Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Nhiều người nuôi mèo cam sẽ khẳng định rằng chú mèo của họ rất đặc biệt. Nhưng giờ đây các nhà khoa học đã xác nhận rằng thực sự có điều gì đó rất thú vị ở những con mèo nhà có lông màu cam. Trong một nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học thuộc Trường Y Stanford đã phát hiện ra loại đột biến di truyền đã tồn tại từ lâu chính là nguyên nhân khiến những con mèo cam có màu cam – và dường như đột biến này không xuất hiện ở các loài động vật có vú khác.

Các nhà nghiên cứu cho biết phát hiện này góp phần làm rõ hơn hiểu biết của chúng ta về cách thức những biến đổi di truyền nhỏ có thể tạo ra các tính trạng mới.

Nhiều loài động vật có vú mang màu sắc thuộc tông cam — như hổ, chó golden retriever, đười ươi và những người tóc đỏ — nhưng chỉ ở mèo nhà, màu cam mới có liên quan đến giới tính, xuất hiện nhiều hơn hẳn ở mèo đực.

“Ở nhiều loài có sắc tố vàng hoặc cam, những đột biến đó hầu như chỉ xảy ra ở một trong hai gen, và cả hai gen đó đều không liên quan đến giới tính,” Tiến sĩ Christopher Kaelin, nhà khoa học cấp cao về di truyền học và là tác giả chính của nghiên cứu đã được công bố trực tuyến vào ngày 15 tháng 5 trên tạp chí Current Biology, cho biết.

Tiến sĩ, Bác sĩ Greg Barsh, giáo sư danh dự về di truyền học và nhi khoa, là tác giả chính của nghiên cứu này.

Mặc dù các nhà khoa học đã xác định được những đột biến điển hình làm cho các tế bào sắc tố trong da tạo ra vàng hoặc cam thay vì màu nâu hoặc đen thông thường, họ mới chỉ có ý tưởng sơ khởi về vị trí để xác định đột biến tương ứng ở loài mèo.

Do phần lớn mèo cam là con đực, họ đã nhận ra rằng đột biến này – được đặt tên là ‘màu cam liên kết với giới tính’ - nằm ở đâu đó trên nhiễm sắc thể X. (Giống như hầu hết các loài động vật có vú, mèo cái có nhiễm sắc thể giới tính XX trong khi mèo đực là XY) Bất kỳ con mèo đực nào mang đột biến màu cam liên kết giới tính sẽ có toàn thân màu cam, nhưng mèo cái cần thừa hưởng đột biến này trên cả hai nhiễm sắc thể X mới có thể hoàn toàn màu cam - điều này ít có khả năng xảy ra hơn.

Mèo cái mang một bản sao của đột biến màu cam liên kết với giới tính sẽ có màu cam một phần — với hoa văn loang lổ được gọi là “mai rùa” (tortoiseshell), hoặc với các mảng màu cam, đen và trắng được gọi là “tam thể” (calico). Đây là do một hiện tượng di truyền ở mèo cái, gọi là “bất hoạt nhiễm sắc thể X ngẫu nhiên”, trong đó một nhiễm sắc thể X bị bất hoạt trong mỗi tế bào. Kết quả là tạo nên một mô hình khảm của các tế bào sắc tố, trong đó một số tế bào biểu hiện màu cam liên kết giới tính, còn những tế bào khác thì không.

Một bí ẩn về di truyền

Các nhà khoa học đã tận dụng sự đa dạng về màu sắc và hoa văn của mèo để thực hiện các nghiên cứu di truyền học từ đầu thế kỷ 20, tuy nhiên danh tính phân tử đột biến màu cam khác thường này vẫn còn mơ hồ.

“Đây là một ngoại lệ di truyền đã được ghi nhận cách đây hơn một trăm năm”, Kaelin nói. “Thực sự, chính bí ẩn di truyền mang tính so sánh này đã khơi dậy sự quan tâm của chúng tôi đối với đột biến màu cam liên kết giới tính”.

Dựa trên một nghiên cứu trước đó đã bắt đầu thu hẹp vùng nhiễm sắc thể X chứa đột biến này, Kaelin và các đồng nghiệp của ông đã tập trung xác định đột biến màu cam liên kết giới tính bằng một quy trình từng bước.

“Khả năng thực hiện nghiên cứu này của chúng tôi có được là nhờ sự phát triển các nguồn dữ liệu bộ gen dành cho mèo, vốn chỉ mới khả dụng trong khoảng 5 đến 10 năm gần đây”, ông cho biết, bao gồm các bộ gen đã được giải trình tự hoàn chỉnh của nhiều con mèo khác nhau. Các nhà nghiên cứu cũng đã thu thập mẫu DNA từ mèo tại các cơ sở thú y chuyên về triệt sản.

Đầu tiên, họ tìm kiếm các biến thể trên nhiễm sắc thể X giống nhau ở các con mèo đực có màu cam và đã xác định được 51 biến thể tiềm năng. Sau đó, họ đã loại bỏ 48 trong số đó vì chúng cũng được tìm thấy ở một số con mèo không có màu cam. Trong ba biến thể còn lại, có một nổi bật vì có khả năng liên quan đến điều hòa gen: đó là một loại đột biến mất đoạn nhỏ làm tăng hoạt động của một gen lân cận có tên là Arhgap36.

Biểu hiện bất thường

“Vào thời điểm chúng tôi phát hiện ra điều đó, gen Arhgap36 không có liên hệ gì đến sắc tố” Kaelin cho biết.

