Only Perception: 輪蟲：無性，但有很多基因轉移

2008-06-01

輪蟲：無性，但有很多基因轉移

No sex, but plenty of gene transfer
http://www.physorg.com/news131296402.html

May 29, 2008

你從哪裡得到你的基因？如果你是個動物，在受孕的那一刻你從你父母那裡繼承了它們，就這麼一回事。並沒有之後為你進行的環境 DNA 合併，除非你成了寄生生物的宿主或是某種內共生體（endosymbiont），由於某種未知原因轉移了一些它的基因組到你的當中（那是很少被記錄的事件）。除非你是隻蛭形輪蟲（bdelloid rotifer）。

這種奇怪的、微小的、淡水的動物又再度上了新聞，這次是為了這個令人吃驚的發現：有許多外來的 DNA 在它的基因組內。一篇由 MBL 與哈佛大學的 Irina Arkhipova 及 Matthew Meselson，以及哈佛畢業生 Eugene Gladyshev 在本週 Science 上所發表論文中，基因 -- 從細菌、真菌，甚至來自於植物 -- 大量水平轉移到 bdelloid rotifer 的基因組中。

雖然水平基因轉移在細菌物種中很常見，不過在動物界有如此龐大歸模的轉移倒是前所未聞 -- 直到這項研究。

"輪蟲能吸收外來基因，那從非常不同的來源獲得，能夠在宿主內運作，這真的相當令人吃驚，" Arkhipova 說。"輪蟲或許有能力切入（tapping into）整個環境基因池，那或是種（演化上的）適應，在擴展到新的生態利基（ecological niches）期間很重要，而且甚至對輪蟲物種有所貢獻，" 她說。

這項發現許能幫忙解釋為何輪蟲，那只有無性生殖，能在 4 千萬年的演化期間多樣化成為超過 360 個種類。有時稱為一宗「演化中傷（evolutionary scandal）」，輪蟲否定了這種概念：性 -- 那在父母的後代中重新結合了他們的 DNA -- 在一種族群上，賦予了多樣性與更大的適應性，也因此提升了它在演化上的成功。Arkhipova 的研究指出，如果輪蟲能從它們的環境中包含外來的 DNA，它們亦能獲得來自於其他輪蟲的 DNA，從演化的觀點來看，那同有性行為一樣好。

輪蟲如何能從它們的環境中攫取如此多樣化的基因，並將它合併到它的基因組中是個好問題。通常在動物中，生殖細胞株（germ line）-- 可遺傳的卵與精細胞 -- 受到其餘體細胞的保護免受環境的攻擊，例如外來 DNA 的入侵。這些體細胞無法遺傳而且能夠「隔離」生殖細胞株。對於「為何輪蟲的生殖細胞株如此暴露以進行環境的交換」的見解，Arkhipova 說，"全都是推測。不過我們對這件事談了很多！"

線索之一是，輪蟲能在完全乾燥下存活的不尋常能力，那對絕大多數的生物來說是致命的。當水從它們的環境中消失，輪蟲進入一種假死、脫水的狀態，而且能維持數個月甚至是數年之久。不過一旦水回來了，它們就會突然回神，到處活動、吃東西並再度開始繁殖。

在乾燥階段，Arkhipova 說，"你能想像輪蟲的膜與 DNA 有損害的可能性。而且不只有輪蟲變乾，而是它所消耗的每樣東西都會變乾。" 如果輪蟲的 DNA 與它的食物都在乾燥期間分解，"這將提供良機給（外來的）DNA 以進入輪蟲的生殖細胞株。在重新給水期間，DNA 破損不知怎地被修復了，而外來 DNA 很可能會被合併，" 她說。

這個構想的靈感是來自於 Gladyshev 與 Meselson 在今年發表的研究，那證實輪蟲對於離子化輻射（那能使它們的 DNA 支離破碎）有異常良好的恢復力。輪蟲能修復 DNA 斷裂的天資很可能是從它們易於乾燥的生活方式演化而來。"輻射與乾燥的效應或許相當類似，而且意味著染色體及膜的毀損，" Arkhipova 說。

Arkhipova 的團隊在輪蟲基因組中所發現的絕大多數外來基因，都聚集在靠近染色體的尖端，為端粒（telomeres）之處，"如同我們先前為了移動式元素所作的證明（Gladyshev and Arkhipova, 2007），" Arkhipova 說。"或著，相對於防備更加有害的 DNA 嵌入到染色體中央、富含基因的區域那樣的有效率，那只不過是沒有被選擇罷了。"

※ 相關報導：

＊ Massive Horizontal Gene Transfer in Bdelloid Rotifers
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/320/5880/1210