基因玩跨界：自然界中的水平基因轉移

小心，有毒！

把目光拉回一萬年前，有兩個原始人結伴找吃的，發現了一種沒見過的果子，兩人興高采烈的一起咬了一口，一個覺得「哇好苦」，另一個覺得「哇好好吃」，結果覺得好吃的那個死掉了，吃了一口就吐出來的活了下來。

所以，如果你特別能吃「苦」，也許是你祖輩經過生命挑戰留給你的禮物。因為，大自然充滿「危險」。

有的蘑菇美麗卻有毒，河豚呆萌卻也是危險的食物，古時候有人吃苦杏仁（含氰化物）自殺，連蘋果、番茄吃的部位不正確也很兇險——蘋果核含少量氰化物，番茄的葉子和莖含有名為「糖苷生物鹼」的化合物。

生命的進化史，是一部長長的、與大自然鬥爭的血淚史。

進化是與大自然的抗爭

這麼說可不是逗樂，我們大多數人相似的味覺，是經過千百代的進化選擇而留存的。研究表明，苦味味蕾是口腔中最發達的味蕾，苦味基因也是味覺基因中種類最多的，有數十種，這說明苦味基因具有某種幫助我們生存的功能，因而在漫長的進化過程中被大量保留。像發芽變綠的土豆（糖苷生物鹼的濃度高）會變苦，如果苦味基因比較敏感，就能因抗拒吃它而降低中毒風險。

再舉個例子，有種苦味基因為TAS2R16，這個基因強的人對苦味敏感，能嘗出植物中常見的吡喃葡萄糖苷類毒素。而復旦大學李輝博士的研究組曾發現，中國人的TAS2R16苦味基因最發達，他們還推測出5000-6000年前，中國曾發生過大規模的自然篩選，那些不能嘗出有毒植物中苦味的人被淘汰，而那些無毒或毒性很低的植物被保留下來並進化至今。

植物的誕生，源自基因開始「串門」了

除了我們對可食用植物的選擇和適應，植物自己也在因環境而改變自己的基因。而在植物誕生的過程中，水平基因轉移（非親代到子代的垂直基因傳遞，而是發生在不同生物體間的橫向基因傳遞）起到了很大的作用。

40億年前，生命誕生於海洋，最開始利用海洋中的有機物來生存，而不是利用太陽能——這顯然不滿足可持續發展，海洋能提供的能源是有限的。終於在35億年前，能實現光合作用的細菌誕生，接著被其食物鏈上層的生物「招安」變為自己的一部分，於是，能光合作用釋放氧氣的植物就這麼出現了，也才有了如今繁榮的自然界。

這可不是小編YY的，2012年澳大利昆士蘭大學的分子生物學家Dana Price 及團隊就在Science上發表了相關成果。科學家們在研究了藍載藻基因組後，發現在進化過程中出現過一次吞噬，將能光合作用的細菌、宿主細胞、寄生菌結合在一起，組合成新的生命體。

（來源於果殼網，《「第一棵」植物是怎麼來的？》，作者/宅大大王）

2014年一國際研究團隊在Nature上發表文章稱，研究者通過對2.5萬個古細菌基因家族進行分析後發現，從細菌處獲得的基因似乎在古細菌的主要類群中起重要作用。研究團隊還證實了嗜鹽古菌群的產生與獲得1000多種細菌基因相一致，賦予了古細菌有氧呼吸的能力，而且產甲烷古菌（最古老的古細菌群）中有83%的細菌基因導入。

（來源於生物通，《Nature解析水平基因轉移》，編輯/何嬙）

這樣的水平基因轉移，不止發生在細菌、植物中，還發生在哺乳細胞等物種里，比如人類。

水平基因轉移：人類細胞中有145個基因是從更簡單的生物水平轉移來的

想像過，你的體內有來自細菌、植物的基因嗎？2015年，英國劍橋大學生物學家Alastair Crisp和其他研究者在Genome Biology上發表文章稱，「人類細胞中有145個基因是從更簡單的生物水平轉移來的」。

在這一研究中，研究者分析了四十種動物的基因組序列，包括果蠅、線蟲、斑馬魚、大猩猩、人類等，發現這些動物中有數百個基因來自其他動植物、細菌等微生物，人類亦是如此，基因組中有145個基因來自細菌、病毒和其它單細胞生物，這些外來基因主要在代謝、免疫應答和基礎生化反應中起作用。

這一研究尚未明確轉移是如何發生的，進一步的研究或將揭示內在機理。

（來源於生物通，《基因組大雜燴，人類有上百個外來基因》，編輯葉予）

也有研究者表示，有性繁殖中的親代子代遺傳方式，會丟失某些基因，只保留某些基因，這也可能表現出外來基因的情況。而這一說法的基礎，是地球上的生命體最初其實共用著同樣的DNA與蛋白質，具有類似的分子，執行著共同的功能，如信息傳遞、細胞分裂。

既然生命體的組成物質相同，那是否能人工合成生命體，從而更有效地生產疫苗、改進藥物、治理環境污染、研製可再生的生物燃料甚至修復細胞功能呢？

合成生物學：透徹地了解機體的生命系統與機制

早在21世紀初，合成生物學就已經成為現代生命科學的研究熱點，2004年《技術評論》認為「合成生物學」將成為改變世界的十大技術之一；2005年《自然》雜誌又刊發專刊介紹生物合成學科的進展。2010年，美國科研狂人Craig Venter帶領團隊創造了一個新的細菌物種「Synthia」，成果刊登在Science期刊上，文章作者克雷格·文特爾還曾預言合成生物學可以直接帶來億萬美元的生物產業。2011年，華大基因與美國約翰·霍普金斯大學聯合開展人工合成酵母基因組研究，嘗試改造和從頭合成真核生物，有助於了解合成生物學相關技術，同時還可以更加透徹地了解機體的生命系統，如生物學機制、生物學反應、對各種環境的適應性以及進化過程等。

目前，合成生物學在藥品、能源、食品生產等方面的產業化應用已初現端倪，美國兩家企業已開始使用人工細菌生產生物燃料，製藥公司賽諾菲－安萬特公司已經獲准使用合成生物學改造的啤酒酵母生產青蒿素。

今年十月在深圳舉行的第十屆國際基因組大會（ICG-10）現場，合成生物組學大牛英國愛丁堡大學愛丁堡基因組中心蔡毅之主任、天津大學副校長、生物工程學元英進教授等業界大牛將與參會者分享最前沿的科研與應用進展。