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科技实时动态:惊人的发现揭示了遗传搭便车决定昆虫何时以及是否会飞行

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在通常无翅的蚜虫物种中,翅膀的周期性发育是由病毒及其进化驱动扩展其自身范围引起的。由英国罗彻斯特大学的Jennifer Brisson领导的研究人员开始确定豌豆蚜虫(Acyrthosiphon pisum)中发现的特殊性状背后的遗传机制,并且对园丁和农民都非常熟悉。

这些昆虫通过从豆类中吸取汁液来喂养,包括有价值的作物,如豌豆,苜蓿,蚕豆和三叶草。蚜虫通常是无翅的,但随着任何植物的种群数量增加,一些雌性开始产生有翅膀的幼崽 - 然后飞到新的地区进行殖民。

一旦有翅昆虫落在新鲜植物上,它们自己的后代就会恢复到标准的无翅模型。在进化生物学的术语中,这种在世代之间交换特征的能力被称为“表型可塑性”。

布里森和他的同事们决定发现哪些基因是这个伎俩的原因。

“蚜虫数百万年来一直在做这个伎俩,”布里森说。

但是有些蚜虫对拥挤比其他蚜虫更敏感。弄清楚为什么是理解这个表型可塑性的教科书例子如何起作用的关键。“

为此,研究人员利用遗传学和分子生物学技术在蚜虫基因组中进行了研究。他们发现的结果令人惊讶。

形成翅膀的通断开关的基因属于病毒,是昆虫特异性组织的成员,称为致病毒,其基因组已完全整合到蚜虫的基因组中。

研究人员提出,这种病毒 - 在蚜虫基因组中长时间存在 - 诱导着翅膀发育,以便在周围传播。

“微生物基因可以整合到动物基因组中,这个过程对进化很重要,”共同作者本杰明帕克解释说。尽管如此,他将蚜虫的例子描述为“病毒基因的新作用”。

最终被纳入动物基因组的大多数病毒基因 - 包括人类的一些例子 - 最终变得惰性,实际上只会增加体积。

然而,在少数情况下,该过程导致添加有用的功能,在这种情况下,获得的基因保持活性表示阳性选择的实例。

“即使在像这里研究的古老特征中,新基因也可以在塑造塑性特征方面发挥作用,并可以帮助有机体应对不可预测的世界,”布里森说。

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