自然科普:植物到動物的功能基因轉移首獲證實
來源:科技日報
作者:瞿劍
發布時間:2021-05-06
瀏覽次數:1066

  被聯合國糧農(nong) 組織(FAO)認定的迄今唯一“超級害蟲”煙粉虱,具有一種類似“以子之矛、攻子之盾”的本領:其從(cong) 寄生植物那裏獲得了防禦性基因。這是現代生物學誕生100多年來,首次研究證實植物和動物之間存在功能性基因水平轉移現象。國際頂級科學期刊《細胞》25日在線發表了由中國農(nong) 業(ye) 科學院蔬菜花卉研究所張友軍(jun) 團隊曆經20年追蹤研究所得的這一驚人發現。

  “大自然真是太精妙、神奇了”。團隊首席、中國農(nong) 科院蔬菜花卉所所長張友軍(jun) 研究員表示,精妙在於(yu) ,動物和動物之間、植物和植物之間存在一些為(wei) 人所知或不為(wei) 人知的互動關(guan) 係,而現在知道,這樣神奇的互動關(guan) 係在動物和植物之間同樣存在。

  從(cong) 2001年起,張友軍(jun) 就對煙粉虱產(chan) 生興(xing) 趣,關(guan) 注重點為(wei) ,它為(wei) 何具有如此異乎尋常的“極度多食性”(已知其食物“菜單”包括600種以上植物),同時又是病毒的超級載體(ti) (已報道它能夠傳(chuan) 播300餘(yu) 種病毒)?而這正是它極易暴發成災的主因。現代生物信息學和分子生物學以及生物化學、轉基因、生物學測定等方法為(wei) 研究突破帶來可能。

  初次轉機出現在2013年7月,張友軍(jun) 團隊在對煙粉虱作基因組測序時發現其體(ti) 內(nei) 的植物源基因。“剛發現時我們(men) 也很吃驚。”論文共同第一作者、中國農(nong) 科院蔬菜花卉所已出站博士後楊澤眾(zhong) 表示。此後,團隊運用同源基因進化分析和異源蛋白表達技術等手段,證實了它是一種來源於(yu) 植物的名為(wei) PMaT的基因。

  張友軍(jun) 解釋,在植物和昆蟲的共進化過程中,植物能夠產(chan) 生有毒的次級代謝產(chan) 物(比如最常見的酚糖)來防禦昆蟲侵害;但是酚糖在充當植物“鎧甲”的同時,其過量表達又對植物本身生長發育不利,於(yu) 是植物就利用PMaT基因代謝酚糖來降毒。

  煙粉虱“盜用”了植物源PMaT解毒基因變成自己的BtPMaT1基因(這一基因水平轉移事件發生在距今3500萬(wan) 年—8600萬(wan) 年間),這些基因由原子構成的若幹組堿基表達,在被煙粉虱“偷盜”之後,其結構基本不變,功能大致相當。煙粉虱由此獲得了對大多數植物“免疫”的本領,這正是巧妙的“以子之矛、攻子之盾”的生物防禦策略。

  該論文將是我國農(nong) 業(ye) 害蟲研究領域首篇《細胞》論文,將以封麵文章於(yu) 4月1日正式出版。在評審階段,3位《細胞》專(zhuan) 業(ye) 審稿人幾乎是以一種“歡呼”的姿態,對該論文作出了積極評價(jia) 。

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