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病毒基因帮助确定豌豆蚜虫是否获得它们的翅膀

2019-07-12 09:33:40疾病新闻

生物体的许多特征受到生物体环境线索的影响。这些特征被称为表型塑性特征,并且对于允许生物体应对不可预测的环境是重要的。

但这些特征背后的遗传机制是什么?

罗切斯特大学生物学副教授詹妮弗布里森和她的前博士后学生本杰明帕克现在是田纳西大学微生物学助理教授,他研究了豌豆蚜虫的表型塑性特征,并首次揭示了基因这会影响蚜虫是否能够根据环境产生无翅或有翼的后代。在“ 当代生物学 ”杂志的一篇新论文中 ,研究人员阐明了表型塑性特征如何演变并解决关于环境敏感性状演变的关键问题。

豌豆蚜虫是繁殖迅速的昆虫,通常会产生没有翅膀的后代。正如许多园丁所知,蚜虫很快就会淹没并杀死它们赖以生存和饲养的寄主植物。当环境变得与其他蚜虫过于拥挤时,雌性开始产生具有翅膀的后代,而不是典型的无翅后代。然后,飞过的后代可以飞到新的,不那么拥挤的植物上并进行殖民。

“蚜虫数百万年来一直在做这个伎俩,”布里森说。“但是一些蚜虫对拥挤比其他蚜虫更敏感。弄清楚为什么是理解这个表型可塑性的教科书例子如何起作用的关键。”

研究人员利用进化遗传学和分子生物学技术确定了确定蚜虫对拥挤的反应程度的基因。令人惊讶的是,他们发现的基因来自一种病毒,然后被纳入蚜虫基因组。这种病毒来自一组叫做致病毒的昆虫病毒,它的宿主会产生带翅膀的后代。研究人员认为,这种病毒是为了促进其自身的传播。正如布里森和帕克所发现的那样,来自病毒的基因即使在被转移并整合到蚜虫基因组中之后也保留了产生有翼后代的相同功能。

“这是病毒基因的一个新角色,它被基因组用于其他目的,如调节塑料表型,”帕克说。“微生物基因可以纳入动物基因组,这个过程对进化非常重要。”

大多数侧向转移的DNA - 遗传自其他生物的DNA,如病毒 - 不会被其宿主表达,因为它很快被灭活或消除。然而,大多数生物体中都有例子 - 甚至是人类 - 基因组横向共同选择基因; 例如,在人类中,在胎盘和胎儿之间产生膜的基因是从逆转录病毒中选择的。

布里森和帕克发现了一个明显的案例,其中来自生物体外的基因被生物体的基因组共同选择,以修改对环境线索的塑性反应的强度。因此,像病毒这样的微生物基因可以在昆虫和动物的进化中发挥重要作用,布里森说。“即使在像这里研究的古老特征中,新基因也可以在塑造塑性特征方面发挥作用,并可以帮助有机体应对不可预测的世界。”