这些叫做虫瘿的结构,几个世纪以来一直吸引着生物学家。它们是由各种昆虫制作的,包括一些种类的蚜虫、螨虫和黄蜂。它们有无数种形式,每一种形状和大小都与制造它们的昆虫种类不同——从旋钮到锥形突起再到又长又细的尖刺。有些甚至像花。
昆虫通过控制植物的发育来制造虫皮,但弄清楚它们是如何完成这一壮举的“感觉上像是生物学上最大的未解决的问题之一,”霍华德·休斯医学研究所雅内利亚研究所的研究小组组长大卫·斯特恩说。一个王国的有机体如何控制另一个王国的有机体的基因组来完全重组它的发展,为自己创造一个家?
现在,斯特恩和他的同事们已经发现了直接指导胆囊发育的昆虫基因的第一个例子。这些基因在蚜虫的唾液腺中启动,当蚜虫把唾液吐到植物上时,
杏耀娱乐平台 ,它们似乎引导了虫瘿的形成。研究人员在3月2日发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的一篇论文中称,他们发现的一种基因决定了这种虫瘿是红色还是绿色。
“我认为他们已经发现了本质上新的领域,”范德比尔特大学(Vanderbilt University)的分子生态学家帕特里克·阿博特(Patrick Abbot)说,他没有参与这项工作。他说,很有可能在其他昆虫中也发现了类似的基因。“这让我想跑回实验室,开始回顾我的数据。”
斯特恩说,弄清楚如何研究gall的形成一直是一个长期的挑战——他在马来西亚读研究生时就对这个问题感兴趣,当时他正在进行实地考察。制造胆结石的昆虫不像果蝇那样是实验室模型生物,对于它们的基因也不太了解。
几年前,斯特恩在Janelia滨河校园的树林里闲逛时,做了一个很方便的观察。山茱萸蚜虫在校园里随处可见的开花小树金缕梅上结出虫瘿。斯特恩注意到,即使是在一片叶子上,一些霍尔玛蚜虫长出了绿色的瘿,而另一些则长出了红色的瘿。它建立了一个自然实验——有机会比较两种明显不同的虫瘿,找出制造它们的蚜虫之间的基因差异。
当Stern和他的团队对产生绿瘿的蚜虫和产生红瘿的蚜虫的基因组进行排序时,他们找到了两个基因组之间不同的一个基因。有一种被他们称为“胆色决定因子”的基因的蚜虫会产生绿色的胆;有不同版本的蚜虫会变成红色的。这一发现激起了他们的好奇心,因为这种基因与之前发现的任何基因都不一样。
为了深入研究,他们从金缕梅树和河桦树上收集了蚜虫。(夏天角蚜生活在河边的桦树上,但不会在那里生瘿。)回到实验室,研究人员仔细解剖了这种昆虫微小的唾液腺。在这些腺体中,研究小组寻找只在产生虫瘿的蚜虫身上才会启动的基因。研究人员发现,决定蚜虫胆囊颜色的基因与其他数百个专门在形成胆囊的蚜虫中启动的基因相似。斯特恩的研究小组将这组基因命名为“自行车基因”。
金缕梅树上制造虫瘿的蚜虫会打开这些基因,杏耀登录地址制造自行车蛋白。斯特恩实验室的研究科学家艾西瓦娅·科尔冈卡(Aishwarya Korgaonkar)帮助领导了该项目,她说,这种昆虫可能会将这些蛋白质吐入植物细胞,重新编程叶子组织,使其产生胆汁,而不是正常的植物部分。
Korgaonkar说,这个研究小组现在正在努力识别蚜虫的自行车蛋白所针对的植物分子。这可以帮助他们了解自行车蛋白是如何刺激植物形成虫瘿的。
斯特恩说:“多年来,我一直想知道发生了什么事,现在终于有东西可以展示了,这是非常值得的。”