浙大团队最新《细胞》：来自细菌的基因，竟能影响昆虫求偶

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自从近5亿年前诞生以来，昆虫已经演化成为最为丰富多彩的动物类群。在今天的地球上，超过一半的动物物种都是昆虫。而在昆虫漫长的演化历史中，有一个有趣的现象：给昆虫传递基因的不仅有它的亲代，还有与其共生的微生物甚至是植物。它们将自身的基因片段传递给昆虫，从而赋予昆虫更多的演化优势。

对于这个名为水平基因转移（horizontal gene transfer, HGT）的过程，科学家其实并不陌生。HGT在微生物中相当普遍，例如，细菌利用这种机制在物种间传递耐药性基因。但对于昆虫的HGT现象，目前人们的认识还很有限。

“此前的研究表明，HGT可能对昆虫的多样性有所贡献，但没有人知道它究竟起到了多大的作用。”浙江大学的沈星星研究员表示。

本周，在一项发表于《细胞》杂志的研究中，浙江大学的沈星星研究员、黄健华研究员与美国范德堡大学Antonis Rokas教授领导的团队揭开了昆虫水平基因转移的真相。

从超过200个昆虫物种中，研究团队发现了1410个来自细菌、病毒、真菌与植物的外源基因。研究表明，这些基因可能对于昆虫演化至关重要，能帮助昆虫演化出对于交配、进食、生长、适应环境等行为有益的性状。

为了开展这项大规模研究，作者收集了218个不同昆虫物种的高质量基因组样本，它们来自11个不同的目，包括了我们熟悉的蝴蝶、蜜蜂、飞蛾等昆虫。通过对这些数据的系统性分析，研究团队得以构建昆虫演化树，并从中找到常见于昆虫以外生物的基因。

▲1410个HGT基因在218种昆虫中的分布情况（图片来源：参考资料[1]）

研究团队筛选出的这1410个HGT基因中，包含了大量首次发现的基因。其中近80%的基因来自细菌，其余的分别来自真菌、病毒与植物。而在不同的昆虫类别中，鳞翅目（包括大量蝴蝶与飞蛾）获得的HGT基因最多，平均每个物种拥有16个。

▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）

这些HGT基因的发现，也让科学家能够揭示这个过程对于昆虫的作用。除了此前已有报道的帮助蜕皮、实现变色以及防御天敌等功能，这项研究还发现了HGT的另一项功能：影响昆虫求偶。

研究团队利用CRISPR/Cas9系统，检验了一个源自飞蛾与蝴蝶共同祖先的HGT基因：LOC105383139。在超过3亿年前，这个基因就从李斯特菌水平转移至飞蛾与蝴蝶共同祖先的基因组中。

在敲除了小菜蛾（一种鳞翅目昆虫，是危害花椰菜、卷心菜等十字花科植物的全球性害虫）体内的LOC105383139基因之后，他们意外地发现，这些小菜蛾的后代数量明显减少了。进一步分析发现，导致这一现象的原因是，缺少LOC105383139基因的雄性小菜蛾求偶欲望下降了。这也是科学家首次揭示HGT对动物求偶行为的影响。

▲来自细菌的基因影响了昆虫的求偶行为（图片来源：Yang Li Liu & Xing Xing Shen）

研究团队表示，接下来他们将对这一行为的背后机制开展更深入的研究，并希望能基于这一发现开发全新的害虫防治策略。而这份丰富的昆虫HGT数据库，也将帮助科学家探索更多关于昆虫的奇妙行为。

参考资料：

[1] Li et al. HGT is widespread in insects and contributes to male courtship in lepidopterans. Cell(2022) https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00719-X

[2] Insects harbor over a thousand genes from microbes, which help them survive. Retrieved July 18th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/958841

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