“超級害蟲” 煙粉虱。｜Wiki

　　作者｜湯波 分子生物學博士

　　編輯｜陳天真

　　在自然界，植物需要對抗的不是僵屍，而是各種有害昆蟲。昆蟲想吃植物，但植物不想被昆蟲吃掉，於(yu) 是漫長的生命演化過程中，植物和昆蟲積極進行著軍(jun) 備競賽，發展各種防禦和進攻策略，有時甚至不惜成為(wei) 基因竊賊。

　　比如，數千萬(wan) 年前，當“超級害蟲” 煙粉虱落在植物葉片上吮吸甜美汁液時，可能意外地“竊取”了植物的一種強大基因，從(cong) 而讓自己獲得了抵禦植物毒素的武器，從(cong) 此肆無忌憚地危害人間……

　　基因的奇幻漂流

　　說起基因遺傳(chuan) ，我們(men) 熟悉的是，它攜帶著生命體(ti) 的種種特征，從(cong) 上一代垂直傳(chuan) 遞到下一代。

　　然而如果將漫長的生命演化曆史看過一條河流，基因其實並不是簡單地順流而下，而是會(hui) 時不時縱橫交錯，打破親(qin) 緣關(guan) 係的界限，經曆一場奇幻漂流，從(cong) 病毒進入細菌，在各種細菌之間流竄，從(cong) 病毒、細菌轉移到更複雜的生命體(ti) ...... 這個(ge) 過程被稱為(wei) 水平基因轉移。

　　基因通常是從(cong) 上一代垂直傳(chuan) 遞到下一代，但也可以跨越不同生物個(ge) 體(ti) ，發生水平轉移。｜維基百科

　　對於(yu) 細菌這樣的原核生物而言，其DNA沒有包裹在細胞核中，而是遊離在細胞內(nei) ，水平基因轉移簡直是家常便飯，大約80%的基因都曾頻繁轉移。

　　它們(men) 可以直接吸收另一種細菌的基因，可以通過病毒導入外源基因，還可以彼此結合交換基因。一般來說，除了一些對細菌生存至關(guan) 重要的基因（比如負責基因表達、轉錄和翻譯的基因）不容易發生轉移外，其他功能性基因很容易開啟一趟漂流之旅。

　　對於(yu) 包括動物、植物、真菌在內(nei) 的真核生物而言，DNA被禁錮在細胞核內(nei) ，基因水平轉移沒那麽(me) 常見，但也並非新鮮事。基因仍然會(hui) 不時從(cong) 病毒、細菌或真菌“漂流”到動植物基因組中賴著不走。

　　比如科學家發現，一種叫做蛭形輪蟲的微小無脊椎動物，竟然含有大約10%的“外源”基因，它們(men) 大多來自細菌和真菌。豌豆蚜蟲曾經從(cong) 真菌中獲得一種基因，使其原本綠色的外表變成了紅色，以躲避天敵。小麥的近緣植物長穗偃麥草則因為(wei) 獲得了一個(ge) 真菌基因，對赤黴病具有更強抗性。

　　與(yu) 之相比，基因在真核生物之間的轉移則相對罕見。不過最近，科學家發現，進化曆程至少相隔10億(yi) 年的植物和昆蟲之間，竟然曾克服重重障礙，進行了一場基因層麵的角逐。

　　基因會(hui) 從(cong) 病毒、細菌、真菌轉移到動植物的基因組中。｜Cell

　　植物和昆蟲的基因大戰

　　植物和昆蟲之間的之間的戰爭(zheng) 是一場鬥智鬥勇的軍(jun) 備競賽。很多植物為(wei) 了防禦昆蟲進攻，會(hui) 分泌防禦毒素，讓昆蟲得不到好果子吃，甚至命喪(sang) 黃泉。酚糖苷正是這樣一種“毒藥”。

　　不過冤家路窄，麵對“超級害蟲” 煙粉虱，這種毒藥卻全無用武之地。全世界的煙粉虱大概有30多種，它們(men) 會(hui) 刺吸植物汁液，同時分泌黏糊糊的蜜露，滋生黴菌，更能傳(chuan) 播300餘(yu) 種病毒，危害600多種植物，每年在全球造成數十億(yi) 美元的經濟損失，被聯合國糧農(nong) 組織認定為(wei) 世界第二大害蟲。

