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它是地球上最古老的物种之一，比恐龙早出现1亿2千万年；它可以在没有头的情况下存活数周，死亡的原因竟然是饥饿；它也曾跑过龙套，因出现《唐伯虎点秋香》被观众熟知；它就是今天的主角——蟑螂小强。 几千年来，蟑螂一直是人类最不想要，但又难以摆脱的室友之一。蟑螂是严重的公共害虫，其中美洲蟑螂是最接近人类的昆虫之一。它是一种杂食性食腐动物，生长速度快、繁殖能力强，而且具有组织再生能力。尽管我们与蟑螂有着无数次尴尬的亲密接触，但这些昆虫身上仍然有很多我们不了解的地方。
3月20日，来自华南师范大学的科学家们在Nature Communication上发表了一项新研究。美洲蟑螂基因组的首次测序，揭示了为什么蟑螂小强如此顽强。在已测基因组的昆虫中，美洲蟑螂拥有第二大基因组，仅次于蝗虫。它们拥有2万多个基因，使其遗传密码与人类一样大。  研究人员发现，美洲蟑螂与化学感受（生物体响应环境中化学刺激的过程）和解毒（承受化学和生物因素影响）、免疫相关的基因家族都发生了扩张。正是这一套独特的基因组配置，让它们立于不败之地。 感应灵敏 化学感受本质上是一种动物通过嗅觉和味觉感知周围世界的能力，主要由三种特异性化学感应受体家族的成员组成：嗅觉受体（OR），味觉受体（GR）和离子型谷氨酸受体（IR）。  首先，美国蟑螂有着难以置信的嗅觉。美洲蟑螂的基因组中共发现154个OR，几乎是其他昆虫种类的两倍。大量的OR可以帮助美洲蟑螂更容易地检测食物的痕迹（气味），特别是美国蟑螂喜欢的发酵食物。
美洲蟑螂基因组的IR基因家族也发生了扩张，总共有640个候选IR，远远高于白蚁基因组中的148个。 IR在整个脊椎动物和无脊椎动物神经系统的突触中介导神经元通讯，并介导对挥发性化学信号和温度的反应。因此，IR也可能对蟑螂的环境适应能力有很大贡献。 这些基因的扩张帮助美洲蟑螂扩大其在世界各地的立足点，让它们无论在哪里，都可以不愁吃喝；同时，非常精细的化学受体系统，又能使它们避免中毒。 百毒不侵 在研究蟑螂的进化历史时，研究人员还发现，随着时间的推移，特别是与化学吸收和解毒有关的基因家族，变得更加广泛。使得美国蟑螂有更多的酶来分解毒素和拥有更强的免疫系统。  解毒系统包括各种酶和异源转运蛋白，这些转运蛋白对于昆虫来说很重要，可以化解大量毒素。昆虫在长期的进化历程中，为适应植物中有毒次生物质，产生了一套巧妙的适应机制：利用植物的信号物质诱导活化自身解毒酶活性，达到提早武装自己以免遭受食物中有毒物质侵害的目的。
这种解毒机制中到底是什么基因在起作用呢？研究表明，昆虫具有三大解毒酶系：细胞色素酶P450、谷胱甘肽转移酶和乙酰胆碱酯酶。研究人员一共在美国蟑螂基因组中鉴定到178个P450家族基因。
P450在昆虫体内执行着许多重要的功能，不仅可以催化内源性物质的生物合成和降解，维持生物体的正常功能，还可以针对外源性物质（如杀虫剂、植物次生物质）起到解毒与活化作用。由P450介导的杀虫剂代谢解毒作用的增强，是昆虫产生抗药性的常见而重要的机制。
 除了解毒系统，美洲蟑螂还有强大的免疫系统。它们完全依靠先天免疫系统来抵抗感染微生物，以对抗所有遇到的细菌感染。蟑螂通常生活在潮湿和不卫生的地区，因此，他们有很多机会接触到微生物和病原体。在遭遇细菌和真菌感染后，美洲蟑螂的免疫系统被激活，导致抗微生物肽的合成和分泌。在美洲蟑螂基因组中鉴定了11种抗菌肽，足以保证小强的“金刚不坏”之身！ 再生Buff 与此同时，研究人员还发现了一些基因，这些基因可以解释蟑螂在其生命的某些阶段快速重新生长四肢的不可思议能力，以及帮助昆虫改变其生长速度的基因。研究人员认为，这种“发育可塑性”，是蟑螂能够在任何地方生存和成功的另一个关键方面。美洲蟑螂在若虫期具有较强的肢体再生能力，这是在中国称之为“小强”的主要原因。  科学家们已经发现许多重要的信号通路参与果蝇和脊椎动物的伤口愈合和组织修复。而此次在美洲蟑螂基因组中，也发现了这些信号途径通路的大多数关键组成部分，其中多条促使伤口愈合和组织再生的基因家族发生了扩张。
强大的修复基因造就了蟑螂这种令人印象深刻断肢再生的能力。这么强大的功能自然要被人类所用，其实，美洲蟑螂一直被用作中药的成分，早在《本草纲目》和《神农本草经》均有记载。在中国，美国蟑螂乙醇提取物“康复新液”，被用作创伤愈合和组织修复的处方药物。 且不说效果如何，拥有如此的Buff加成，小强也是羡煞旁人了！ 强大的基因可以让蟑螂自由穿梭于人类、食物和垃圾之间，但是这也意味着它们可能会传播多种疾病的病原体。美国政府用来消灭蟑螂一年的费用就达到15亿美元，大约是用在防治艾滋病预算的两倍。随着测序技术的发展，通过对蟑螂基因的透彻研究，或许在未来的某一天可以找到打败小强的方法。 /End. |
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