ƯU THẾ LAI: CẢI THIỆN ĐỘNG VẬT, THỰC VẬT, CON NGƯỜI - SINH HỌC - 2025

Ưu thế lai , còn được gọi là ưu thế dị hợp tử và ưu thế lai, là một hiện tượng di truyền biểu hiện ở sự cải thiện đối với bố mẹ, khả năng sinh lý ở thế hệ thứ nhất của phép lai giữa các họ hàng xa của cùng loài, hoặc giữa các loài khác nhau, thực vật và động vật.

Sự cải thiện hoạt động sinh lý xảy ra, ví dụ, sự gia tăng sức khỏe, khả năng nhận thức hoặc khối lượng, đề cập đến các đặc điểm kiểu hình thuận lợi do có kiểu gen phù hợp hơn.

Nguồn: pixabay.com

Cần lưu ý rằng với những người họ hàng xa, chúng ta hiểu các cá thể từ các quần thể được phân lập về mặt di truyền, cũng như các giống, chủng hoặc phân loài của cùng một loài.

Trầm cảm cận huyết

Ưu thế lai là kết quả của exogamy. Nó ngược lại với giao phối cận huyết, có thể tạo ra đồng hợp tử. Do sự tái tổ hợp di truyền, những ưu điểm của dị hợp tử có thể biến mất, do sự xuất hiện trở lại của tính đồng hợp tử, và thậm chí do bất dục, ở thế hệ thứ hai.

Tuy nhiên, sự chia sẻ di truyền giữa những người họ hàng xa có thể mang lại những lợi thế thích nghi lâu dài.

Suy nhược cận huyết là giảm khả năng thích nghi (thể lực) do giao phối cận huyết. Nó được biểu hiện bằng sự giảm khả năng sống sót và sinh sản ở thế hệ con cháu của những cá thể có quan hệ họ hàng so với thế hệ con cháu của những cá thể không có quan hệ huyết thống. Đó là một hiện tượng phổ biến đã được ghi nhận ở thực vật và động vật.

Khi có sự lai tạp giữa các họ hàng xa của cùng một loài hoặc giữa các loài khác nhau, kết quả thường là sự kết hợp các alen mới hoặc hiếm (giới tính) vào vốn gen của quần thể mà các thành viên của thế hệ sinh ra từ vượt qua ban đầu.

Trên thực tế, exogamy thường là nguồn cung cấp các alen mới hoặc hiếm quan trọng hơn là đột biến. Các alen này mang lại hai ưu điểm: 1) chúng làm tăng sự biến đổi di truyền và do đó tần số của các cá thể dị hợp tử trong quần thể nói trên; 2) giới thiệu các gen mã hóa các tính trạng kiểu hình đại diện cho các điểm đầu mới.

Lợi thế di truyền

Theo quan điểm của di truyền học Mendel, những ưu điểm của ưu thế lai đã được giải thích bằng hai giả thuyết: 1) bổ sung, còn được gọi là mô hình ưu thế; 2) tương tác alen, còn được gọi là mô hình vượt trội.

Giả thuyết bổ sung cho rằng, tại nhiều locus di truyền, thế hệ con cái dị hợp tử biểu hiện ít alen lặn có hại hơn so với bố mẹ đồng hợp tử của chúng.

Ở thế hệ con lai, các alen cao hơn của một bên bố mẹ sẽ ẩn các alen thấp hơn của bố mẹ kia. Điều này có nghĩa là, đối với mỗi locus di truyền có liên quan, thế hệ con cháu chỉ biểu hiện các alen tốt nhất từ ​​cả bố và mẹ.

Do đó, thế hệ đầu tiên sẽ sở hữu kiểu gen hợp nhất tích lũy với các đặc điểm tốt nhất của mỗi bố và mẹ.

Giả thuyết tương tác alen giả định rằng hai alen của mỗi locus di truyền được biểu hiện bổ sung, nghĩa là chúng bổ sung các hiệu ứng của chúng. Điều này có nghĩa là các ký tự kiểu hình được mã hóa bởi cả hai alen có thể tạo ra phản ứng rộng hơn đối với sự biến đổi môi trường mà thế hệ con cháu phải đối mặt hơn là mức độ đồng hợp tử cho phép.

Hai giả thuyết này không loại trừ lẫn nhau theo nghĩa là mỗi giả thuyết có thể được áp dụng cho các bộ locut di truyền khác nhau trong cùng một cá thể lai.

