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寄生植物的進擊:竊取宿主基因為一己之用

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一般我們對於遺傳的認識,都是親代與子代間 DNA 的垂直轉移,其實,科學家透過許多案例觀察,已經證明有一種無性的基因移轉,或被稱之為基因的水平移轉(horizontal gene transfer, HGT )現象,存在於寄生植物與宿主植物之間,透過與宿主植物間的基因整合,寄生植物能因此適應害蟲並與宿主發展出更親密的依存關係,從而存活下來。這個機制證明了寄生植物有從宿主身上竊取基因為己用的能力。

2012 年一群印尼、新加坡及美國的科學家就已經發現,一種生存在印尼婆羅洲叢林中世界最大的寄生植物 ─肯氏大王花(Rafflesia Cantleyi),會從它的寄主,葡萄科(Vitaceae)崖爬藤屬的 Tetrastigma rafflesiae 身上竊取對自己有利的基因。研究人員轉錄了大王花的 49 段基因,他們發現其中有 2% 的轉錄物應當是屬於其寄主植物的基因產物,而其中四分之三的轉錄物甚至已取代大王花原有的基因轉錄物。

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

Triphysaria versicolor,來源: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)期刊上發表的論文聚焦於研究 Triphysaria versicolor、Striga hermonthica 和 Phelipanche aegyptiaca 這三種寄生植物的基因轉錄,並發現屬於宿主的基因序列都已完整轉移到這些寄生植物體內。其實在細胞之間的水平移轉相當常見,通常越是複雜的生命體越依賴有性的繁殖傳遞基因,然而在寄生植物身上卻更為常見這種水平移轉,寄生植物不只從宿主身上吸取水、糖、礦物質營養素,連完整的基因 DNA 還有 RNA 也能一同「吸取」過來,並迅速在轉移後於寄生植物身上發揮作用,且能演變為對抗宿主反制的武器。

這些研究發現對於瞭解寄生植物如何運作,以及研發抗寄生植物的農作物策略很有幫助。因為世界各地的農作物都因為寄生植物的攻擊而蒙受巨大損害,讓各國農業承受經濟損失,如何讓寄生植物無法透過基因水平移轉演化產生躲避宿主攻擊的防禦機制,是未來科學研究的預期目標。

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參考文獻:
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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