基因重组让植物也能吃肉

捕蝇草重组了它现有的基因,使它成为食肉动物。资料来源:帕斯卡尔·戈特格尔克/明登图片社

植物是如何进化成食肉动物的?在1960年的美国恐怖电影《恐怖商店》中,只需要一滴血。但在现实生活中,事情并不那么简单。

现在,一项对三种密切相关的食肉植物的研究表明,基因的巧妙重组帮助它们发展了捕捉和消化富含蛋白质食物的能力。

食肉植物已经进化出许多狡猾的捕捉猎物的方法。例如,猪笼草用富含酶的“陷阱”来消化昆虫,而捕蝇草、浣熊孢囊藻和带匙叶的茅草则用来捕捉猎物。当可怜的猎物被抓住时,匙形叶太阳鱼会卷起充满粘液的叶子,把猎物困在里面。然而,捕蝇草的上下叶子上都有毛刺。一旦昆虫接触它很多次,它就会突然关闭,成为昆虫的监狱。

为了弄清楚这些植物是如何进化成食肉植物的,由德国维尔茨堡大学的计算和进化生物学家Jrg Schultz和植物生物学家Rainer Hedrich领导的一个研究小组对捕蝇草、浣熊囊肿藻类和sundew的基因组进行了测序。然后,将它与其他九种植物的基因组进行比较,包括一种食肉猪笼草、非食肉甜根蔬菜和木瓜植物。

该研究小组最近在《当代生物学》上报道说,他们发现在植物王国,食肉植物进化的关键是它们生活在大约6000万年前的共同祖先中。今天的植物能够通过复制这一祖先的完整基因组来“吃肉”。这种复制释放的基因曾经用于植物的根、叶、感觉系统来检测和消化猎物。例如,食肉植物复制基因,帮助根吸收营养进入叶子,允许它们从被消化的食物中吸收营养。

海德里希和他的同事得出结论,食肉植物在上述三个物种的祖先中进化过一次,在猪笼草中独立进化过一次。这两个新发现的进化起源,加上其他有记载的起源,已经导致食肉植物进化了至少六次。

然而,纽约州立大学布法罗分校的植物进化生物学家维克多·艾伯特认为,海德里希团队没有足够的数据来支持上述两个新的起源,特别是因为一些捕食所必需的基因也存在于猪笼草和三种新测序植物的共同早期祖先中。他的团队正在对另外两家新成立的工厂进行排序,以澄清上述问题。

然而,德克萨斯理工大学的植物遗传学家路易斯·埃雷拉·埃斯特雷卢很高兴发现了与食肉植物相关的新基因。这有助于他和其他研究人员研究基因是如何重组的,从而使其他植物有可能“吃肉”

海德里希说,事实上,似乎大多数植物已经拥有许多“食肉”所需的基因。"食肉路线似乎对所有植物开放."

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.051

标题:基因重组让植物也能吃肉

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