Gen này, vốn được bảo tồn cao ở các loài động vật có vú, đang được các nhà nghiên cứu về ung thư và sinh học phát triển quan tâm. Arhgap36 thường được biểu hiện trong các mô thần kinh nội tiết, nơi mà sự biểu hiện quá mức có thể tạo ra các khối u. Trước đây, người ta chưa biết gen này có vai trò gì trong các tế bào sắc tố.

Kaelin và các đồng nghiệp đã phát hiện sự ngoại lệ ở những con mèo có màu cam bí ngô.

“Arhgap36 không được biểu hiện trong các tế bào sắc tố của chuột, của người, hay của những con mèo không mang màu cam”, Kaelin nói. “Đột biến ở mèo cam dường như kích hoạt sự biểu hiện của Arhgap36 trong một loại tế bào, tế bào sắc tố, nơi mà bình thường gen này không hoạt động”.

Sự biểu hiện bất thường này trong tế bào sắc tố làm ức chế một bước trung gian trong con đường phân tử vốn kiểm soát màu lông – tương tự con đường diễn ra ở các loài động vật có màu cam khác. Ở những loài đó, các đột biến cam điển hình làm gián đoạn bước đầu tiên trong con đường này; còn ở mèo, đột biến màu cam liên kết giới tính lại làm ảnh hưởng một bước muộn hơn.

“Chắc chắn đây là một cơ chế rất bất thường, nơi một gen bị biểu hiện sai trong một loại tế bào chuyên biệt,” Kaelin nhận định.

Tiến hóa ở cấp độ phân tử

Những nỗ lực tìm hiểu cách mèo nhà có được các màu sắc và hoa văn khác nhau chính là điểm khởi đầu để khám phá sự xuất hiện của các tính trạng vật lý khác, từ các đốm của báo gấm đến cơ thể thon dài của cá heo. Màu cam liên kết giới tính là một ví dụ mới mẻ về cách sự tiến hóa diễn ra ở cấp độ phân tử.

“Chúng tôi nghĩ đó là một ví dụ cho thấy cách các gen tiếp nhận những chức năng mới giúp thích nghi với môi trường”, Kaelin, người cũng đã nghiên cứu màu sắc và hoa văn ở chó, báo gấm, hổ, gấu, ngựa vằn và chuột hamster, cho biết.

Trong trường hợp của mèo cam, “sự thích nghi” đó có thể đơn giản chỉ là để chiều theo ý muốn của chúng ta. Hàng thế kỷ trước, những con mèo hiếm có màu cam, tam thể hoặc mai rùa có thể đã thu hút sự chú ý của con người, từ đó khuyến khích sự nhân giống rộng rãi của chúng. Ngày nay, mèo cam đã xuất hiện trên khắp thế giới.

“Đây là đặc điểm đã xuất hiện ở mèo nhà, có lẽ ngay từ giai đoạn đầu của quá trình thuần hóa”, Kaelin cho biết. “Chúng tôi biết điều đó vì có những bức tranh từ thế kỷ 12, trong đó bạn có thể nhìn thấy rõ hình ảnh mèo tam thể. Vì vậy, đột biến này có niên đại khá lâu đời”.

Chỉ vẻ bề ngoài

Bên cạnh bộ lông màu cam, liệu đột biến màu cam liên kết giới tính có thể chịu trách nhiệm cho những đặc tính khác ở mèo cam hay không? “Dựa trên những quan sát của mình, chúng tôi dự đoán rằng đột biến này chỉ chuyên biệt đối với các tế bào sắc tố”, Kaelin cho biết.

Để xác minh điều đó, các nhà nghiên cứu cũng đã đo mức độ biểu hiện của gen Arhgap36 ở một số mô không liên quan đến da - như thận, tim, não và tuyến thượng thận - và không tìm thấy sự khác biệt nào giữa mèo màu cam và mèo không có màu cam.

“Tôi không nghĩ rằng chúng ta có thể loại trừ khả năng gen này có sự biểu hiện thay đổi ở mô nào đó mà chúng tôi chưa kiểm tra, và có thể điều đó ảnh hưởng đến hành vi”, Kaelin thừa nhận. Nhưng ông cho rằng danh tiếng của mèo cam như những “điệp viên hỗn loạn thân thiện” nhiều khả năng là do phần lớn chúng là mèo đực.

“Hiện chưa có nhiều nghiên cứu khoa học về tính cách của mèo cam”, ông nói thêm.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Brown, Phòng Thí nghiệm Quốc gia Frederick về Nghiên cứu Ung thư và Đại học Auburn cũng đã đóng góp vào nghiên cứu này.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Viện Y tế Quốc gia (mã tài trợ R01AR067925) và Viện Công nghệ Sinh học HudsonAlpha.
 
Nguồn bài viết:
 
Các tài liệu được cung cấp bởi Stanford Medicine. Bài gốc được viết bởi Nina Bai. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.
 
Tạp chí tham khảo:
Hidehiro Toh, Wan Kin Au Yeung, Motoko Unoki, Yuki Matsumoto, Yuka Miki, Yumiko Matsumura, Yoshihiro Baba, Takashi Sado, Yasukazu Nakamura, Miho Matsuda, Hiroyuki Sasaki. A deletion at the X-linked ARHGAP36 gene locus is associated with the orange coloration of tortoiseshell and calico cats. Current Biology, 2025; DOI: 10.1016/j.cub.2025.03.075

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250515131453.htm