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基因科普：丟失了關鍵基因後，蚊子如何讓存活？
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基因科普：丟失了關鍵基因後，蚊子如何讓存活？
左邊為正常蚊子幼蟲的外骨骼（exoskeletons），右邊為gooseberry 基因被敲除的蚊子幼蟲的外骨骼。圖片來源：ALYS JARVELA/UNIVERSITY OF MARYLAND
美國馬裏蘭大學（University of Maryland）的昆蟲學家發現，蚊子體內缺失一種對於其它昆蟲生存有著重要作用的基因，即負責排列昆蟲身體分節的基因。但研究人員也發現，在蚊子體內有一種相關的基因通過演化，替代了缺失的基因的工作。盡管有實驗室研究表明，相似的基因可以被改造成所需替代的基因，但這項研究首次發現，兩個基因在演化中分道揚鑣很長時間後，其中一個仍然能夠通過自然演化，替代另一個基因行使關鍵功能。
這項工作說明，在使用模式生物對不同生物物種得出遺傳學結論時需要非常謹慎。它也為專門研究蚊子防治策略給出了一種潛在途徑。這項研究發表在Communications Biology期刊上。
“每一種節肢動物的身體都會發生分節。你可能會認為它們都是以相同的方式發育。但我們發現事實並不是如此。”這項研究的第一作者，UMD昆蟲係博士後助理Alys Jarvela說，“在生物學中，我們通過研究某一種模式生物（model organism），並假設它的生理過程本質上和其他有機體相同，使用的基因也一樣，獲得了許多信息。這種方法仍然十分有效。但是，我們知道也存在一種可能，就是自然環境中基因的互相取代。”
Jarvela偶然發現蚊子身上缺失的基因。她起初研究蟋蟀，並嚐試將蟋蟀的基因序列與其它昆蟲的基因序列進行比較，來交叉檢查她的基因樣本。她對paired基因尤為感興趣，它是為數不多的幾種引導昆蟲等節肢生物重複身體某個部分的基因之一。實驗室研究表明，當果蠅的paired基因被敲除或者沉默，果蠅的體節就都無法發育，進而無法存活。
“我隻是想嚐試找到蚊子的paired基因作為參考點，但是我找不到它。” Jarvela說。
圖片來源：Pixabay
當她在所有公開的蚊子基因組數據庫中尋找paired基因時，她發現所有的蚊類都沒有這種基因。“一旦接受了paired基因缺失的事實，我們都覺得這是個讓人難以置信的謎團，隨即調整了研究方向，以滿足我們的好奇心。”Jarvela說。
Jarvela的團隊查找了與蚊子關係密切的蠅類的基因組，發現蠅類都含有paired 基因。這表明paired基因的缺失是近期發生的演化，而且隻有蚊子發生了這種演化。研究人員很清楚，蚊子體內一定存在與其它昆蟲的paired基因具有相同功能的基因。
他們在 1996 年的果蠅實驗中發現了與這個基因可能有關的線索。在那項研究中，科學家們將paired基因消除，並替換成一種名為gooseberry的基因，這種基因通常在發育後期發揮獨特的作用。這是個精心設計的實驗，它表明當gooseberry基因在發育期間某個恰當時間表達時，即使果蠅沒有paired基因，也能發育出正常的、交錯排列的節，並且存活了下來。
為了弄清楚gooseberry基因是否已經自然演化成蚊子paired基因的替代品，Jarvela和她的團隊利用 CRISPR技術敲除了斯氏按蚊（Anopheles stephensi）的gooseberry基因。突變的蚊子胚胎看起來就像在實驗室被消除了paired基因的果蠅胚胎。
“這項研究表明，即使不同的物種具有某個相同的特性或特征，它們的遺傳機製也可能是不同的。” UMD昆蟲係主任、也是這項研究的第二作者 Leslie Pick教授說，“在這篇論文報告的案例中，即使一個至關重要的基因丟失了，也依舊會產生分節。我們下一步計劃尋找昆蟲基因調控網絡（gene regulatory networks）變異的其它例子，並嚐試確定自然界中基因重組的方式。”
圖片來源：Pixabay
Jarvela同樣對研究蚊子缺失了paired基因還會對發育有什麽其它影響感興趣。因為除了調控體節這一對存活至關重要的功能，paired基因還會影響雄性果蠅的生育能力。
“這意味著可能有不同的基因調節蚊子的雄性繁殖能力，而且這很可能是蚊子獨有的特性。有機會為控製蚊子的同時不傷害蝴蝶和蜜蜂等其它昆蟲，提供一種有效的方法。”Jarvela說。
翻譯：胡琦琳
審校：戚譯引
引進來源：馬裏蘭大學
引進鏈接：https://eurekalert.org/pub_releases/2020-09/uom-mla092520.php
