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黄蜂毒液掌握了基因如何获得新工作的线索

2018-12-26 10:13:02 • 来源：

在我们这个星球上令人难以置信的生物多样性中，有一个共同的主题。生物体需要获得新基因，或改变现有基因的功能，以便适应和生存。这是怎么发生的?一种常见的观点是基因复制，其中一个副本获取新功能，而另一个副本继续像以前一样起作用。然而，通过研究微小的寄生宝石黄蜂及其快速变化的毒液库，罗切斯特大学的沃伦实验室发现了一种可能在其他物种中广泛存在的不同过程。该过程涉及选择单拷贝基因以承担新功能。在某些情况下，除了毒液腺外，这些基因似乎也继续其先前的功能，在黄蜂的解剖结构的其他部分。该研究结果发表在Current Biology上。

黄蜂毒液掌握了基因如何获得新工作的线索

“这几乎就好像他们现在正在兼职，”生物学教授约翰(Jack)Werren说。“他们有一份日常工作，然后夜间工作。随着时间的推移，如果夜班工作，他们可能会放弃日常工作，并作为毒液专家发展。但是，在其他情况下，我们有他们发现他们停止兼职作为毒液基因，但似乎保留了他们的日常工作。“基因是如何被选择的?什么决定了哪些工作(或组合工作)，它执行?在Jewel Wasps的案例中，称为基因调控的过程是关键。正如研究人员解释的那样，毒液基因的快速更新主要是通过与基因相邻的调控区域的变化来实现的。

这些调节区控制基因的表达方式 - 即基因是否在不同组织中“开启”或“关闭”。当基因开启时，它提供了制造蛋白质的说明。当它关闭时，它不提供这样的指示。

“单拷贝基因的共同选择可以成为适应新环境的更快速机制，因为它不需要首先复制基因，”Werren Lab的联合主要作者和博士后研究员Ellen Martinson指出。 。

“从本质上讲，这些黄蜂正在回收他们的基因用于新功能，”Werren实验室的前博士后联合负责人Mrinalini说，此后她加入了新加坡国立大学，研究蛇毒。该小组还包括罗切斯特大学的其他两位研究人员，Yogeshwar Kelkar和Ching-Ho Chang--研究了四种密切相关的宝石黄蜂种类。在首先向蛹注入操纵宿主代谢的毒液之后，黄蜂将卵产在其他昆虫的蛹上，使环境更有利于发育中的幼崽。

利用转录组和蛋白质组测序，研究人员发现，寄生蜂中超过一半的毒液成分来自单拷贝基因，这些基因已经被选择而没有被复制。毒液的成分可以迅速改变，使黄蜂适应不同的宿主。例如，即使是密切相关的物种也可能相差最多40%的毒液。

该小组提出，用于新功能的单拷贝基因的共同选择不仅限于寄生蜂毒液。共同选择在性质上可能是常见的，特别是当生物体快速发展到不断变化的环境时。Werren说，关于寄生蜂毒液，可能会有额外的好处。“寄生蜂毒液的多样性和这些物种的丰富程度(估计地球上的寄生虫种类高达600,000种)，再加上寄生蜂毒液已进化到操纵代谢过程的事实，这表明它们可能是巨大的未开发的聚宝盆药物发现。”

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