Tùy vào động vật bậc cao hay thấp mà cơ chế xác định giới tính sẽ khác nhau, trong bài viết này mình sẽ chia sẻ cơ chế xác định giới tính của côn trùng, động vật có vú hay ruồi giấm nha.

Cơ chế xác định giới tính ở côn trùng

Côn trùng là lớp sinh vật đa dạng nhất trên hành tinh, vì vậy không quá ngạc nhiên khi chúng cho thấy sự đa dạng đáng kể trong cơ chế xác định giới tính của chúng. Tuy nhiên, giống như hầu hết các động vật khác, phần lớn các loài côn trùng có nhiễm sắc thể giới tính lưỡng hình có thể được phân biệt về tế bào học.

Động vật có hai nhiễm sắc thể giới tính khác nhau thuộc giới tính dị hợp tử, do đó chúng có thể tạo ra hai loại giao tử. Ngược lại, các loại côn trùng giới tính đồng nhất chỉ có thể tạo ra một loại giao tử. Ở người (cũng như nhiều động vật khác), con đực thường có một nhiễm sắc thể X và một nhiễm sắc thể Y, trong khi con cái có hai nhiễm sắc thể X. 

Hệ thống này được đảo ngược ở bướm, con cái có giới tính không đồng nhất, trong khi con đực là đồng nhất. Các nhiễm sắc thể giới tính trong loài bướm được chỉ định nhiễm sắc thể W và Z. W thường liên quan đến sự phát triển của các đặc tính nữ. Khi không có nhiễm sắc thể W, ZZ phát triển thành nam và ZO phát triển thành nữ. Có nhiễm sắc thể W để phát triển thành nữ thậm chí không cần thiết đối với một số loài. Một chú bướm đêm được gọi là Talaeporia tubulosa sử dụng nhiệt độ môi trường xung quanh để xác định giới tính kiểm soát trong sự vắng mặt của W nhiễm sắc thể. 

Khi nhiệt độ ấm, nhiễm sắc thể Z được tìm thấy trên trục chính bên trong và nhiều trứng cái được tạo ra, trong khi ở điều kiện lạnh hơn, nhiễm sắc thể Z di chuyển đến cực ngoài, dẫn đến việc sản xuất con đực nhiều hơn. Hệ thống này tương ứng với lợi thế thích nghi của việc tạo thuận lợi cho việc sinh con cái khi điều kiện tốt (ấm) và các nguồn lực cho sinh sản tiếp theo của chúng có nhiều khả năng có sẵn.

Một số châu chấu cũng sử dụng hệ thống xác định giới tính đơn nhiễm sắc thể (XX / XO). Ở đây, con đực chỉ có một nhiễm sắc thể giới tính, vì vậy chúng được coi là XO. Do đó, con đực là giới tính không đồng nhất, vì chúng tạo ra hai loại giao tử khác nhau.

Hệ thống xác định giới tính nhiễm sắc thể thậm chí còn giảm hơn nữa ở một số loài muỗi nhất định, trong đó hai giới không phân biệt nhiễm sắc thể. Quan hệ tình dục trong nhóm đồng nhất này được cho là được xác định bởi một yếu tố quyết định nam giới thống trị.

Xác định giới tính ở ruồi giấm 

Các nhiễm sắc thể giới tính của ruồi giấm đã đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về di truyền. Do đó, có thể có một điều ngạc nhiên là ruồi giấm sử dụng một cơ chế tương đối hiếm để xác định giới tính. Trên thực tế, ở ruồi giấm giới tính chủ yếu được xác định theo tỷ lệ X: A hoặc tỷ lệ số lượng nhiễm sắc thể X với số lượng bộ nhiễm sắc thể. 

Sự cân bằng giữa các yếu tố xác định con cái được mã hóa trên nhiễm sắc thể X và các yếu tố xác định còn đựu được mã hóa trên các nhiễm sắc thể xác định kiểu phiên mã đặc trưng giới tính nào sẽ được bắt đầu. 

Do đó, ruồi XX, XXY và XXYY là con cái, trong khi ruồi XY và XO là con đực. Ruồi không thể tồn tại với hơn hai bản sao của nhiễm sắc thể X vì cơ chế mà chúng sử dụng để bù liều. (Bù liều dùng để chỉ các quá trình động vật cân bằng lượng sản phẩm gen được tạo ra từ gen liên kết X ở nam và nữ. Không giống như ở động vật có vú, tất cả các nhiễm sắc thể ruồi giấm X vẫn hoạt động và ruồi điều chỉnh mức độ gen liên kết X sản phẩm bằng cách nhân đôi biểu hiện của nhiễm sắc thể X ở nam giới. Một bản sao bổ sung của nhiễm sắc thể X, chứa gần một phần ba gen ruồi, tạo ra một điều kiện aneuploidy phá vỡ rất nhiều trạng thái cân bằng trong các tế bào..

Xác định giới tính ruồi giấm cũng khác với xác định giới tính của động vật có vú theo một số cách khác. Đầu tiên, xác định giới tính bắt đầu ngay khi thụ tinh và không có giai đoạn ban đầu. Hơn nữa, hormone không chịu trách nhiệm cho các đặc điểm giới tính; thay vào đó, mỗi tế bào trong phôi cảm nhận tỷ lệ X: A, kích hoạt kiểu phiên mã đặc trưng cho nữ hoặc nam. Các thí nghiệm microarray chỉ ra rằng sự khác biệt về giới tính trong biểu hiện gen là khá rộng. Trên thực tế, khoảng 30% gen Drosophila đã được tìm thấy cho thấy sự thiên lệch về giới tính trong biểu hiện.

