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昆虫的水平基因转移研究

2021-08-13黄羽豪龚森瑞李浩森

环境昆虫学报 2021年4期
关键词:物种

黄羽豪,龚森瑞,李浩森,庞 虹

(有害生物控制与资源利用国家重点实验室,中山大学生态学院/生命科学学院,广州 510275)

生物体的遗传物质大多数情况下是由亲代到子代垂直传递的。然而,生物体中有的基因可能是从其它个体或线粒体、叶绿体等不同细胞器的遗传物质中获得的,这种现象被称为水平基因转移(horizontal gene transfer, HGT)或横向基因转移(lateral gene transfer, LGT),而这些不依赖亲缘关系获得的基因被称为水平转移基因(horizontally transferred genes, HTGs)。HGT可以发生在同种的不同生物个体或者单个细胞的不同细胞器之间,但由于检测手段的限制和基因功能的探讨意义等原因,物种间的HGT在研究中更为常见。

早在20世纪50-60年代,研究者发现遗传物质可以在不同菌种之间传递,如从大肠杆菌Escherichiacoli传递至沙门氏杆菌Salmonella(Miyake and Demerec, 1959; Zinder, 1960),这是人们首次认识到HGT现象在细菌进化上的重要性,并能够解释抗药性在菌群中的快速传播。后续的大量研究发现,HGT在原核生物中十分常见,其促进了新性状的快速传播,如抗生素耐药性、致病性和其它各种有利于适应周围环境的代谢特性,同时也有许多HGT不带功能或功能未明(Ochmanetal., 2000; Pallen and Wren, 2007)。

近年来,真核生物中的HGT也逐渐被发现,并被认为是普遍存在于单细胞真核生物(Keeling and Palmer, 2008)、动物(Hotoppetal., 2007; Gladyshevetal., 2008; Hotopp, 2011; Flotetal., 2013; Boto, 2014; Drezenetal., 2017; Sieberetal., 2017)、植物(Gaoetal., 2014; Wangetal., 2020)及真菌(Fitzpatrick, 2012)等类群中。在昆虫(Nakabachi, 2015; Wybouwetal., 2016; Zakharov, 2016)以及近源的蜱螨(Chouetal., 2015; Wybouwetal., 2016; Hayesetal., 2020)、蜈蚣 (Undheim and Jenner, 2021)和弹尾虫(Faddeeva-Vakhrushevaetal., 2016; Faddeeva-Vakhrushevaetal., 2017; Wuetal., 2017)等节肢动物中也有大量HGT的报道。随着对共生微生物研究的不断深入,人们对宿主生物、共生微生物以及它们之间的联系也有了全新的理解,生物体对环境的适应离不开共生微生物的作用,甚至有观点将宿主生物及其所有共生微生物作为一个整体的完全生物(holobionts),并将这个整体的所有基因集合作为完全基因组(hologenomes)看待(Haag, 2018);……

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