太神奇了！植物到動物的功能基因轉(zhuǎn)移首獲證實

被聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)認(rèn)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(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，首次研究證實植物和動物之間存在功能性基因水平轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。國際頂級科學(xué)期刊《細(xì)胞》25日在線發(fā)表了由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊歷經(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)隊首席、中國農(nóng)科院蔬菜花卉所所長張友軍研究員表示，精妙在于，動物和動物之間、植物和植物之間存在一些為人所知或不為人知的互動關(guān)系，而現(xiàn)在知道，這樣神奇的互動關(guān)系在動物和植物之間同樣存在。

從2001年起，張友軍就對煙粉虱產(chǎn)生興趣，關(guān)注重點為，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)，同時又是病毒的超級載體(已報道它能夠傳播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)測定等方法為研究突破帶來可能。

初次轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2013年7月，張友軍團(tuán)隊在對煙粉虱作基因組測序時發(fā)現(xiàn)其體內(nèi)的植物源基因。“剛發(fā)現(xiàn)時我們也很吃驚。”論文共同第一作者、中國農(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，證實了它是一種來源于植物的名為PMaT的基因。

張友軍解釋，在植物和昆蟲的共進(jìn)化過程中，植物能夠產(chǎn)生有毒的次級代謝產(chǎn)物(比如最常見的酚糖)來防御昆蟲侵害;但是酚糖在充當(dāng)植物“鎧甲”的同時，其過量表達(dá)又對植物本身生長發(fā)育不利，于是植物就利用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(zhuǎn)移事件發(fā)生在距今3500萬年—8600萬年間)，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。

該論文將是我國農(nóng)業(yè)害蟲研究領(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)，對該論文作出了積極評價。(記者瞿劍)

關(guān)鍵詞： 植物 動物 功能基因轉(zhuǎn)移