来源:原理

  在8000万到3500万年前之间的某个时刻,一只粉虱Bemisia tabaci落在了一片树叶上,准备吮吸树叶里的甜美汁液好好享用一番。而这场饱餐却改变了其命运,它获得的不仅是养分,还有一种能让它变得更加强大的基因。

  粉虱是最具破坏性的昆虫之一,它们与蚜虫有着较近的亲缘关系,能以600多种不同的植物为食。在它们吸取植物中的含糖汁液的同时,会释放出一种能让霉菌滋生的被称为蜜露的粘性物质,给世界各地的农业都造成了严重破坏。不仅如此,粉虱还是100多种致病性病毒的载体。

  一项于近期发表在《细胞》杂志的研究表明,粉虱之所以能成为害虫界的“翘楚”部分原因在于在数千万年前,它们植物宿主身上窃取了一种基因,这种基因以某种未知的方式进入了粉虱的基因组中,使它们能够中和植物所产生的用于抵御昆虫的毒素

  基因交换在微生物中很常见,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,有时还会利用它们新获得的基因来发展防御或进攻的策略,这种过程被称为水平基因转移。但是,植物和昆虫之间的基因交换却非常罕见。从谱系上看,植物和昆虫至少相隔了10亿年左右的进化历程,因此一个基因要从植物转移到昆虫身上,所要克服的障碍是极其巨大的。

  然而,事实表明这种情况是可能的,并且已经发生了。新研究所报道的是有记录以来的第二次植物与昆虫间的基因交换,在此之前,一篇于2020年9月刊登在《科学报告》的研究就介绍了同样在粉虱体内发现的来自植物的基因。现在,新研究确切地表明了这种基因转移,并且确定了这种转移为粉虱带来的益处

  在新研究中,中国农业科学院的研究人员偶然在三种亲缘关系密切的粉虱身上发现了一种被称为BtPMaT1的基因。在此之前,科学家并不知道这种基因能存在于植物之外。

  有两种情况可以解释这种现象。这种基因要么源自于植物和昆虫的共同祖先,然后在生命之树的所有的中间分支上全数消失;要么是粉虱以某种方式从植物中获得了这种基因。由于植物和昆虫之间的亲缘关系实在是太过于遥远,因此后一种情况显然可能性更大。

  研究人员发现,这三种粉虱物种是在3500万年前开始分离的,这表明它们在3500万年之前就有了这种基因。但是,在8000万年前与之分道扬镳的其他近亲却缺乏这种基因,这表明从植物到昆虫身上的这种基因转移所发生的时间不早于8000万年前

  进一步的研究表明,这种基因可以将一种化学基团转移到一些被称为酚甙的防御性化合物上。酚甙是一种对昆虫有着很大毒性的物质,包括番茄在内的许多植物都能产生这种化合物。也许正是由于BtPMaT1基因的存在,粉虱拥有了解毒功能,使酚甙变得对其无害。

  这种可能性让研究人员十分兴奋。为了验证这一假设,他们在实验室中向番茄植株中插入了一种能够关闭粉虱的基因表达的RNA。一旦被粉虱摄入了这种番茄,那么它们体内的BtPMaT1基因就会失效。实验结果表明,在对这些粉虱投喂了5种转基因番茄一周后,几乎所有的约2500只粉虱都死了;相比之下,被投喂的是非转基因植物的粉虱的死亡数量只有约20%。如此明显的差异意味着,BtPMaT1基因在帮助粉虱绕开植物防御方面起着重要作用

  BtPMaT1究竟是如何出现在粉虱身上的?对此科学家还尚无答案。病毒可以意外地从宿主体内获取DNA片段,这样的情况是否也可能出现在昆虫身上?这是一个极其罕见的事件,但鉴于庞大数量的昆虫和植物是在数千万年的时间内相互作用,因此这一切也是有可能发生的。研究人员认为,水平基因转移或许是这些害虫获得对付植物防御能力的重要机制。

  正如前文所提到的,发表于去年的《科学报告》杂志上的研究也是发生在粉虱身上,但科学家尚不清楚那种基因交换为昆虫所带来的功能究竟为何。科学家认为,两个例子都发生在同一种食草昆虫身上,这样的情况应该不是巧合。了解到这一点,或许未来科学家就能有针对性地发展出既能赶走粉虱,又不会伤害到其他授粉的有益昆虫的方法。

  #创作团队:

  文:糖兽


新闻来源:新浪