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一种名为粉虱的蚜虫类昆虫将植物的一部分DNA纳入了它们的基因组
时间:2021-03-26 16:40:58

数百万年前,一种名为粉虱的蚜虫类昆虫将植物的一部分DNA纳入了它们的基因组。一个中国研究团队今天(2021年3月25日)的《细胞》杂志上发表文章,揭示了粉虱利用这种偷来的基因来降解植物用来抵御昆虫的常见毒素,使粉虱能够安全地以植物为食。

"这似乎是有记录的第一个将功能基因从植物水平转移到昆虫中的例子,"共同作者Ted Turlings说,他是瑞士纳沙泰尔大学的化学生态学家和昆虫学家。"你无法在任何其他昆虫物种中找到这种基因,BtPMaT1,它可以中和植物产生的有毒化合物。"

科学家认为,植物可能在自己的细胞内使用BtPMaT1,以无害的形式储存其有毒化合物,这样植物就不会毒害自己。中国农业科学院蔬菜花卉研究所的Youjun Zhang领导的研究小组利用基因和系统发育分析相结合的方法,揭示了大约在3500万年前,白粉虫窃取了这种防御基因,赋予了昆虫为自己解毒这些化合物的能力。

"我们认为植物内部的一种病毒可能已经占据了这个BtPMaT1基因,在被粉虱摄取后,病毒就一定在昆虫内部做了一些事情,从而使这个基因整合到了粉虱的基因组中。"Turlings说。"当然,这是极不可能发生的事件,但如果你想想几百万年、几十亿个体昆虫、病毒和植物的时间跨度,偶尔也会发生这种情况,如果获得的基因对昆虫有好处,那么它将在进化上受到青睐,可能会将这一优势传播下去。"

白粉虫已经成为全球主要的农业害虫,能够攻击全球至少600种不同的植物。"我们一直在问自己的一个问题是,这些昆虫是如何获得这些令人难以置信的适应性来规避植物防御的,随着这一发现,我们至少揭示了一个原因,"Turlings说。

利用这些知识,Turlings的中国同事创造了一种策略来解除粉虱被盗的超级能力。他们开发了一种小型RNA分子,可以干扰粉虱的BtPMaT1基因,使粉虱对植物的有毒化合物易感。

"这个设计中最激动人心的一步是我们的同事对番茄植物进行基因操作,使其开始产生这种RNA分子,"Turlings说。"一旦粉虱以番茄为食,并摄取了植物产生的RNA,它们的BtPMaT1基因就会沉默,导致昆虫100%死亡,但这种基因操作对其他被测试的昆虫的生存没有影响。"

随着集中努力生产能够沉默白粉虱基因的转基因作物,这可以作为一种有针对性的病虫害控制策略,以对抗白粉虱种群造成的农业破坏。

"这种方法肯定还需要克服一些障碍,最主要的是对使用转基因植物的怀疑,"他说,"但在未来,我确实认为这是一种非常明确的控制白粉虱的方法,因为现在我们确切地知道背后的机制,我们有能力应对可能出现的白粉虱基因的变化。

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