在3500万至8000万年前的某个时间点，一只粉虱落在一片叶子上并开始吸食其甜美的汁液。那顿决定性的大餐提供的不仅仅是糖。一项新研究表明，不知何故，这种植物的一个基因进入了粉虱的基因组，并可能帮助其祖先成为当今最臭名昭著的农业害虫之一。
该基因帮助植物中和并安全储存它们用来阻止食草动物的某些有毒分子。在粉虱(Bemisiatabaci)中，它允许昆虫以植物群为食，而不受植物界最好的化学武器之一的影响，研究人员3月25日在Cell上报告说。这种植物与昆虫的基因交换是有史以来第二次记录，也是昆虫有效征用其“猎物”的遗传工具箱以对付它们的最明显例子。
“十年或20年前，没有人认为这种基因转移是可能的，”德国耶拿马克斯普朗克化学生态学研究所的化学生态学家RoyKirsch说，他没有参与这项研究。“基因必须克服许多障碍才能从植物转移到昆虫，但这项研究清楚地表明它确实发生了，并且该基因为粉虱提供了好处。”
基因交换在细菌中很常见(SN:10/31/11)，并且偶尔会发生在肠道微生物和它们的动物宿主之间。这个过程被称为水平基因转移，它允许生物体绕过父母对后代遗传的单调乏味的性质，并立即获得由几代自然选择塑造的基因。但是从植物到昆虫的基因跳跃，谱系被至少十亿年的进化分开，以前只被记录过一次，也是在粉虱中。
粉虱是一种类似蚜虫的昆虫，以全球600多种不同的植物为食。有害害虫的广泛饮食部分源于它们逃避许多常见植物防御的能力(SN:4/4/19)。在寻找这种能力背后的基因时，中国的研究人员在三种密切相关的粉虱物种中偶然发现了一些奇怪的东西——一种叫做BtPMaT1的基因，已知它不存在于植物之外。
有两种情况可以解释这种模式。要么该基因出现在植物和昆虫的共同祖先中，随后在生命之树的所有中间分支上被扼杀，要么粉虱以某种方式从植物中获得了该基因。Kirsch说，由于植物和昆虫的亲缘关系如此遥远，后一种情况“更有可能发生”。这三种粉虱物种在大约3500万年前分裂，表明它们在此之前就获得了基因。但在8000万年前分化的近亲缺乏该基因，这表明转移发生在那个窗口内。
该基因允许植物通过中和毒素来储存一种叫做酚苷的常见防御性化学物质，直到食草动物开始咀嚼。“酚苷对昆虫的毒性很大，”该研究的共同作者、瑞士纳沙泰尔大学的化学生态学家和昆虫学家TedTurlings说。粉虱可能利用植物解毒基因来耐受植物毒素的可能性吸引了Turlings在中国的同事。
研究人员在实验室中将一些RNA插入番茄植株中。一旦被粉虱摄入，RNA就会被设计成禁用它们的BtPMaT1基因。然后，该团队放飞了粉虱。在以五种转基因植物为食一周后，大约2,500只粉虱几乎全部死亡，而以未改变植物为食的粉虱中只有约20%死亡。Turlings说，如此剧烈的影响表明该基因在帮助粉虱绕过植物防御方面发挥着重要作用。
植物BtPMaT1究竟是如何进入粉虱体内的仍然是个谜。病毒会意外地在宿主之间穿梭DNA片段，Turlings怀疑这很可能发生在这里。“这是一个极其罕见的事件，但当你谈论数十亿昆虫和植物在数百万年内相互作用时，它变得更有可能，”他说。水平基因转移可能是“害虫获得应对植物防御能力的重要机制”。
9月23日发表在《科学报告》(ScientificReports)上的第一个记录在案的植物与昆虫基因交换也发生在粉虱中，尽管该基因在该交换中的功能尚不清楚。不过，此类事件的两个已知例子都发生在同一种食草昆虫身上，这可能并非巧合。
“粉虱和它们的植物宿主的生活密切相关，”达特茅斯学院的进化微生物学家ShannonSoucy说，他没有参与这项研究。她说，持续的暴露使系统为此类事件做好准备，最终允许粉虱使用这种植物防御基因来对抗其制造者。
标签：
免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！