从体内细菌“偷”来的宝藏基因，让它们拥有了超强破坏力
环球科学约 3 分钟小小的粉虱以树液为食，会传播多种植物病毒。不仅如此，粉虱还会在所食用的约500种植物上分泌粘液，而这种黏糊糊的东西会吸引霉菌。因此，粉虱会对农业造成严重破坏。为何粉虱有如此巨大的威力？最近，发表于《科学·进展》（Science Advances）的一项研究揭示了其中一个奥秘。由中国农业科学院张友军领导的科学家团队发现，这些顽固的害虫从细菌那儿获得了基因，因而能以惊人的效率处理氮元素。
正如美国哈佛大学的演化生物学家内奥米·皮尔斯（Naomi Pierce）所言，“氮使世界运转。”氨基酸中含有氮元素，而动物会以氨基酸为原料，制造蛋白质和核苷酸（DNA的基本组成元件）。然而，这些过程同时会产生有毒的副产品，可能会损害细胞。一些昆虫与共生的细菌演化出了互惠的关系，这些细菌能从这种废物中回收可用的氮。
这项新的研究表明，早在数百万年前，粉虱就已经摆脱了这种与细菌的伙伴关系：它把这类细菌体内两个与氮元素回收相关的基因，整合进了自己的DNA中。该研究的作者之一、瑞士纳沙泰尔大学（University of Neuchâtel）的化学生态学家特德·图尔林斯（Ted Turlings）表示，病毒是众所周知的DNA转移专家，它们很可能从细菌中捕获了这些基因，而后又凑巧把它们植入了附近昆虫的基因组。这一过程就叫“水平基因转移”，是生物适应性演化的重要驱动力。
现在，当粉虱体内氮含量过高时，这些“内部”基因可以帮助它们将更多氨基酸转化为废物。然后，当粉虱体内氮含量不足时，这些基因又会将废物重新回收，生成氨基酸。研究作者指出，不同植物的氨基酸含量差异很大，可能正是由于这些捕获而来的基因，粉虱才得以在如此多种植物中大量繁殖。
对粉虱而言，相比于与细菌合作回收氮元素，摆脱细菌这个中间人直接自力更生，耗费的能量更少。而且，要确保与细菌的合作关系不会变成寄生关系，还需耗费更多能量。皮尔斯说：“如果你体内生活着一种共生体，你就需要有办法控制它。否则，它最终可能会反控你。”
这些捕获的基因也许是粉虱求生的有效策略，但图尔林斯指出，它们也可能是粉虱的致命弱点。因为这些基因现在是粉虱的特异性基因，于是科学家就可能开发出一些只针对粉虱而不会对其他生物造成伤害的控虫手段，例如改造植物使它能破坏粉虱的基因。图尔林斯说：“就特异性而言，这种控虫方法已经接近完美了。”
在荷兰阿姆斯特丹大学（University of Amsterdam）研究植物-昆虫相互作用的科学家彼得拉·布勒克尔（Petra Bleeker）表示，粉虱的基因捕获史还不止这些。据了解，它们还捕获了来自植物的基因，这些基因使它们能够中和植物的防御性毒素。布勒克尔说：“昆虫的水平基因转移似乎并不少见，而粉虱看上去是其中的佼佼者。”
本文选自《环球科学》6月刊“前沿”栏目。
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