本文來自：環球科學
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左邊為正常蚊子幼蟲的外骨骼（exoskeletons），右邊為gooseberry 基因被敲除的蚊子幼蟲的外骨骼。圖片來源：ALYS JARVELA/UNIVERSITY OF MARYLAND
美國馬裏蘭大學（University of Maryland）的昆蟲學家發現，蚊子體內缺失一種對於其它昆蟲生存有著重要作用的基因，即負責排列昆蟲身體分節的基因。但研究人員也發現，在蚊子體內有一種相關的基因通過演化，替代了缺失的基因的工作。盡管有實驗室研究表明，相似的基因可以被改造成所需替代的基因，但這項研究首次發現，兩個基因在演化中分道揚鑣很長時間後，其中一個仍然能夠通過自然演化，替代另一個基因行使關鍵功能。
這項工作說明，在使用模式生物對不同生物物種得出遺傳學結論時需要非常謹慎。它也為專門研究蚊子防治策略給出了一種潛在途徑。這項研究發表在Communications Biology期刊上。
“每一種節肢動物的身體都會發生分節。你可能會認為它們都是以相同的方式發育。但我們發現事實並不是如此。”這項研究的第一作者，UMD昆蟲係博士後助理Alys Jarvela說，“在生物學中，我們通過研究某一種模式生物（model organism），並假設它的生理過程本質上和其他有機體相同，使用的基因也一樣，獲得了許多信息。這種方法仍然十分有效。但是，我們知道也存在一種可能，就是自然環境中基因的互相取代。”
Jarvela偶然發現蚊子身上缺失的基因。她起初研究蟋蟀，並嚐試將蟋蟀的基因序列與其它昆蟲的基因序列進行比較，來交叉檢查她的基因樣本。她對paired基因尤為感興趣，它是為數不多的幾種引導昆蟲等節肢生物重複身體某個部分的基因之一。實驗室研究表明，當果蠅的paired基因被敲除或者沉默，果蠅的體節就都無法發育，進而無法存活。
“我隻是想嚐試找到蚊子的paired基因作為參考點，但是我找不到它。” Jarvela說。
圖片來源：Pixabay
當她在所有公開的蚊子基因組數據庫中尋找paired基因時，她發現所有的蚊類都沒有這種基因。“一旦接受了paired基因缺失的事實，我們都覺得這是個讓人難以置信的謎團，隨即調整了研究方向，以滿足我們的好奇心。”Jarvela說。
Jarvela的團隊查找了與蚊子關係密切的蠅類的基因組，發現蠅類都含有paired 基因。這表明paired基因的缺失是近期發生的演化，而且隻有蚊子發生了這種演化。研究人員很清楚，蚊子體內一定存在與其它昆蟲的paired基因具有相同功能的基因。
他們在 1996 年的果蠅實驗中發現了與這個基因可能有關的線索。在那項研究中，科學家們將paired基因消除，並替換成一種名為gooseberry的基因，這種基因通常在發育後期發揮獨特的作用。這是個精心設計的實驗，它表明當gooseberry基因在發育期間某個恰當時間表達時，即使果蠅沒有paired基因，也能發育出正常的、交錯排列的節，並且存活了下來。
為了弄清楚gooseberry基因是否已經自然演化成蚊子paired基因的替代品，Jarvela和她的團隊利用 CRISPR技術敲除了斯氏按蚊（Anopheles stephensi）的gooseberry基因。突變的蚊子胚胎看起來就像在實驗室被消除了paired基因的果蠅胚胎。
“這項研究表明，即使不同的物種具有某個相同的特性或特征，它們的遺傳機製也可能是不同的。” UMD昆蟲係主任、也是這項研究的第二作者 Leslie Pick教授說，“在這篇論文報告的案例中，即使一個至關重要的基因丟失了，也依舊會產生分節。我們下一步計劃尋找昆蟲基因調控網絡（gene regulatory networks）變異的其它例子，並嚐試確定自然界中基因重組的方式。”
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Jarvela同樣對研究蚊子缺失了paired基因還會對發育有什麽其它影響感興趣。因為除了調控體節這一對存活至關重要的功能，paired基因還會影響雄性果蠅的生育能力。
“這意味著可能有不同的基因調節蚊子的雄性繁殖能力，而且這很可能是蚊子獨有的特性。有機會為控製蚊子的同時不傷害蝴蝶和蜜蜂等其它昆蟲，提供一種有效的方法。”Jarvela說。
翻譯：胡琦琳
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引進來源：馬裏蘭大學
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