Trong thực vật

Vào đầu thế kỷ 20, George Shull đã chỉ ra rằng việc lai hai giống ngô trồng ở Hoa Kỳ, vốn bị mất một phần năng suất do giao phối cận huyết, đã tạo ra những cây lớn hơn và khỏe hơn với năng suất vượt trội. Hiện nay, ở ngô lai, ưu thế lai cho phép thu hoạch lớn hơn 100–200%.

Vào cuối những năm 1970, Trung Quốc bắt đầu trồng lúa lai cho năng suất cao hơn 10% so với ngô thông thường. Hiện tại, thu hoạch lớn hơn 20–50% đạt được

Năng suất tăng do ưu thế lai ở các cây trồng ăn được khác là: aubergine, 30–100%; bông cải xanh, 40–90%; bí xanh, 10–85%; lúa mạch, 10–50%; hành tây, 15–70%; lúa mạch đen, 180–200%; hạt cải dầu, 39–50%; đậu rộng, 45–75%; lúa mì, 5–15%; cà rốt, 25–30%.

Ở động vật

Con la là loài động vật lai nổi tiếng nhất. Chúng là kết quả của việc giao phối một con ngựa đực (Equus caballus) với một con lừa cái (E. asinus). Tính hữu dụng của chúng như động vật đóng gói là do ưu thế lai. Chúng to hơn, khỏe hơn và có khả năng chống chọi tốt hơn ngựa. Họ có bước đi an toàn của ass. Họ cũng có năng lực học tập cao hơn cha mẹ của họ.

Sự lai tạo giữa khỉ cái (Macaca mulatta) có nguồn gốc từ Trung Quốc và Ấn Độ giáo tạo ra con đực và con cái thể hiện ưu thế lai do chúng có chiều dài đầu lớn hơn và khối lượng cơ thể lớn hơn bố mẹ của chúng. Sự khác biệt này rõ ràng hơn ở những con đực, điều này có thể cải thiện khả năng cạnh tranh với những con đực không lai đối với con cái.

Ếch ăn được (Pelophylax esculentus) là con lai màu mỡ của Pelophylax ridibundus và P. lessonae (họ Ranidae) sống thành giao cảm ở Trung Âu. P. esculentus chống lại áp suất oxy thấp hơn các loài bố mẹ, cho phép nó ngủ đông ở những vùng nước thiếu oxy nghiêm trọng. Nơi chúng cùng tồn tại, P. esculentus có nhiều hơn.

Trong con người

Hiện tại, hành tinh của chúng ta là nơi sinh sống của một loài người duy nhất. Có bằng chứng di truyền rằng 65.000–90.000 năm trước, người châu Âu hiện đại (Homo sapiens) thỉnh thoảng lai với người Neanderthal (Homo neanderthalensis).

Cũng có bằng chứng chỉ ra rằng người Melanesian hiện đại (Homo sapiens) đã lai tạp khá thường xuyên với người Denisovan, một loài người đã tuyệt chủng bí ẩn, 50.000–100.000 năm trước.

Người ta không biết liệu những phép lai cổ đại này có dẫn đến ưu thế lai hay không, nhưng có thể đây là trường hợp dựa trên quan sát về ưu thế lai âm và dương ở người hiện đại.

Những người có cha và mẹ đến từ các vùng khác nhau của Trung Quốc đã được chứng minh là có chiều cao và thành tích học tập cao hơn mức trung bình của các vùng xuất xứ của cha mẹ họ. Đây có thể được hiểu là ưu thế lai dương tính.

Nhiều nhóm dân tộc khác nhau sống ở Pakistan được đặc trưng bởi mức độ đồng hợp tử cao gây ra bởi tần suất cao của các cuộc hôn nhân cùng quan hệ. Những nhóm này được cho là mắc chứng ưu thế lai âm, biểu hiện ở tỷ lệ mắc bệnh ung thư vú và ung thư buồng trứng cao hơn bình thường.

