天然「轉基因」，比你想得更普遍

生物將遺傳物質傳遞給其他細胞而非其子代的過程稱為基因水平轉移（horizontal gene transfer，HGT），這種現象在細菌和單細胞真核生物中十分常見，它在這些生物的演化中起到了重要作用。然而，在多細胞生物中，關於基因水平轉移現象的記錄較少，有報道的動物基因水平轉移也只涉及單個或幾個基因。看起來這種現象在動物中似乎不常發生。不過最近，劍橋大學的研究者通過對26種動物的基因組和轉錄組進行深入分析，發現基因水平轉移在多細胞生物中也普遍存在，並且這些水平轉移的基因多與生物的代謝相關^[1]。研究論文於3月13日發表在開放獲取期刊《基因組生物學》（Genome Biology）上。

為了了解多細胞生物中基因轉移的情況，研究者選擇了已有高質量基因組和轉錄組的12種果蠅屬（Drosophila）生物、4種隱桿線蟲屬（Caenorhabditis）生物和10種靈長目（Primates）動物。通過對比分析，研究者發現這些生物的基因組中存在多達上百個「外來」基因。此外在人類基因組中，多達145個基因為基因水平轉移的結果，這其中包括透明質酸合成酶基因、肥胖基因FTO以及ABO血型基因。

與原核生物相似，這些多細胞生物的水平轉移基因的表達產物多為酶類。研究者對這些基因的功能進行了分析，發現其產物包括幾大類功能，包括非特異性免疫反應、脂類代謝、氨基酸代謝、大分子修飾、抗氧化活性以及應激反應。

那麼，這些基因源自何處呢？通過將水平轉移的基因與各種單細胞生物的基因相比對分析，研究者發現這些基因大多來自細菌和原生生物，其他還有古菌、真菌和植物。

生物體內水平轉移的基因的來源。圖片來源：研究論文

為了確定這些基因的轉移是發生在某一階段，還是貫穿了某個物種的整個演化過程，研究者將這些基因水平轉移事件標記在了系統發生樹上。結果發現，對果蠅屬和隱桿線蟲屬的生物來說，基因水平轉移在其整個演化過程中很可能都一直在發生；而靈長目動物的大多數基因水平轉移事件，則發生在它們的共同祖先身上，即較遠古的時期。研究者進一步對另外14種脊椎動物的基因組進行了分析，分別找到了60到240個外來基因——這意味著基因水平轉移並非僅限於某些物種，而是普遍存在的。

有意思的是，研究者發現從整體上看，脊椎動物和無脊椎動物中發生基因水平轉移的情況並無明顯差異。考慮到這兩類生物複雜性的差別，這一現象似乎有些出人意料。不過這可能也可以解釋，為什麼靈長目動物的大多數基因水平轉移事件發生在較遠古時期——脊椎動物的基因水平轉移可能發生在其演化的早期階段。

研究者認為，現在基因組資料庫中有了越來越多物種的基因組，尤其是多細胞生物的高質量基因組序列，而這對研究基因水平轉移非常重要。研究者提出，多細胞生物體內存在的「外來」基因，除了來自基因水平轉移以外，也可能是由於原本在同一門生物中，通過傳統方式遺傳的基因，在大多數物種演化的過程中丟失，僅在某些物種中保留了下來。未來進一步如果有更多地多細胞生物的高質量基因組和轉錄組信息，將能讓科學家們更好地驗證這些推測。（編輯：球藻怪）

參考文獻：

1. Crisp, Alastair, et al. "Expression of multiple horizontally acquired genes is a hallmark of both vertebrate and invertebrate genomes."Genome biology16.1 (2015): 50.

文章題圖：drwile.com
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