被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)認(rèn)定的迄今唯一“超級(jí)害蟲(chóng)”煙粉虱,具有一種類似“以子之矛、攻子之盾”的本領(lǐng):其從寄生植物那里獲得了防御性基因。這是現(xiàn)代生物學(xué)誕生100多年來(lái),首次研究證實(shí)植物和動(dòng)物之間存在功能性基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。國(guó)際頂級(jí)科學(xué)期刊《細(xì)胞》25日在線發(fā)表了由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)20年追蹤研究所得的這一驚人發(fā)現(xiàn)。
“大自然真是太精妙、神奇了”。團(tuán)隊(duì)首席、中國(guó)農(nóng)科院蔬菜花卉所所長(zhǎng)張友軍研究員表示,精妙在于,動(dòng)物和動(dòng)物之間、植物和植物之間存在一些為人所知或不為人知的互動(dòng)關(guān)系,而現(xiàn)在知道,這樣神奇的互動(dòng)關(guān)系在動(dòng)物和植物之間同樣存在。
從2001年起,張友軍就對(duì)煙粉虱產(chǎn)生興趣,關(guān)注重點(diǎn)為,它為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(shí)又是病毒的超級(jí)載體(已報(bào)道它能夠傳播300余種病毒)?而這正是它極易暴發(fā)成災(zāi)的主因?,F(xiàn)代生物信息學(xué)和分子生物學(xué)以及生物化學(xué)、轉(zhuǎn)基因、生物學(xué)測(cè)定等方法為研究突破帶來(lái)可能。
初次轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2013年7月,張友軍團(tuán)隊(duì)在對(duì)煙粉虱作基因組測(cè)序時(shí)發(fā)現(xiàn)其體內(nèi)的植物源基因。“剛發(fā)現(xiàn)時(shí)我們也很吃驚。”論文共同第一作者、中國(guó)農(nóng)科院蔬菜花卉所已出站博士后楊澤眾表示。此后,團(tuán)隊(duì)運(yùn)用同源基因進(jìn)化分析和異源蛋白表達(dá)技術(shù)等手段,證實(shí)了它是一種來(lái)源于植物的名為PMaT的基因。
張友軍解釋,在植物和昆蟲(chóng)的共進(jìn)化過(guò)程中,植物能夠產(chǎn)生有毒的次級(jí)代謝產(chǎn)物(比如最常見(jiàn)的酚糖)來(lái)防御昆蟲(chóng)侵害;但是酚糖在充當(dāng)植物“鎧甲”的同時(shí),其過(guò)量表達(dá)又對(duì)植物本身生長(zhǎng)發(fā)育不利,于是植物就利用PMaT基因代謝酚糖來(lái)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(zhuǎn)移事件發(fā)生在距今3500萬(wàn)年—8600萬(wàn)年間),這些基因由原子構(gòu)成的若干組堿基表達(dá),在被煙粉虱“偷盜”之后,其結(jié)構(gòu)基本不變,功能大致相當(dāng)。煙粉虱由此獲得了對(duì)大多數(shù)植物“免疫”的本領(lǐng),這正是巧妙的“以子之矛、攻子之盾”的生物防御策略。
該論文將是我國(guó)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)研究領(lǐng)域首篇《細(xì)胞》論文,將以封面文章于4月1日正式出版。在評(píng)審階段,3位《細(xì)胞》專業(yè)審稿人幾乎是以一種“歡呼”的姿態(tài),對(duì)該論文作出了積極評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞: 功能基因轉(zhuǎn)移 植物動(dòng)物
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