côn trùng như thế nào?” Gs. Bill Hanson, chủ nhiệm khoa Thần kinh học Tiến hóa ở Viện Max Planck nói. Các nhà khoa học xác định được hệ thống phiên mã - transcriptome ở anten là một cơ sở quan trọng cho nghiên cứu về chức năng khứu giác của côn trùng, và đã giải trình tự hoàn toàn các gen hoạt động trong anten. Hơn nữa, họ đã xác định được số lượng RNA thông tin - mRNA của mỗi cá thể - phụ thuộc vào mỗi gen. Thông tin trình tự gồm hơn 66 triệu nucleotide đã được phân tích.  | Sâu thuốc lá (Manduca sexta) dùng anten để tìm hoa thuốc lá |
Về cơ bản, kết quả được tóm tắt như sau (i) Manduca sexta có 18 protein gắn phân tử mùi (odorant binding proteins, OBPs) và 21 protein nhận biết hóa chất (chemosensory proteins, CSPs). (ii) Các con Manduca đực sở hữu 68 thụ thể mùi khác nhau, mỗi loại được biểu hiện ở một loại tế bào thần kinh cụ thể đi cùng với một cuộn tiểu cầu tương ứng ở não, trong khi đó con cái có 70 “đơn vị cảm ứng” này. Hầu hết các thụ thể đều được xác định trong quá trình nghiên cứu. 69% sản phẩm phiên mã vẫn chưa thể giải thích cho chức năng một gen cụ thể: Vai trò của chúng trong anten vẫn còn bí ẩn. Theo phán đoán có rất nhiều các cơ chế thần kinh và quá trình kích thích ở anten cần được làm sáng tỏ. Một vài mRNA được cho là chất hoạt hóa enzyme, như các enzyme ester hóa; cũng có một lượng lớn sản phẩm phiên mã điều hòa sự biểu hiện gen, chỉ ra rằng anten có thể thích nghi với hoàn cảnh sống mới thông qua điều hòa gen. Vấn đề di truyền học của anten dường như không quá phức tạp qua so sánh số gen hoạt động trong ruột ấu trùng nhiều gấp hai lần ở sâu trưởng thành. Chỉ có 348 gen được ưu tiên biểu hiện ở con đực; ở con cái là 729 gen. Điều này có thể do cách thức sinh sống của con cái là phải có hoạt động đặt trứng thụ tinh vào những nơi thích hợp, như là thuốc lá hoang dại, nơi làm thức ăn cho các ấu trùng non. Ngoài ra một nghiên cứu khác của Đại Học Rockefeller (Mỹ) đã nghiên cứu một gien tên là Or83b ở ruồi giấm. Nó mã hoá các thụ thể khứu giác vùng tế bào thần kinh liên kết với phân tử mùi. Những tế bào thần kinh này nằm trên một ăng-ten hay xúc tu của côn trùng. Các thụ thể Or38b được tìm thấy ở hầu hết tế bào thần kinh khứu giác của ruồi giấm mặc dù các thụ thể khác nhau nhạy cảm với mùi mục tiêu khác nhau. Gen Or83b tồn tại ở nhiều loài côn trùng, bao gồm muỗi, châu chấu, bướm đêm và ong mật mặc dù các thụ thể khứu giác của chúng đã tiến hoá để dò các mùi xác định. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một loài ruồi giấm thiếu gien Or38b rồi kiểm tra khứu giác. Khi ấu trùng được đặt trong đĩa chứa ethylacetat - mùi hoa quả thường hấp dẫn ruồi, chúng liên tục di chuyển không định hướng. Tuy nhiên, khi ấu trùng được tiêm một liều thụ thể Or38b vào ăng-ten, chúng lấy lại khứu giác và bò tới phía có mùi hoa quả.  | Khả năng dùng anten của loài muỗi để phát hiện hoa quả (Ảnh: Viết Hiếu) |
Các nhóm nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng gien Or38b ảnh hưởng tới vị trí của các thụ thể khứu giác khác trên tế bào thần kinh ruồi giấm, di chuyển chúng từ các đầu phân nhánh của tế bào thần kinh, nơi chúng thường phơi nhiễm với mùi trong không khí, tới phần thân tế bào. Leslie Vosshall, trưởng nhóm nghiên cứu, nói: “Để ruồi giấm có thể ngửi mọi thứ, phải có thụ thể Or38b. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn chưa biết cơ chế của hành động này. Kết quả nghiên cứu có tiềm năng ứng dụng trực tiếp. Côn trùng là sinh vật truyền sốt rét, sốt xuất huyết, sốt vàng da và viêm não Tây sông Nile. Chúng định vị con người chủ yếu nhờ hệ thống khứu giác cực kỳ nhạy cảm”. Theo Janet Hemingway, giám đốc Trung tâm Y học Nhiệt đới Liverpool (Anh), có thể bào chế một loại thuốc phong toả thụ thể Or38b. Tuy nhiên, để tạo ra các chất đuổi muỗi thành công, cần nghiên cứu hơn nữa để xác định liệu hạ gục gien Or38b ở muỗi có tác dụng tương tự đối với khứu giác hay không. Và nếu như vậy, liệu có thể tạo ra thuốc dành riêng cho từng loại côn trùng bởi con người không muốn mọi côn trùng mất khứu giác của chúng. Phương pháp phun thuốc có lẽ sẽ rất khó khăn vì chẳng có ích gì khi xịt thuốc đuổi côn trùng lên da hoặc cây trồng vì ngay khi chúng tới đó, đã quá muộn để phá huỷ khứu giác.
|
TRANG CHỦ