Xác định giới tính ở động vật có vú

Ở động vật có vú, sự hiện diện của nhiễm sắc thể Y quyết định giới tính. Thông thường, các tế bào từ con cái chứa hai nhiễm sắc thể X và các tế bào từ con đực chứa nhiễm sắc thể X và Y. Đôi khi, các cá nhân được sinh ra với các dị nguyên nhiễm sắc thể giới tính và giới tính của những cá nhân này luôn được xác định bởi sự vắng mặt hoặc sự hiện diện của nhiễm sắc thể Y. Do đó, những người có kiểu nhân 47, XXY và 47, XYY là nam, trong khi những người có kiểu nhân 45, X và 47, XXX là nữ. Con người có thể chịu đựng được số lượng nhiễm sắc thể giới tính siêu hạng do bất hoạt X và thực tế là nhiễm sắc thể Y của con người khá nghèo gen.

Xem thêm: Rối loạn di truyền là gì?

Mặc dù vai trò của nhiễm sắc thể Y trong xác định giới tính của động vật có vú đã được biết đến từ đầu thế kỷ XX, nhưng mãi đến năm 1959, các nhà khoa học mới có thể xác định vùng nhiễm sắc thể Y kiểm soát quá trình này.  Sau đó, nhà nghiên cứu David C. Page đã phân tích nhiễm sắc thể của những người đàn ông XX chuyển đổi giới tính, những người hiếm hoi trông giống đàn ông nhưng có hai nhiễm sắc thể X thay vì một nhiễm sắc thể X và một nhiễm sắc thể Y. Sử dụng phương pháp lai DNA với các đầu dò tương ứng với các vùng khác nhau của nhiễm sắc thể Y, Page phát hiện ra rằng những con đực bị chuyển đổi giới tính mang gen từ vùng 140 kilobase trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể Y. Có lẽ, khu vực này đã được chuyển đến nhiễm sắc thể X trong quá trình dịch mã(Trang et al., 1985). Các thí nghiệm sau đó đã thu hẹp khu vực này (McLaren, 1991) và phát hiện ra rằng một gen, vùng xác định giới tính của Y, hay SRY, là người điều chỉnh chính xác định giới tính. Do đó, sự hiện diện của vùng này từ nhiễm sắc thể Y là đủ để gây ra sự phát triển của nam giới.

Trong phôi người, gen SRY mã hóa một yếu tố phiên mã độc đáo kích hoạt một con đường hình thành tinh hoàn vào khoảng tuần thứ bảy của sự phát triển. Trước thời điểm này, tuyến sinh dục phôi thai không quan tâm, nghĩa là nó có khả năng phát triển thành tinh hoàn hoặc buồng trứng. 

Tương tự như vậy, phôi sớm có hai hệ thống ống dẫn, ống Wolffian và Müllerian, có khả năng phát triển thành vùng sinh sản nam và nữ, tương ứng. Một khi sản phẩm gen SRY kích thích tuyến sinh dục vô cảm phát triển thành tinh hoàn, tinh hoàn bắt đầu sản xuất hai loại hormone, testosterone và hormone chống Müllerian hoặc AMH. Testosterone và một trong những dẫn xuất của nó, dihydrotestosterone, gây ra sự hình thành các cơ quan khác trong hệ thống sinh sản nam, trong khi AMH gây ra sự thoái hóa của ống Müllerian. Ở nữ giới, những người không chứa protein SRY, con đường hình thành buồng trứng được kích hoạt bởi một bộ protein khác nhau. Buồng trứng phát triển đầy đủ sau đó tạo ra estrogen , kích hoạt sự phát triển của tử cung, ống dẫn trứng và cổ tử cung từ ống Müllerian.

Xem thêm: Nguyên phân là gì

Xác định giới tính ở loài chim

Ở chim, giới tính được xác định bởi nhiễm sắc thể được gọi là Z và W, và con cái là giới tính không đồng nhất. Ban đầu, rõ ràng có sự khác biệt đáng chú ý trong các cơ chế được sử dụng để xác định giới tính ở chim và động vật có vú. Làm việc với gà, các nhà khoa học không thể tìm thấy một bản sao của gen SRY cần thiết cho việc xác định tinh hoàn của động vật có vú, vì vậy họ đã tìm kiếm sự tương đồng của các gen khác cần thiết cho sự hình thành tinh hoàn ở động vật có vú. Những nghiên cứu này đã dẫn đến việc phát hiện ra gen DMRT1 trên nhiễm sắc thể Z của gà.

Xác định giới tính và môi trường

Các yếu tố môi trường đôi khi có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định giới tính. Côn trùng không phải là trường hợp đặc biệt giữa các loài động vật có xương sống, nhiệt độ cũng có ảnh hưởng mạnh mẽ đến việc xác định giới tính ở một số nhóm bò sát nhất định. Ví dụ, trong các loài bò sát cá sấu và hầu hết rùa, giới tính được xác định bởi trứng nhiệt độ ủ. Trong rùa cá sấu, Macroclemys temminckii, việc ấp trứng dưới 22 ° C hoặc trên 28 ° C sẽ sinh ra con cái, trong khi đó, việc ấp trứng ở nhiệt độ trung gian tạo ra con đực chủ yếu. 

Kết luận: Có nhiều phương pháp giúp xác định giới tính của con người, động vật hay thực vật. Trên đây chỉ là một vài phương pháp phổ biến nhất.