Người giới thiệu

1. Baranwal, VK, Mikkilineni, V., Zehr, UB, Tyagi, AK, Kapoor, S. 2012. Ưu thế lai: những ý tưởng mới nổi về ưu thế lai. Tạp chí Thực vật học Thực nghiệm, 63, 6309–6314.
2. Benirschke, K. 1967. Khả năng vô sinh và khả năng sinh sản của con lai giữa các loài động vật có vú đặc hiệu. Trong: Benirschke, K., ed. "Các khía cạnh so sánh của thất bại sinh sản". Springer, New York.
3. Berra, TM, Álvarez, G., Ceballos, FC 2010. Triều đại Darwin / Wedgwood có bị ảnh hưởng tiêu cực bởi sự hợp tác không? BioScience, 60, 376-383.
4. Birchler, JA, Yao, H., Chudalayandi, S. 2006. Làm sáng tỏ cơ sở di truyền của ưu thế lai. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, 103, 12957–12958.
5. Burke, JM, Arnold, ML 2001. Di truyền và thể chất của con lai. Đánh giá hàng năm về Di truyền học, 35, 31–52.
6. Callaway, E. 2011. DNA cổ đại tiết lộ bí mật của lịch sử loài người: con người hiện đại có thể đã thu thập các gen quan trọng từ những người họ hàng đã tuyệt chủng. Nature, 137, 136-137.
7. Denic, S., Khatib, F., Awad, M., Karbani, G., Milenkovic, J. 2005. Ung thư do ưu thế lai âm tính: ung thư vú và ung thư buồng trứng dư thừa ở con lai của các nhóm dân tộc cận huyết. Giả thuyết y tế, 64, 1002–1006.
8. Frankel, R. 1983. Ưu thế lai: đánh giá lại lý thuyết và thực hành. Springer, Berlin.
9. Frankham, R. 1998. Giao phối cận huyết và tuyệt chủng: quần thể đảo. Sinh học Bảo tồn, 12, 665–675.
10. Fritz, RS, Moulia, C. 1999. Khả năng chống chịu của thực vật và động vật lai đối với động vật ăn cỏ, mầm bệnh và ký sinh trùng. Đánh giá hàng năm về Hệ sinh thái và Hệ thống, 565–591.
11. Govindaraju, DR 2019. Làm sáng tỏ bí ẩn hơn một thế kỷ về ưu thế di truyền-di truyền. PLoS Biol 17 (4): e3000215.
12. Groszmann, M., Greaves, IK, Fujimoto, R., Peacock, WJ, Dennis, ES 2013. Vai trò của di truyền biểu sinh đối với sức sống lai. Xu hướng Di truyền học, 29, 684–690.
13. Grueber, CE, Wallis, GP, Jamieson, IG 2008. Dị hợp tử - tương quan về thể lực và mối liên quan của chúng với các nghiên cứu về trầm cảm cận huyết ở các loài bị đe dọa. Hệ sinh thái phân tử, 17, 3978–3984.
14. Hedrick, PW, García-Dorado, A. 2016. Tìm hiểu trầm cảm cận huyết, thanh lọc và giải cứu di truyền. Xu hướng inEcology & Evolution, http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2016.09.005.
15. Hedrick, PW, Kalinowski, ST 2000. Trầm cảm cận huyết trong sinh học bảo tồn. Đánh giá hàng năm về Hệ sinh thái và Hệ thống, 31, 139–62.
16. Hochholdinger, F., Hoecker, N. 2007. Hướng tới cơ sở phân tử của ưu thế lai. XU HƯỚNG trong Khoa học Thực vật, 10.1016 / j.tplants.2007.08.005.
17. Jolly, CJ, Woolley-Barker, T., Beyene, S., Disotell, TR, Phillips-Conroy, JE 1997. Khỉ đầu chó lai giữa các loài. Tạp chí Quốc tế về Linh trưởng học, 18, 597–627.
18. Kaeppler, S. 2012. Ưu thế lai: nhiều gen, nhiều cơ chế kết thúc việc tìm kiếm một lý thuyết thống nhất chưa được khám phá. ISRN Tập thực vật học, 10.5402 / 2012/682824.
19. Khongsdier, R. Mukherjee, N. 2003. Ảnh hưởng của ưu thế lai đến tăng trưởng chiều cao và các phân đoạn của nó: một nghiên cứu cắt ngang về các cô gái Khasi ở Đông Bắc Ấn Độ. Biên niên sử Sinh học Con người, 30, 605–621.
20. Di sản, RC Tầm quan trọng của sự biến đổi di truyền đối với khả năng tồn tại của các quần thể động vật có vú. Tạp chí Mammalogy, 78, 320–335.
21. Lippman, ZB, Zamir, D. 2006. Ưu thế lai: xem lại phép thuật. XU HƯỚNG trong Di truyền học, 10.1016 / j.tig.2006.12.006.
22. McQuillan, R., và cộng sự. 2012. Bằng chứng về suy giảm giao phối cận huyết về chiều cao con người. Di truyền PLoS, 8, e1002655.
23. Proops, L., Burden, F., Osthaus, B. 2009. Mule nhận thức: một trường hợp ưu thế lai? Nhận thức động vật, 12, 75–84.
24. Zhu, C., Zhang, X., Zhao, Q., Chen, Q. 2018. Kết hôn lai và ưu thế kiểu hình ở thế hệ con cái: bằng chứng từ Trung Quốc. Kinh tế học và Sinh học con người. 10.1016 / j.ehb.2018.02.008.