寄生植物的进击:窃取宿主基因为一己之用

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一般我们对于遗传的认识,都是亲代与子代间 DNA 的垂直转移,其实,科学家透过许多案例观察,已经证明有一种无性的基因移转,或被称之为基因的水平移转(horizontal gene transfer, HGT )现象,存在于寄生植物与宿主植物之间,透过与宿主植物间的基因整合,寄生植物能因此适应害虫并与宿主发展出更亲密的依存关系,从而存活下来。这个机制证明了寄生植物有从宿主身上窃取基因为己用的能力。

2012 年一群印尼、新加坡及美国的科学家就已经发现,一种生存在印尼婆罗洲丛林中世界最大的寄生植物 ─肯氏大王花(Rafflesia Cantleyi),会从它的寄主,葡萄科(Vitaceae)崖爬藤属的 Tetrastigma rafflesiae 身上窃取对自己有利的基因。研究人员转录了大王花的 49 段基因,他们发现其中有 2% 的转录物应当是属于其寄主植物的基因产物,而其中四分之三的转录物甚至已取代大王花原有的基因转录物。

Triphysaria versicolor,来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Triphysaria_versicolor

Triphysaria versicolor,来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Triphysaria_versicolor

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2016 年 9 月在 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)期刊上发表的论文聚焦于研究 Triphysaria versicolor、Striga hermonthica 和 Phelipanche aegyptiaca 这三种寄生植物的基因转录,并发现属于宿主的基因序列都已完整转移到这些寄生植物体内。其实在细胞之间的水平移转相当常见,通常越是复杂的生命体越依赖有性的繁殖传递基因,然而在寄生植物身上却更为常见这种水平移转,寄生植物不只从宿主身上吸取水、糖、矿物质营养素,连完整的基因 DNA 还有 RNA 也能一同“吸取”过来,并迅速在转移后于寄生植物身上发挥作用,且能演变为对抗宿主反制的武器。

这些研究发现对于了解寄生植物如何运作,以及研发抗寄生植物的农作物策略很有帮助。因为世界各地的农作物都因为寄生植物的攻击而蒙受巨大损害,让各国农业承受经济损失,如何让寄生植物无法透过基因水平移转演化产生躲避宿主攻击的防御机制,是未来科学研究的预期目标。

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参考文献:
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/10/161024170709.htm http://www.pnas.org/content/early/2016/10/21/1608765113.abstract http://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/1471-2164-13-227

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