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章鱼也是天然转基因?北大研究人员:其变色基因或源自细菌

2017-10-10 08:03  来源: 澎湃新闻  
作者:吴跃伟
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  一个令人惊讶的消息是,章鱼小丸子可能是转基因食品,烤鱿鱼和酱爆乌贼可能也是。原因在于,从数亿年前开始,章鱼、鱿鱼和乌贼就可能是转基因动物了。

  日前,科学家们在研究章鱼、乌贼、鱿鱼等头足类动物梦幻般的彩虹体色时发现,相关基因在数亿年以前,可能是从细菌中,漂移到了章鱼、乌贼和鱿鱼体内。

  该论文近日发表在《现代生物学》(Current Biology)上,并被选为封面文章。该论文的通讯作者是北京大学生命科学学院研究员谢灿。

  当然,科学家们也提醒,相反的过程——该基因从章鱼中平移到细菌中,也同样有可能。研究人员正在寻找新的证据,以彻底解开这一谜题。

拥有虹彩体色的夏威夷短尾鱿鱼

  基因漂移

  谢灿带领的研究团队与合作者在论文中关注的基因是Reflectin(反射素)。

  13年前,2004年,人类第一次在夏威夷短尾鱿鱼中发现了Reflectin基因,并指出,它与头足类动物的绚丽体色有关。在当时所有的已知基因中,人们仅在同是头足类动物的欧洲乌贼的基因组中,找到一个Reflectin的“兄弟”。

  其后十多年,人们陆续在其他头足类动物中也找到了该基因,但奇怪的是,该基因似乎仅存在于头足类动物中,其起源成谜。

  直到谢灿等人在一种细菌——费氏弧菌中有了新的发现。

  头足类动物墨鱼的Reflectin基因被称为SoRef2(GenBank:HE687200.1),其长度长达数百碱基对(bp,用于表征基因的长度)。其中一个24碱基对的基因片段引起了谢灿等研究人员的注意。通过数据库检索和序列比对,他们发现,这一基因片段竟然与费氏弧菌(V. fischeri)基因组中的一些片段极为相像,其相似度超过了90%。

  费氏弧菌是海水中大量存在着的一种发光细菌,目前被人类应用在污染物监测以及病原检测中。当鱿鱼等头足类动物接触海水时,这些细菌就开始定居、共生在鱿鱼等动物体表的特定部位,形成发光器官。而鱿鱼等动物可以控制其发光强度,隐身或交流信息。

  研究人员发现,费氏弧菌中前述基因片段所在的基因,是TnlB、TnlD基因。

  细胞实验结果显示,时至今日,这些基因仍然可以自动从基因组上切离,自动发生转移。大约5%–10%的实验细胞中发生了这一过程。

  TnlB、TnlD基因编码产生的蛋白,具有转座酶功能。转座酶能帮助基因片段在生物体基因组上跳跃、平移。一些病毒在感染人后,其基因片段会插入人体基因组,永久留存。其中就有转座酶的功劳。

  TnlB、TnlD基因都位于费氏弧菌的质粒pKB1A97-67上。质粒如同一艘船,运载着大量基因,可以穿梭在不同的细胞之间。它的形状像一个项链。它是现代生物学转基因实验中最常用的工具之一。

  谢灿等人根据上述信息,提出了Reflectin基因起源于共生细菌的水平基因转移假说:他们认为,费氏弧菌在与鱿鱼等头足类动物共生的过程,其TnlD等基因漂移到了这些海洋生物体内。在漫长的生物演化过程中,TnlD基因中的某些片段,比如前述24碱基对基因片段,由于某些特殊的性质,深受头足类动物的青睐,因而在自然选择中被保留下来。这些幸存下来的基因片段,经过多次扩增、重复,逐渐演变成了今天头足类动物特有的Reflectin基因。

  谢灿告诉澎湃新闻,这一演化过程的细节已经湮没在历史中了,但他们还是找到了不少线索来还原这一过程。比如,费氏弧菌的TnlD基因中除了上述24碱基片段以外,TnlD基因的其他片段也散落在头足类动物如加州双斑蛸(O. bimaculoides)的基因组中,它们如同一个个不可磨灭的足迹,向人们展示着,在远古时代,这一基因是如何从细菌中漂移过来的。

  类似的基因漂移现象,在自然界中并不罕见。其过程与人们常说的转基因非常相像。

  据澎湃新闻此前报道,2015年,比利时科学家首次发现,红薯居然是一种转基因食品。该论文发表在国际学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上。研究人员发现,在漫长的进化过程中,红薯被一种细菌——土壤农杆菌,天然地转基因了。一段基因从细菌中平移到了红薯中,并一直被传承至今。

  2017年8月21日,中国和德国科学家合作,率先确定红薯祖先种被天然地转基因的时间,大约是在一百万年前。

  但细菌转入红薯中这些基因的功能目前仍不清楚。

  尽管如此,红薯的食用安全性已久经考验:因为人类食用红薯的历史已接近一万年。而大约四百年前,中国开始种植和食用红薯。

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(责任编辑:张珺)

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