20年追蹤研究 植物到動物的功能基因轉移首獲證實

被聯合國糧農組織(FAO)認定的迄今唯一“超級害蟲”煙粉虱，具有一種類似“以子之矛、攻子之盾”的本領：其從寄生植物那里獲得了防御性基因。這是現代生物學誕生100多年來，首次研究證實植物和動物之間存在功能性基因水平轉移現象。國際頂級科學期刊《細胞》25日在線發表了由中國農業科學院蔬菜花卉研究所張友軍團隊歷經20年追蹤研究所得的這一驚人發現。

“大自然真是太精妙、神奇了。”團隊首席、中國農科院蔬菜花卉所所長張友軍研究員表示，精妙在于，動物和動物之間、植物和植物之間存在一些為人所知或不為人知的互動關系，而現在知道，這樣神奇的互動關系在動物和植物之間同樣存在。

從2001年起，張友軍就對煙粉虱產生興趣，關注重點為，它為何具有如此異乎尋常的“極度多食性”(已知其食物“菜單”包括600種以上植物)，同時又是病毒的超級載體(已報道它能夠傳播300余種病毒)?而這正是它極易暴發成災的主因。現代生物信息學和分子生物學以及生物化學、轉基因、生物學測定等方法為研究突破帶來可能。

初次轉機出現在2013年7月，張友軍團隊在對煙粉虱作基因組測序時發現其體內的植物源基因。“剛發現時我們也很吃驚。”論文共同第一作者、中國農科院蔬菜花卉所已出站博士后楊澤眾表示。此后，團隊運用同源基因進化分析和異源蛋白表達技術等手段，證實了它是一種來源于植物的名為PMaT的基因。

張友軍解釋，在植物和昆蟲的共進化過程中，植物能夠產生有毒的次級代謝產物(比如最常見的酚糖)來防御昆蟲侵害;但是酚糖在充當植物“鎧甲”的同時，其過量表達又對植物本身生長發育不利，于是植物就利用PMaT基因代謝酚糖來降毒。

煙粉虱“盜用”了植物源PMaT解毒基因變成自己的BtPMaT1基因(這一基因水平轉移事件發生在距今3500萬年—8600萬年間)，這些基因由原子構成的若干組堿基表達，在被煙粉虱“偷盜”之后，其結構基本不變，功能大致相當。煙粉虱由此獲得了對大多數植物“免疫”的本領，這正是巧妙的“以子之矛、攻子之盾”的生物防御策略。

該論文將是我國農業害蟲研究領域首篇《細胞》論文，將以封面文章于4月1日正式出版。在評審階段，3位《細胞》專業審稿人幾乎是以一種“歡呼”的姿態，對該論文作出了積極評價。(瞿劍)