首次研究证实植物和动物之间存在功能性基因水平转移现象

来源：科技日报
2021-03-26 09:48:13

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被联合国粮农组织(FAO)认定的迄今唯一“超级害虫”烟粉虱，具有一种类似“以子之矛、攻子之盾”的本领：其从寄生植物那里获得了防御性基因。这是现代生物学诞生100多年来，首次研究证实植物和动物之间存在功能性基因水平转移现象。国际顶级科学期刊《细胞》25日在线发表了由中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队历经20年追踪研究所得的这一惊人发现。

“大自然真是太精妙、神奇了”。团队首席、中国农科院蔬菜花卉所所长张友军研究员表示，精妙在于，动物和动物之间、植物和植物之间存在一些为人所知或不为人知的互动关系，而现在知道，这样神奇的互动关系在动物和植物之间同样存在。

从2001年起，张友军就对烟粉虱产生兴趣，关注重点为，它为何具有如此异乎寻常的“极度多食性”(已知其食物“菜单”包括600种以上植物)，同时又是病毒的超级载体(已报道它能够传播300余种病毒)?而这正是它极易暴发成灾的主因。现代生物信息学和分子生物学以及生物化学、转基因、生物学测定等方法为研究突破带来可能。

初次转机出现在2013年7月，张友军团队在对烟粉虱作基因组测序时发现其体内的植物源基因。“刚发现时我们也很吃惊。”论文共同第一作者、中国农科院蔬菜花卉所已出站博士后杨泽众表示。此后，团队运用同源基因进化分析和异源蛋白表达技术等手段，证实了它是一种来源于植物的名为PMaT的基因。

张友军解释，在植物和昆虫的共进化过程中，植物能够产生有毒的次级代谢产物(比如最常见的酚糖)来防御昆虫侵害;但是酚糖在充当植物“铠甲”的同时，其过量表达又对植物本身生长发育不利，于是植物就利用PMaT基因代谢酚糖来降毒。

烟粉虱“盗用”了植物源PMaT解毒基因变成自己的BtPMaT1基因(这一基因水平转移事件发生在距今3500万年—8600万年间)，这些基因由原子构成的若干组碱基表达，在被烟粉虱“偷盗”之后，其结构基本不变，功能大致相当。烟粉虱由此获得了对大多数植物“免疫”的本领，这正是巧妙的“以子之矛、攻子之盾”的生物防御策略。

该论文将是我国农业害虫研究领域首篇《细胞》论文，将以封面文章于4月1日正式出版。在评审阶段，3位《细胞》专业审稿人几乎是以一种“欢呼”的姿态，对该论文作出了积极评价。

标签：基因转移

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