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研究發現害蟲粉蝨從植物獲解毒基因 助其不被植物毒死

2021/3/29 — 19:10

圖片素材來源:維基百科

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植物與害蟲之間的戰爭一直未停過,而粉蝨 (whiteflies) 可能正佔上風。上周刊於《細胞》的研究發現,粉蝨以水平基因轉移 (horizontal gene transfer) 從植物得到基因,可分解植物產生的毒素,從而可以吃掉樹葉而不被毒死。

水平基因轉移是細菌或病毒之間的常見現象:其中一個物種的基因,例如帶抗生素抗性藥物種,會被另一物種整合「盜取」,成為自己基因組的一部份 。在植物中,蕨類則以驚人程度共享自己基因,令其在被更具發達生殖機制的植物所包圍時,仍可繼續生存。

學界也已知,動物可從共生細菌中獲得基因,但未發現過從植物中獲得基因,因此是次中國農業科學院團隊在粉蝨中發現植物基因時相當驚訝。

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粉蝨主要分布於熱帶和亞熱帶,因為牠們體型小可避過捕獵者並迅速繁殖,對經濟農作物產生特殊威脅。

有参與研究的瑞士納沙泰爾大學化學生態學家 Ted Turlings 在聲明中指,在所有其他昆蟲物種中,都找不到能中和植物產生有毒化合物的 BtPMaT1 基因,團隊似乎首度記錄到有功能的基因從植物向昆蟲水平轉移。

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團隊指, BtPMaT1 是植物所需的「解毒劑」,避免自身中毒,但粉蝨卻成功將該基因整合到自己體內。不過粉蝨科 (Aleyrodidae) 下有約 1,500 多個物種,並非全部都有 BtPMaT1 基因。

團隊懷疑,植物的 BtPMaT1 大約在 3,500 萬年前轉移至共同粉蝨祖先,但肯定不會早於 8,200 萬年前,因為當時煙草粉蝨 (Bemisia tabaci) 已分途演化,而該個被列為世界百大外來入侵種之一的粉蝨亦有 BtPMaT1 。

不過,植物基因直接轉移到動物上很難。 Turlings 指,團隊認為一種植物病毒可能吸收了 BtPMaT1 基因,並且在被粉蝨吞食後,該病毒在粉蝨內有未知的活動,將基因整合到粉蝨的基因組中,但他承認病毒在過程中無得到任何好處,不會將 BtPMaT1 留在自己基因組太久,過程發生的機會有可能很低。然而,粉蝨、病毒以及兩者賴以為生的植物相當廣泛與豐富,以至於有時會發生非常罕見的事情。

考慮到粉蝨對經濟性農作物的影響,團隊對蕃茄進行基因改造,加入了一個小 RNA 分子破壞 BtPMaT1 ,使其曝露於形成最常見植物防禦之一的酚類糖苷 (phenolic glcosides) 中,成功令進食該些蕃茄的粉蝨 100% 死亡,或可為人類對抗粉蝨。

來源:
IFL Science, Insects Stole A Plant Gene To Evade Plant Defences, 26 March 2021

報告:
Xia, J.X., Guo, Z.J., Yang, Z.Z. & et al. (2021). Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins. Cell. doi: 10.1016/j.cell.2021.02.014

文/Alan Chiu

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