在没有进化遗传变异的情况下,无性入侵物种找到了适应环境的新方法

Naupactus cervinus象鼻虫

在世界上许多地方,一种常见的入侵物种——斑鸠象鼻虫正在吃一片树叶。资料来源:阿Analia Lanteri/ Ciencias Naturales和Museo de La Plata,阿根廷

韦尔斯利学院的研究表明,尽管象鼻虫是一种无性繁殖的昆虫物种,但象鼻虫通过基因调节来适应新的食物来源,并将表观遗传变化传递给下一代。

没有伴随减数分裂生殖的进化遗传变异的好处,一个无性入侵物种如何随着时间的推移适应新环境而生存?在全雌性象鼻虫物种中,只有未受精卵才能产生雌性后代,这种昆虫的生存技术让人惊讶地发现,这些生物可以将基因调节变化传递给下一代。

韦尔斯利学院(Wellesley College)的一项新研究发现,两种象鼻虫,在世界许多地方都是常见的入侵甲虫,它们一直在利用表观遗传变化来适应和应对它们所吃的植物中的不同毒素。研究结果发表在《公共科学图书馆•综合》标题为“寄主特异性基因表达作为孤雌象鼻虫导入成功的工具”,这对我们如何看待无性入侵者以及基因调控能使它们获得多大的成功具有启示意义。

由Andrea Sequeira、Wellesley College Gordon和Althea Lang ' 26生物科学教授领导的研究人员从2015年开始的五年时间里,从佛罗里达、加利福尼亚和阿根廷收集了孤雌、侵入性和多食性象牙虫、Naupactus cervinus和N. leucoloma的样本。尽管这些象鼻虫来自美国不同的地方,通常是通过商业途径引进的,但它们是无性繁殖的,基因也是相同的。然而,研究小组发现,它们有独特的适应能力,可以产生不同的蛋白质,让它们吃和消化各种植物,甚至是那些产生毒素的植物。

塞奎拉与一个才华横溢的团队合作:韦尔斯利学院的Ava Mackay-Smith, Mary Kate Dornon, Rosalind Lucier, Anna Okimoto, Flavia Mendonca de Sousa,布宜诺斯艾利斯大学和阿根廷拉plata Ciencias Naturales博物馆的Marcela rodriguez, Viviana Confalonieri, Analia Lanteri。他们共同分析了三种基因类型的基因表达模式,通过识别合适的寄主植物、对寄主植物防御的短期适应和对寄主植物防御及其病原体的长期适应,这些基因类型可以介导象鼻虫和寄主植物的相互作用。

塞奎拉说:“我们发现,一些寄主植物群,比如豆科植物,似乎对象鼻虫更吃力,并引发了复杂的基因表达反应。”“然而,象鼻虫对寄主植物的反应与其他胁迫情况(如有机栽培条件和向新寄主的过渡)有许多差异表达基因,这表明存在一种进化上有利的共同基因表达机制来应对不同类型的胁迫情况。”

“我们还发现,母亲能够用这些表观遗传变化‘引导’她们的孩子,”该研究的第一作者、2020年韦尔斯利学院的校友艾娃·麦凯-史密斯(Ava Mackay-Smith)说。“起初,我们以为这些变化只会出现在一代人身上。当我们研究还没有嘴或吃植物的幼虫时,我们发现了来自它们母亲的相同蛋白质和适应能力的证据。”

塞奎拉指出,这一发现尤其重要,因为经典的理解是,无论在有性生殖还是无性生殖中,所有的表观遗传标记都会在两代之间消失,每一代都重新开始。

“这些母亲实际上是在给她们的后代打气,让他们为食草昆虫世界的严酷现实做好准备,将这些基因调控‘提示’一代一代地传递下去。”

麦凯-史密斯认为,更好地了解入侵性无性物种的表观遗传变化,最终可能有助于调节或减轻它们对环境(例如本地植物或作物)的潜在负面影响。“知道这种昆虫的全部技能后,你可以想象,既然我们现在已经识别出了不同调节的蛋白质,你可以针对一种特定的蛋白质,设计一种靶向杀虫剂,只清除这种象鼻虫,而不伤害其他本地昆虫或动物。”

Mackay-Smith和Sequeira都很兴奋地看到,也许不是唯一形式的遗传变异遗传变异为自然选择行动和表观遗传过程可能会增加生物的进化潜力,以应对压力和其他环境challenges-adaptations可能相关的上下文气候变化的。

参考:Ava Mackay-Smith, Mary Kate Dornon, Rosalind Lucier, Anna Okimoto, Flavia Mendonca de Sousa, Marcela rodriguez, Viviana Confalonieri, Analia a . Lanteri和Andrea S. Sequeira, 2021年7月30日,《公共科学图书馆•综合》
DOI: 10.1371 / journal.pone.0248202

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