Cell | 多年磨一剑！浙江大学沈星星/黄健华发现水平基因转移在昆虫中广泛存在

编者按

水平基因转移（HGT）是塑造原核和真核基因组的重要进化力量。HGT 获得性基因在昆虫中偶有报道，该谱系包含 >50% 的动物。
2022年7月18日，浙江大学沈星星，黄健华及范德比尔特大学Antonis Rokas共同通讯在Cell 在线发表题为“HGT is widespread in insects and contributes to male courtship in lepidopterans”的研究论文，该研究系统地检查了 218 种不同昆虫的高质量基因组中的 HGT，发现它们通过来自非后生动物供体的 741 次不同的转移获得了 1,410 个表现出不同功能的基因，其中包括许多以前没有报道过的基因。
鳞翅目动物的 HGT 获得基因的平均数量最多。HGT 获得的含有内含子的基因比缺乏内含子的基因表现出更高的表达水平，这表明内含子的增加可能与 HGT 适应有关。最后，该研究使用 CRISPR-Cas9 系统编辑了未报道基因 LOC105383139，该基因被转移到飞蛾和蝴蝶的最后一个共同祖先中。在小菜蛾中，缺乏 LOC105383139 的雄性对雌性的求爱要少得多。总之，该研究得出结论，HGT 是昆虫适应的主要贡献者。

昆虫起源于早奥陶世（约 4.79 亿年前），占地球上所有已描述的活体动物的 50% 以上。这个古老的谱系在但不限于发育、行为、社会组织和生态方面表现出显著的多样性。一些研究认为，寄主昆虫的共生体是昆虫多样化的重要贡献者。例如，至少 20% 的昆虫物种含有 Wolbachia 细菌内共生体，已发现其基因水平传递到宿主昆虫基因组中。例如，Drosophila ananassae 通过水平基因转移 (HGT) 获得了 Wolbachia pipientis 的几乎整个基因组。

除了通过 HGT 将共生基因组片段引入昆虫之外，一些研究报告了从真菌、细菌、植物和病毒中转移单个或几个基因。这些转移基因的功能在生态上显得很重要。例如，从真菌转移到蚜虫的类胡萝卜素生物合成基因有助于蚜虫的身体着色，中和粉虱从植物中获得的酚类糖苷的基因有助于粉虱的解毒能力，而从病毒转移到鳞翅目昆虫的寄生虫杀伤因子基因有助于鳞翅目昆虫的防御。

鉴于为数不多的已知昆虫 HGT 例子的生态重要性和昆虫多样性的巨大规模，研究人员对昆虫基因组中 HGT 获得性基因进行了系统研究，包括它们的功能和对昆虫适应的贡献。

使用稳健和保守的基于系统发育的方法，该研究系统地鉴定和表征了 218 种昆虫的高质量基因组中的水平获得基因，代表 11/19 物种丰富的目（即具有 > 1,000 个描述物种的目）。然后，该研究问了三个问题：（1）主要昆虫群体的水平获得基因分布是什么？(2) 哪些因素有助于昆虫基因组中 HGT 的适应？(3) HGTs在昆虫中的生物学功能是什么？

该研究发现鳞翅目动物的 HGT 获得基因的平均数量最多。 HGT 获得的含有内含子的基因比缺乏内含子的基因表现出更高的表达水平，这表明内含子的增加可能与 HGT 适应有关。最后，该研究使用 CRISPR-Cas9 系统编辑了未报道基因 LOC105383139，该基因被转移到飞蛾和蝴蝶的最后一个共同祖先中。在小菜蛾中，缺乏 LOC105383139 的雄性对雌性的求爱要少得多。总之，该研究得出结论，HGT 是昆虫适应的主要贡献者。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00719-X#%20

转自：硕博一线

如有侵权，请联系本站删除！