不是吸收養分就好,菟絲子還會盜取宿主基因來打造「更好的我」

作者 | 發布日期 2019 年 07 月 30 日 20:38 | 分類 環境科學 , 自然科學 , 農業科技 Telegram share ! follow us in feedly


聽過基因水平轉移(HGT)嗎?不同於遺傳給子代的垂直傳遞,水平轉移指的是生物體間用傳統生殖以外的方式傳遞遺傳物質,這種現象被認為是生物早期演化能更複雜的關鍵,過去多在細菌或微生物等較單純生物觀察到,但科學家最近發現,寄生植物平原菟絲子(Cuscuta campestris)也會從宿主體內盜取遺傳物質,來幫助自己更能吸收宿主的營養。

刊載於《Nature Plants》期刊的研究中,賓州大學和維吉尼亞理工研究人員發現,透過寄生行為,平原菟絲子會從宿主身上偷走包含 100 多種功能性基因等大量遺傳物質,除了用來偷取更多宿主的養分,甚至還會用來對抗宿主的防衛機制。

菟絲子這類寄生植物不能透過光合作用產生能量獨立生存,必須使用稱為「吸器」(haustoria)的結構,寄生後偷取宿主植物的水和養分以生存。由於可寄生許多不同物種,對農業及生態來說都有影響性存在。

研究人員發現,平原菟絲子吸收養分的過程中獲得宿主的遺傳物質,有時候甚至會將這些整合進自己的基因組。

用嚴格標準判斷被盜的遺傳物質是否有功能性後,團隊確認有 108 個透過水平轉移加入基因組的基因在平原菟絲子生存時扮演一定作用,除了幫助吸器結構、防禦反應和氨基酸代謝,其中一個被盜基因甚至會產生一小段 RNAs 送回宿主植物,當作沉默宿主防禦基因的武器。

研究作者、賓州大學生物學教授 Claude dePamphilis 指出,過去並不常看到植物這樣複雜的生物出現基因水平轉移的例子,即使有發現,轉移的遺傳物質也通常不會使用,相較之下,這次發現可說是完全不同。

「在這項研究,我們提出已知最戲劇性的例子:在複雜生物身上出現的功能性基因水平轉移。」

除了 108 個基因,團隊也確定平原菟絲子基因組有 42 區似乎是由基因水平轉移所產生,但之中並沒有任何功能性基因,dePamphilis 認為,由於大量遺傳物質透過基因水平轉移而來,寄生植物有可能無法選擇帶來的物質,而是依靠天擇來維持有用的基因,並過濾掉不太有用的部分,這也能說明研究團隊的另一項發現。

研究人員指出,平原菟絲子偷來的 108 種基因中,有 18 種出現在所有菟絲子屬植物,意味著這些基因最早可能是由菟絲子的共同祖先偷走,有助於寄生植物傳播才保留於現在所有後代物種體內,這也是首次發現基因水平轉移發生在寄生植物進化早期的證據。

研究人員目前正在研究遺傳物質在宿主與寄生植物間的轉移過程,他們希望了解這種轉移是否為「單行道」,宿主是否也能從寄生植物身上獲取遺傳物質。

「我們很想知道基因水平轉移究竟有多廣泛,我們只研究了菟絲子屬的一種,而菟絲子又只是 4,000 多種寄生植物之一,其他物種的功能性基因水平轉移情況是否有相同水準?非寄生植物、或其他複雜生物的可能性又如何?我們看到的可能只是冰山一角。」

(首圖來源:Flickr/Kuo-Chu Yueh  CC BY 2.0)