“超級害蟲” 煙粉虱。｜Wiki

　　作者｜湯波 分子生物學(xué)博士

　　編輯｜陳天真

　　在自然界，植物需要對抗的不是僵尸，而是各種有害昆蟲。昆蟲想吃植物，但植物不想被昆蟲吃掉，于是漫長的生命演化過程中，植物和昆蟲積極進行著軍備競賽，發(fā)展各種防御和進攻策略，有時甚至不惜成為基因竊賊。

　　比如，數(shù)千萬年前，當(dāng)“超級害蟲” 煙粉虱落在植物葉片上吮吸甜美汁液時，可能意外地“竊取”了植物的一種強大基因，從而讓自己獲得了抵御植物毒素的武器，從此肆無忌憚地危害人間……

　　基因的奇幻漂流

　　說起基因遺傳，我們熟悉的是，它攜帶著生命體的種種特征，從上一代垂直傳遞到下一代。

　　然而如果將漫長的生命演化歷史看過一條河流，基因其實并不是簡單地順流而下，而是會時不時縱橫交錯，打破親緣關(guān)系的界限，經(jīng)歷一場奇幻漂流，從病毒進入細菌，在各種細菌之間流竄，從病毒、細菌轉(zhuǎn)移到更復(fù)雜的生命體...... 這個過程被稱為水平基因轉(zhuǎn)移。

　　基因通常是從上一代垂直傳遞到下一代，但也可以跨越不同生物個體，發(fā)生水平轉(zhuǎn)移。｜維基百科

　　對于細菌這樣的原核生物而言，其DNA沒有包裹在細胞核中，而是游離在細胞內(nèi)，水平基因轉(zhuǎn)移簡直是家常便飯，大約80%的基因都曾頻繁轉(zhuǎn)移。

　　它們可以直接吸收另一種細菌的基因，可以通過病毒導(dǎo)入外源基因，還可以彼此結(jié)合交換基因。一般來說，除了一些對細菌生存至關(guān)重要的基因（比如負責(zé)基因表達、轉(zhuǎn)錄和翻譯的基因）不容易發(fā)生轉(zhuǎn)移外，其他功能性基因很容易開啟一趟漂流之旅。

　　對于包括動物、植物、真菌在內(nèi)的真核生物而言，DNA被禁錮在細胞核內(nèi)，基因水平轉(zhuǎn)移沒那么常見，但也并非新鮮事。基因仍然會不時從病毒、細菌或真菌“漂流”到動植物基因組中賴著不走。

　　比如科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種叫做蛭形輪蟲的微小無脊椎動物，竟然含有大約10%的“外源”基因，它們大多來自細菌和真菌。豌豆蚜蟲曾經(jīng)從真菌中獲得一種基因，使其原本綠色的外表變成了紅色，以躲避天敵。小麥的近緣植物長穗偃麥草則因為獲得了一個真菌基因，對赤霉病具有更強抗性。

　　與之相比，基因在真核生物之間的轉(zhuǎn)移則相對罕見。不過最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，進化歷程至少相隔10億年的植物和昆蟲之間，竟然曾克服重重障礙，進行了一場基因?qū)用娴慕侵稹?/p>

　　基因會從病毒、細菌、真菌轉(zhuǎn)移到動植物的基因組中。｜Cell

　　植物和昆蟲的基因大戰(zhàn)

　　植物和昆蟲之間的之間的戰(zhàn)爭是一場斗智斗勇的軍備競賽。很多植物為了防御昆蟲進攻，會分泌防御毒素，讓昆蟲得不到好果子吃，甚至命喪黃泉。酚糖苷正是這樣一種“毒藥”。

　　不過冤家路窄，面對“超級害蟲” 煙粉虱，這種毒藥卻全無用武之地。全世界的煙粉虱大概有30多種，它們會刺吸植物汁液，同時分泌黏糊糊的蜜露，滋生霉菌，更能傳播300余種病毒，危害600多種植物，每年在全球造成數(shù)十億美元的經(jīng)濟損失，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織認定為世界第二大害蟲。

　　小小的煙粉虱為何如此強悍？中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所的科學(xué)家經(jīng)過20年的研究后發(fā)現(xiàn)，這是因為煙粉虱能分泌一種酶來化解植物中酚糖苷的毒性。一旦對植物進行基因改造，抑制這種酶的合成，煙粉虱在咀嚼植物葉片大快朵頤之后，基本就會全軍覆沒。

　　更有意思的是，煙粉虱的武器很可能恰恰來自植物自身。俗話說，傷敵一千，自損八百，“毒藥”不僅對外敵有害，對植物本身也不利，所以植物首先創(chuàng)造出“解藥”為自己化解毒性。后來煙粉虱或許是在進食過程中，意外地 “偷”來了植物基因，結(jié)果靠著“以子之矛，攻子之盾”的策略，輕松瓦解了植物的防御體系，從此煙粉虱的子子孫孫都可以舒舒服服當(dāng)“吃貨”。

　　這項成果于3月25日發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《細胞》上，第一次確切表明了植物向昆蟲的水平基因轉(zhuǎn)移，同時也啟發(fā)我們，或許可以通過特定方式改造植物基因，趕走煙粉虱，且不傷害授粉的有益昆蟲。

　　“超級害蟲”煙粉虱很可能是 “偷”來植物基因為己所用。｜Getty

　　每個生命都是眾多基因的匯流

　　其實，不止細菌、真菌，也不止植物、昆蟲，包括我們?nèi)祟愖约涸趦?nèi)的每種生命，在進化過程中都可能接納來自其它物種的基因，也能將自身的基因傳遞給其他物種。從這個意義上說，每一個生命都是眾多基因的匯流。

　　而且時至今日，生命的基因河流仍然充滿著流動性。劍橋大學(xué)的一項研究發(fā)現(xiàn)，線蟲體內(nèi)有超過300個基因來源于水平轉(zhuǎn)移，果蠅有60個以上，就連靈長類動物也有200個以上這樣的基因。這種水平基因轉(zhuǎn)移不僅發(fā)生在物種進化早期，線蟲和果蠅現(xiàn)在仍然非常樂意接受外來基因，相對而言，靈長類動物則安分得多，很少接受外來基因“定居”。

　　每一個生命都是眾多基因的匯流，人體內(nèi)也有來自其他生物的基因。｜Science

　　不過，這并不意味著人類的基因河流是靜止的。自人類基因組計劃實施以來，科學(xué)家在人類基因組中發(fā)現(xiàn)了大量遠古逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因片段，最高可占到人類基因組的8%。很可能是遠古病毒感染了人類祖先，將基因片段留存了下來，經(jīng)過數(shù)千萬年的積累，逐漸成為靈長類動物及人類基因組的重要組成部分。

　　今天，人類和病毒、細菌之間的基因交流仍在持續(xù)進行，這個過程充滿兇險，卻也可能讓我們獲得生存和進化的優(yōu)勢，推動生命不斷演化。

　　參考資料

　　[1]J. Xia et al. Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins. Cell. Published online March 25, 2021. doi: 10.1016/j.cell.2021.02.014.

　　[2]W.J. Lapadula, M.L. Mascotti and M.J. Ayub. Whitefly genomes contain ribotoxin coding genes acquired from plants. Scientific Reports. Vol. 10, September 23, 2020. doi: 10.1038/s41598-020-72267-1.

　　[3]https://www.nature.com/articles/d41586-021-00782-w

　　[4]https://www.sciencenews.org/article/whitefly-plant-gene-transfer-pest-biology-chemical-toxin