　　小小的煙粉虱為(wei) 何如此強悍？中國農(nong) 業(ye) 科學院蔬菜花卉研究所的科學家經過20年的研究後發現，這是因為(wei) 煙粉虱能分泌一種酶來化解植物中酚糖苷的毒性。一旦對植物進行基因改造，抑製這種酶的合成，煙粉虱在咀嚼植物葉片大快朵頤之後，基本就會(hui) 全軍(jun) 覆沒。

　　更有意思的是，煙粉虱的武器很可能恰恰來自植物自身。俗話說，傷(shang) 敵一千，自損八百，“毒藥”不僅(jin) 對外敵有害，對植物本身也不利，所以植物首先創造出“解藥”為(wei) 自己化解毒性。後來煙粉虱或許是在進食過程中，意外地 “偷”來了植物基因，結果靠著“以子之矛，攻子之盾”的策略，輕鬆瓦解了植物的防禦體(ti) 係，從(cong) 此煙粉虱的子子孫孫都可以舒舒服服當“吃貨”。

　　這項成果於(yu) 3月25日發表在國際著名學術期刊《細胞》上，第一次確切表明了植物向昆蟲的水平基因轉移，同時也啟發我們(men) ，或許可以通過特定方式改造植物基因，趕走煙粉虱，且不傷(shang) 害授粉的有益昆蟲。

　　“超級害蟲”煙粉虱很可能是 “偷”來植物基因為(wei) 己所用。｜Getty

　　每個(ge) 生命都是眾(zhong) 多基因的匯流

　　其實，不止細菌、真菌，也不止植物、昆蟲，包括我們(men) 人類自己在內(nei) 的每種生命，在進化過程中都可能接納來自其它物種的基因，也能將自身的基因傳(chuan) 遞給其他物種。從(cong) 這個(ge) 意義(yi) 上說，每一個(ge) 生命都是眾(zhong) 多基因的匯流。

　　而且時至今日，生命的基因河流仍然充滿著流動性。劍橋大學的一項研究發現，線蟲體(ti) 內(nei) 有超過300個(ge) 基因來源於(yu) 水平轉移，果蠅有60個(ge) 以上，就連靈長類動物也有200個(ge) 以上這樣的基因。這種水平基因轉移不僅(jin) 發生在物種進化早期，線蟲和果蠅現在仍然非常樂(le) 意接受外來基因，相對而言，靈長類動物則安分得多，很少接受外來基因“定居”。

　　每一個(ge) 生命都是眾(zhong) 多基因的匯流，人體(ti) 內(nei) 也有來自其他生物的基因。｜Science

　　不過，這並不意味著人類的基因河流是靜止的。自人類基因組計劃實施以來，科學家在人類基因組中發現了大量遠古逆轉錄病毒的基因片段，最高可占到人類基因組的8%。很可能是遠古病毒感染了人類祖先，將基因片段留存了下來，經過數千萬(wan) 年的積累，逐漸成為(wei) 靈長類動物及人類基因組的重要組成部分。

　　今天，人類和病毒、細菌之間的基因交流仍在持續進行，這個(ge) 過程充滿凶險，卻也可能讓我們(men) 獲得生存和進化的優(you) 勢，推動生命不斷演化。

　　參考資料

　　[1]J. Xia et al. Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins. Cell. Published online March 25, 2021. doi: 10.1016/j.cell.2021.02.014.

　　[2]W.J. Lapadula, M.L. Mascotti and M.J. Ayub. Whitefly genomes contain ribotoxin coding genes acquired from plants. Scientific Reports. Vol. 10, September 23, 2020. doi: 10.1038/s41598-020-72267-1.

　　[3]https://www.nature.com/articles/d41586-021-00782-w

　　[4]https://www.sciencenews.org/article/whitefly-plant-gene-transfer-pest-biology-chemical-toxin

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