看昆虫如何将植物基因为己所用

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  本报北京3月16日电（记者杨舒）人们通常认为，动植物的基因由母代向子代“垂直”遗传。然而，科学家发现，在自然界，一些昆虫能以病毒或其他微生物为媒介，获取植物的基因为己所用，并一代代将其在基因组内保留下去，这一现象叫水平基因转移。中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员张友军团队进一步在国际上首次证实，同一种植物基因进入不同的近缘昆虫体内，会发生相应的功能“个性化”改造。该发现为生物界近缘物种的演化机制提供了全新视角，也为开发高效安全绿色的害虫防控新策略奠定了基础。相关论文近日发表于《先进科学》。

  类甜蛋白基因本是一些植物体内对抗植物病原真菌的重要“武器”，研究团队通过基因技术，在两种亲缘关系相近的全球性害虫——温室白粉虱和烟粉虱的基因组内发现其踪迹。这个来自植物的基因与昆虫自身基因毫无亲缘关系，正是水平基因转移的结果。进一步研究发现，在温室白粉虱体内，类甜蛋白基因保留并优化了其“老本行”功能——抗病原真菌。当昆虫病原真菌侵袭温室白粉虱时，该植物基因编码的蛋白能有效抑制真菌合成细胞壁，保护温室白粉虱。

  在烟粉虱体内，类甜蛋白基因的功能则被颠覆性改造。该植物基因负责为烟粉虱编码存在于唾液腺的新型效应蛋白——当烟粉虱刺吸取食植物汁液时，这种蛋白可以通过唾液进入植物体内，精准抑制植物的茉莉酸信号通路。茉莉酸是植物抵抗虫害的核心“警报系统”，在该植物基因的帮助下，烟粉虱可顺利瓦解植物的抗虫防线。

  为何同一基因在两种近缘害虫中演化出不同功能？研究团队介绍，从进化角度推测，温室白粉虱主要分布于温带地区，高湿度环境使其更易遭遇真菌感染，因此，强化抗真菌能力对它更为重要；而烟粉虱作为入侵物种，需快速适应不同的植物，进化出能抑制植物茉莉酸通路的功能，可帮助其突破植物防御，实现全球扩张。这种差异反映了害虫对环境压力的“解题策略”。

  传统观点认为，物种进化依赖随机突变与自然选择的漫长积累。本次研究发现表明，基因的水平转移可能在短时间内为物种提供新的适应能力，加速了物种分化的进程。中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员郭兆将认为，这也颠覆了人们对植食性昆虫的认知——“过去认为，害虫只是被动适应植物防御，实际上在自然界的进化中，它们能主动‘劫持’宿主基因，并改造成为自己的‘武器’。”

  这一发现也启发出新的害虫防控思路，即利用RNA干扰技术创制绿色环保的生物制剂，让类甜蛋白基因在昆虫体内的表达“沉默化”，从而有效削弱害虫对环境的适应能力。