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1、小虫窃取植物基因，获得抗毒超能力 作者：* 来源：科学大众（中学）2021 年第 11 期 動物世界里的绝世神偷 当你赖以为生的食物有毒，怎么办？是选择放弃还是夺得解药？ 数千万年前，面对有毒植物，烟粉虱成功窃取了植物的解药配方。 自此，它们不惧植物 毒素，大吃四方，食谱扩展到全球 600 多种不同植物，成为植物最讨厌的昆虫之一。 近日，在细胞的封面文章中，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队揭示了烟粉 虱通过窃取本属于植物的解毒基因，获得对植物毒素的抗性，这是科学家首次发现动物通过基 因水平转移，窃取并使用植物的基因。 细胞对该研究进行报道 烟粉虱 植物、昆虫攻防战 故事还要追溯到 4 亿
2、年前，植物被食草昆虫啃食的那一刻。 为了防止被吃，植物想尽办法防御，进化出了坚硬的树皮和蜡质的角质层，以及或坚硬或 密集的刺。但如果食草昆虫突破了这些屏障，植物该怎么办呢。 对此，植物进化出次生代谢产物来进行生化防御，其中最丰富的一类就是酚昔，可以影响 食草昆虫的生长、发育和行为。但酚苷也会让植物自己中毒，好在植物自己配有解毒剂酚昔 丙二酰转移酶，这个酶可以将丙二酰基团连接到酚昔上，改变酚苷的结构，解除毒性。这样， 植物就可以把酚苷安全储存在自己身体里了。 这本是一个非常巧妙的方法，可百密一疏，最重要的解毒剂配方编码酚苷丙二酰转移酶 的基因 BtPMaT1，却被蚜虫的亲戚、体长不过 1 毫米的
3、烟粉虱偷走放进了自己的基因组中， 世代传承。 研究者发现，烟粉虱不仅偷走了植物的解毒剂配方，还熟练掌握了制作工艺并充分使用。 因此，当植物再次利用特定酚昔来对抗虫害时，烟粉虱就能用上植物的解药化解酚营，完全不 会受到任何影响。 如何确认基因是偷的 烟粉虱这种跨物种窃取基因的行为，在生物学上称为基因水平转移。 基因水平转移看似有悖父母遗传给后代的常理，却并不稀奇。在微生物界，窃取基因就是 常规操作，这也是为什么一旦一种细菌产生了抗药基因，很快就会传播到其他的细菌中。 而植物或动物偷到微生物基因的案例相对少一些，因为整个过程复杂很多，外部的基因要 进入细胞核，整合到基因组中，并产生相应的功能，还得
4、进入生殖细胞才能传承。 即便如此，也有不少成功者，比如咖啡果小 a，就偷到了细菌的 HhMAN1 基因，获得了 从难以消化的植物细胞壁提取更多营养的能力。植物与动物间的基因水平转移就更少了。甚至 直到这篇论文之前，人们从未观察过。 一方面，植物与动物间的基因传递更为复杂;另一方面，要证明基因水平转移也着实不 易，因为能够发生基因水平转移的物种，必然存在非常密切的关系，实验中要将两者的遗传物 质彻底区分非常困难。 对于烟粉虱来说，研究者必须提供两个证据：一是证明基因确实是从植物中来，另一点要 证明不是实验中植物寄主的污染。 在最新的研究中，研究人员观察了烟粉虱偷到的解毒剂配方BtPMaT1 的序列，发现 确实跟植物基因组中的原版配方非常接近，而在其他节肢动物基因组中却完全没有。进一步的 进化分析，也证明了这确实是来源于植物的配方。
