昆蟲的腸道似乎是一個(gè)不適宜居住的地方，但不同的微生物仍然在那里建立家園。然而，在腸道中，為了在居民的細(xì)菌和真菌中生存所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而斗爭(zhēng) - 更不用說(shuō)昆蟲了。因此，清除鐵等必需礦物質(zhì)的任何優(yōu)勢(shì)都會(huì)提升。數(shù)百萬(wàn)年前，一個(gè)酵母細(xì)胞得到了這樣的推動(dòng)。酵母從細(xì)菌中吸取了一系列基因。這些基因使酵母能夠制造捕獲細(xì)胞鐵的分子。憑借這一新發(fā)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，這種單細(xì)胞最終分化成少數(shù)幾種酵母物種，其中許多現(xiàn)在稱為昆蟲的家。

這些基因作為一個(gè)包裹到達(dá)，七個(gè)基因排列在一起作為一個(gè)單元。細(xì)菌中很常見(jiàn)，但在真菌中很少見(jiàn)，這些一起發(fā)揮作用的多個(gè)基因包被稱為操縱子。這種酵母對(duì)細(xì)菌鐵清除操縱子的真空吸塵是從細(xì)菌結(jié)構(gòu)域向真菌等生物體轉(zhuǎn)移基因的最明顯的例子之一 - 生命樹(shù)上一個(gè)分支的電弧放電，共同捐贈(zèng)遺傳物質(zhì)單獨(dú)的分支。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校遺傳學(xué)教授Chris Todd Hittinger和他的實(shí)驗(yàn)室在3月7日出版的Cell雜志和2月21日在線報(bào)道了這一基因轉(zhuǎn)移。這項(xiàng)工作由博士后研究員Jacek Kominek和研究生Drew Doering領(lǐng)導(dǎo)，合作者橫跨北美，中國(guó)和荷蘭。

作為Y1000 +項(xiàng)目的一部分，Kominek和Doering正在尋找能夠產(chǎn)生鐵清除分子的基因。之前在酵母中沒(méi)有看到那些基因。

“然后有一堆物種似乎有這種細(xì)菌通路。我們首先想到的是：這是一個(gè)錯(cuò)誤嗎?” 科米內(nèi)克說(shuō)。“所以我們開(kāi)始深入挖掘。我們發(fā)現(xiàn)這些基因彼此相鄰。它們參與了相同的過(guò)程。它們起源于細(xì)菌。這是一個(gè)意想不到的事情。”

從原核細(xì)菌到真核生物如真菌的這種遺傳轉(zhuǎn)移曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)，但不是經(jīng)常發(fā)生的。它們被稱為水平基因轉(zhuǎn)移，因?yàn)榛虿皇窃趲状g垂直移動(dòng)，而是在不相關(guān)的生物之間橫向移動(dòng)。一些科學(xué)家仍然懷疑這些基因轉(zhuǎn)移是否真的發(fā)生在真核生物中，這些生物體的細(xì)胞核除了真菌外還包括植物和動(dòng)物。

在一次事件中發(fā)現(xiàn)從細(xì)菌轉(zhuǎn)移到酵母的七個(gè)基因?qū)τ谘芯咳藛T來(lái)說(shuō)是令人興奮的 - 它可能是跨域水平基因轉(zhuǎn)移的明顯案例。如果是這樣，它不僅僅是一個(gè)基因，而是許多賦予復(fù)雜新特征的基因。然而，這種在細(xì)胞之間交換的基因組碎屑可以在數(shù)百萬(wàn)年的過(guò)程中降解，直到它不再起作用。

因此Doering詢問(wèn)鐵清除途徑是否仍然有效。他發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上，這些基因仍然具有活性并且能夠產(chǎn)生該途徑的最終產(chǎn)物。為了測(cè)試酵母是否可以使用細(xì)菌途徑來(lái)清除鐵，他在培養(yǎng)皿上培養(yǎng)酵母，用鐵染色時(shí)會(huì)染上電藍(lán)色。少數(shù)酵母物種從培養(yǎng)皿中清除了足夠的鐵，使藍(lán)色染料變成橙色。很明顯，細(xì)菌途徑在酵母中保持其功能。

在進(jìn)化的過(guò)程中，隨著酵母的分歧，他們使鐵清除操縱子成為他們自己的。酵母添加了明確的真核DNA元件，重新調(diào)整了7個(gè)基因的表達(dá)，甚至添加了真菌基因，這些基因也參與了操縱子中間的鐵清除。

“你有細(xì)菌和真核基因一起合作，攜手合作，”科米內(nèi)克說(shuō)。“我認(rèn)為這非常了不起。”

這些證據(jù)不僅推動(dòng)了基因轉(zhuǎn)移的發(fā)生，而且為新基因如何幫助酵母適應(yīng)提供了明確的案例。

“真核生物參與遺傳物質(zhì)水平轉(zhuǎn)移的想法是一個(gè)相對(duì)較新的事物，并且仍然有人堅(jiān)決反對(duì)它作為一種現(xiàn)象，”多林說(shuō)。“而這部分是因?yàn)槲覀円恢比狈@種明確的本壘打案例。所以我認(rèn)為我們論文的一個(gè)好處就是它發(fā)生了一個(gè)很好的大廣告牌，并且所有這些不同的證據(jù)支持這是真的。“

“我認(rèn)為經(jīng)過(guò)二十年的爭(zhēng)論，真核水平基因轉(zhuǎn)移是否真實(shí)，希望這為最終相信數(shù)據(jù)告訴我們的內(nèi)容提供了借口之一，”同時(shí)也是能源部成員的Hittinger說(shuō)道。資助大湖生物能源研究中心。

“我希望這項(xiàng)研究是棺材中最后的釘子之一，”他說(shuō)。