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左边为正常蚊子幼虫的外骨骼（exoskeletons），右边为gooseberry 基因被敲除的蚊子幼虫的外骨骼。 图片来源：ALYS JARVELA/UNIVERSITY OF MARYLAND 来源 马里兰大学 翻译 胡琦琳 编辑 戚译引 美国马里兰大学（University of Maryland）的昆虫学家发现，蚊子体内缺失一种对于其它昆虫生存有着重要作用的基因，即负责排列昆虫身体分节的基因。但研究人员也发现，在蚊子体内有一种相关的基因通过演化，替代了缺失的基因的工作。尽管有实验室研究表明，相似的基因可以被改造成所需替代的基因，但这项研究首次发现，两个基因在演化中分道扬镳很长时间后，其中一个仍然能够通过自然演化，替代另一个基因行使关键功能。 这项工作说明，在使用模式生物对不同生物物种得出遗传学结论时需要非常谨慎。它也为专门研究蚊子防治策略给出了一种潜在途径。这项研究于 2020 年 9 月 30 日发表在 Communications Biology 期刊上。 “每一种节肢动物的身体都会发生分节。你可能会认为它们都是以相同的方式发育。但我们发现事实并不是如此。”这项研究的第一作者，UMD 昆虫系博士后助理 Alys Jarvela 说，“在生物学中，我们通过研究某一种模式生物（model organism），并假设它的生理过程本质上和其他有机体相同，使用的基因也一样，获得了许多信息。这种方法仍然十分有效。但是，我们知道也存在一种可能，就是自然环境中基因的互相取代。” Jarvela 偶然发现蚊子身上缺失的基因。她起初研究蟋蟀，并尝试将蟋蟀的基因序列与其它昆虫的基因序列进行比较，来交叉检查她的基因样本。她对 paired 基因尤为感兴趣，它是为数不多的几种引导昆虫等节肢生物重复身体某个部分的基因之一。实验室研究表明，当果蝇的 paired 基因被敲除或者沉默，果蝇的体节就都无法发育，进而无法存活。 “我只是想尝试找到蚊子的 paired 基因作为参考点，但是我找不到它。” Jarvela说。 当她在所有公开的蚊子基因组数据库中寻找 paired 基因时，她发现所有的蚊类都没有这种基因。“一旦接受了 paired 基因缺失的事实，我们都觉得这是个让人难以置信的谜团，随即调整了研究方向，以满足我们的好奇心。”Jarvela 说。 Jarvela 的团队查找了与蚊子关系密切的蝇类的基因组，发现蝇类都含有 paired 基因。这表明 paired 基因的缺失是近期发生的演化，而且只有蚊子发生了这种演化。研究人员很清楚，蚊子体内一定存在与其它昆虫的 paired 基因具有相同功能的基因。 他们在 1996 年的果蝇实验中发现了与这个基因可能有关的线索。在那项研究中，科学家们将 paired 基因消除，并替换成一种名为 gooseberry 的基因，这种基因通常在发育后期发挥独特的作用。这是个精心设计的实验，它表明当 gooseberry 基因在发育期间某个恰当时间表达时，即使果蝇没有 paired 基因，也能发育出正常的、交错排列的节，并且存活了下来。 为了弄清楚 gooseberry 基因是否已经自然演化成蚊子 paired 基因的替代品，Jarvela 和她的团队利用 CRISPR 技术敲除了斯氏按蚊（Anopheles stephensi）的 gooseberry 基因。突变的蚊子胚胎看起来就像在实验室被消除了 paired 基因的果蝇胚胎。 “这项研究表明，即使不同的物种具有某个相同的特性或特征，它们的遗传机制也可能是不同的。” UMD 昆虫系主任、也是这项研究的第二作者 Leslie Pick 教授说，“在这篇论文报告的案例中，即使一个至关重要的基因丢失了，也依旧会产生分节。我们下一步计划寻找昆虫基因调控网络（gene regulatory networks）变异的其它例子，并尝试确定自然界中基因重组的方式。” Jarvela 同样对研究蚊子缺失了 paired 基因还会对发育有什么其它影响感兴趣。因为除了调控体节这一对存活至关重要的功能，paired 基因还会影响雄性果蝇的生育能力。 “这意味着可能有不同的基因调节蚊子的雄性繁殖能力，而且这很可能是蚊子独有的特性。有机会为控制蚊子的同时不伤害蝴蝶和蜜蜂等其它昆虫，提供一种有效的方法。”Jarvela 说。 原文链接： https:///pub_releases/2020-09/uom-mla092520.php |
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