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跨物种基因转移具有普遍性!

已有 1684 次阅读 2021-4-2 17:08 |个人分类:自然科学|系统分类:观点评述

中国学者证明昆虫有转移自植物基因

自然界基因跨物种转移的例子越来越多,通过病毒在不同物种之间转移基因,通过细菌和真菌进行跨物种基因转移的例子也不少。这说明基因在不同物种之间的转移具有非常广泛特征,因为植物和昆虫毕竟相差非常多,其实细菌和真菌,细菌和动物植物之间的差别就更大了,不过物种越高级,基因转移的难度和机会越大,但这并不具有限制物种之间基因转移的可能。因为地球物种之间的基因密码使用的同一套字母,翻译和使用基因的工具也接近。从这个角度看,人类基因的编辑只是伦理学的障碍,并没有生物学规律的限制。

有害的农业害虫烟粉虱之所以能成功生存部分原因在于数百万年前从它的植物宿主那里窃取了一种基因。最近细胞》上报道的这一发现,是已知的第一个从植物到昆虫的自然基因转移的例子。这解释了为什么烟粉虱如此擅长啃食农作物它从植物中获取的基因使它能够中和一些植物产生的一种用来抵御昆虫的毒素。

早期的研究表明,抑制这种基因可以使白蝇对这种毒素变得脆弱,这为防治这种害虫提供了一条潜在的途径。“这揭示了一种机制,通过这种机制,我们可以协助植物对抗昆虫。芝加哥大学研究植物害虫相互作用的安德鲁·格洛兹说。“这是一个显著的例子,说明研究进化可为作物保护等应用提供新方法。”

这种蚜虫小型粉虱给世界各地农业造成了严重破坏。烟粉虱是最具破坏性的植物害虫粉虱从数百种植物中吸食含糖的汁液,同时排出一种被称为蜜露的粘性甜物质,这种物质是霉菌的滋生地。小型粉虱也是100多种致病性植物病毒的载体。

发现虱的捕食能力部分归功于来自其他生物的基因,这并不完全令人惊讶,因为基因窃取在植物和害虫之间的军备竞赛中很常见。数百万年来,植物和昆虫都大量地从微生物基因组中获取基因,有时利用它们新获得的基因来发展防御或进攻策略

一些昆虫,如咖啡浆果蛀虫,已经窃取了微生物基因,获得从难以消化的植物细胞壁中提取更多营养能力。一种野生小麦近亲窃取了真菌基因,以对抗真菌疾病,即头疫病。此前人们并不知道植物和昆虫也能互相偷窃基因

中国农业科学院昆虫学家张友军正在搜索烟粉虱的基因组,寻找被盗的基因,他们发现其中一种不其他昆虫或微生物中进化而来的基因,而通常是存在于植物中。进一步研究表明,这种基因可将一种化学基团转移到防御性化合物上,这种化合物被称为酚甙。西红柿许多植物都能产生这种化合物来驱虫。但是这种来自植物的粉虱基因引起的修饰使这种化合物变得无害。为了验证这一假设,研究小组设计了番茄植株,使其产生一种双链RNA分子,能够关闭白蝇基因的表达。几乎所有后来以这些转基因番茄为食的白蝇都死了。

德国马普化学生态学研究所化学生态学家乔纳森·格森松说,这个结果表明了一种针对白蝇的新方法。他说:“提供了一个很大的机会来描述具体情况。可以赶走粉虱,但不会伤害授粉昆虫等有益昆虫。”

这项研究的合著者之一瑞士化学生态学家特德·特林斯说,物种之间的基因转移很难证明。为此他们分析了植物中类似基因的序列,并确定了白粉虱基因是植物基因进化上的亲缘。

马普化学生态学研究所分子昆虫学家亚尼克·波切特说,这个结果令人惊讶,也令人信服。“根据他们提供的数据,水平基因转移是最简洁的解释,”他说。

但目前还不清楚这种粉虱是如何获取植物基因的。特林斯说,一种可能性是,病毒充当了中间媒介,将遗传物质从植物转移到粉虱的基因组中。

随着研究人员对更多的基因组进行测序,一定会发现更多动植物之间基因转移的例子。昆虫从植物中提取基因只是我们尚未发现的“武器库”中的最后一点在植物与害虫或病原体之间的斗争中,从生命之树的各个部位提取了基因。



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1 杨正瓴

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