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  • 《科学》:美科学家发现首例动物体内自制胡萝卜素现象

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-02-07
    作者:李茂资料来源:科技日报发布时间:2010年

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    《科学》:美国科学家在动物体内发现首个自制胡萝卜素的案例

    动物体内的许多物质需要保护视力和皮肤健康,促进骨骼生长和维持其他重要的生理功能,胡萝卜素是这些物质的基础。常见的蔬菜胡萝卜含有大量的β-胡萝卜素,这是胡萝卜本身呈橙色的原因,也是维生素A的基础。“科学家长期以来一直认为饮食是动物所需胡萝卜素的唯一来源。没有书面记录表明动物可以自己生产胡萝卜素。

    然而,美国亚利桑那大学的研究人员发布的新研究结果改变了人们的看法。他们发现一种叫做豌豆蚜虫的昆虫可以产生胡萝卜素,胡萝卜素是制造自己所需的基本营养。亚利桑那大学生态学和进化生物学教授南希莫兰负责这项研究。主要合作者包括来自化学和生物化学系的研究专家泰勒加沃(Taylor Jarvo)。这篇研究论文发表在《科学》杂志上。

    Moran说,从蛋黄的黄色到虾和鲑鱼的粉色,再到红鹤、番茄、胡萝卜、甜椒和万寿菊的粉色,所有这些颜色都是胡萝卜素“麻烦”的背后。从胡萝卜素的广泛分布来看,不难理解它实际上存在于生活的每个角落。

    莫兰和他的同事们学会了如何通过在实验室培养豌豆蚜虫来获得生产胡萝卜素的能力。她说,该小组的发现来自实验室的一次幸运事故,以及其他科学家最近完成的豌豆蚜虫基因组测序。

    豌豆蚜虫的英文学名是豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum),它们的颜色是红色和绿色。豌豆蚜虫是克隆动物,“母亲”直接繁殖“女儿”,而“女儿”和“母亲”具有相同的遗传特征。

    2007年,当莫兰和他的同事在实验室发现红色5A豌豆蚜虫神奇地产生黄绿色后代时,他们知道这是豌豆蚜虫基因突变的结果。他们称新生的黄绿色豌豆蚜虫5AY株为“宠物”,并在实验室将其培养为“宠物”,认为也许有一天他们会有机会了解颜色变化的真正原因。

    共生细菌存在于豌豆蚜虫中。这些共生细菌生活在豌豆蚜虫的特殊细胞中,并直接从雌豌豆蚜虫传给后代。共生细菌为豌豆蚜虫提供重要的营养。如果蚜虫的共生细菌死亡,蚜虫就会灭绝。

    莫兰已经研究豌豆蚜虫和细菌系统几十年了,他知道有三种主要的共生细菌不产生胡萝卜素。此外,她非常清楚豌豆蚜虫不能从食物中获得胡萝卜素,因为豌豆蚜虫通过吸收植物韧皮部汁液获得所需的食物,而植物韧皮部汁液本身胡萝卜素含量很低,蚜虫体内的胡萝卜素与植物体内的胡萝卜素不同。

    2009年底,在研究人员完成并分享了豌豆蚜虫的所有基因序列后,莫兰决定用这些基因序列来寻找豌豆蚜虫的胡萝卜素基因。因为有机物质使用相同的生物合成途径获得胡萝卜素,莫兰和他的同事认为豌豆蚜虫的胡萝卜素基因可以直接找到。

    在豌豆蚜虫基因组测序中,研究人员用额外的胡萝卜素基因拷贝分析了红豌豆蚜虫,这使得研究人员很容易找到导致豌豆蚜虫变红的基因。后来,莫兰和他的同事们努力找出红豌豆蚜虫胡萝卜素基因的额外拷贝是来自豌豆蚜虫的脱氧核糖核酸,还是来自罕见的共生细菌,还是来自被真菌污染的样本。

    研究发现,去除豌豆蚜虫的共生细菌不会改变它们后代的颜色,这意味着共生细菌不是蚜虫红色的来源。然而,通过追踪2007年获得的红、绿、黄绿豌豆蚜虫的科,证明颜色变化符合孟德尔遗传特征,这表明导致豌豆蚜虫变红的基因片段是豌豆蚜虫基因的一部分。

    莫兰及其同事发现的豌豆蚜虫的遗传特征与其他研究小组的结果一致。研究认为,豌豆蚜虫在自然界有两种颜色的原因是,红豌豆蚜虫更容易受到寄生蜂的影响,而绿豌豆蚜虫更容易受到瓢虫等天敌的影响。

    解释这个秘密的关键在于基因片段来自哪里。研究人员发现蚜虫中编码胡萝卜素的特殊基因片段不同于细菌的胡萝卜素基因,但与某些真菌的胡萝卜素基因相同。莫兰认为,事实上,真菌基因进入蚜虫体内并被复制。尽管两种微生物之间的基因转移非常普遍,但这是人们第一次将真菌功能基因作为动物的基因。

    Moran说蚜虫和病原真菌之间的长期联系可能使基因转移成为可能。也许这只是一个非常罕见的案例。然而,根据迄今为止基因组研究的结论,单一的第一个实例通常是对广泛存在的事物的描绘。新的发现表明,有机体及其基因组与时间交织在一起,并以不同的方式融合。不同基因组、有机体和家族之间的差异似乎比人们想象的要小得多。

    动物有许多需求,这反映了祖先基因的丧失。这就是为什么人们在饮食中需要多种氨基酸和维生素。在过去,人们认为没有动物能够恢复这些失去的能力。然而,豌豆蚜虫的例子表明,它们确实获得了生产所需化合物的能力。

    阅读亚利桑那大学网站上的相关报道(英文)

    《科学》已发表论文摘要(英文)

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