跳过内容 保持水平 跨物种转移基因不仅仅发生在微生物中。上周，我们探讨了一项关于复杂细胞起源的新研究，该研究表明我们祖先的基因组是由多个物种的片段拼凑而成的。这突出了一个叫做水平基因转移的现象，在这种现象中，一个物种的基因被融入到一个远缘物种的基因组中。水平基因转移的频率意味着，除了通过共同祖先关联的整齐分支的物种树外，还有连接生命树远离分支的小线程。我们很容易发现，水平基因转移在微生物中很普遍。它们通常生活在复杂的群落中，可能充满了死细胞和受损细胞的DNA。此外，细菌和古菌之间缺乏一个在DNA和细胞其余部分之间的膜，这使得环境DNA更容易找到达到基因组的途径。然而，本周的一项新研究表明，甚至在多细胞动物中，水平基因转移也相当普遍。它通过检查多种蟑螂的基因组来支持这一观点，这些蟑螂的细菌DNA已经存在了数百万年。 横向基因转移 细菌和古菌都没有像细胞核那样的结构来存储DNA。因此，任何进入细胞的DNA都有可能与基因组交织在一起，并被永久性地纳入。这种永久性纳入通常受到DNA损伤修复酶的帮助，它们有时通过插入任何在细胞中遇到的DNA来“修复”损伤。水平基因转移在微生物中是一个重要因素的另一个原因是它们缺乏专门的生殖细胞。如果外源DNA被纳入任何细胞的基因组，它将被该细胞的所有后代继承。相比之下，在多细胞动物中，任何被纳入肝细胞基因组的外源DNA将不会被任何东西继承。因此，你不仅需要将外源DNA带入细胞核，还需要将其带入正确细胞的细胞核。复杂多细胞动物中的水平基因转移被认为是稀有的。当研究人员开始测序动物基因组时，他们发现大多数基因组中散布着很多病毒片段。但他们没有发现许多细菌DNA片段。这部分是因为组装基因组的软件被设置为将细菌序列视为污染。这并不不合理，因为我们通常通过将动物DNA放入细菌中培养大量拷贝。此后，我们已经开发了技术，使我们能够在不培养大量细菌拷贝的情况下测序DNA。我们还具备获取扩展DNA片段序列的能力，有时长度达到数千个碱基。这些“长读”DNA序列通常会覆盖细菌序列与动物序列相遇的两个边界，这清楚地表明细菌版本并不是污染的结果。随着时间的推移，越来越明显的是，数十个动物基因源于水平基因转移——包括我们自己基因组中的多个基因。而这只是基因。如果考虑基因组中没有编码基因的区域，来自其他物种的贡献就大得多。 大量DNA，少量影响 一个研究小组决定通过编制一份与之相关的动物物种中发现的水平转移DNA的全面清单来获得更深入的认识。他们选择了蟑螂，并且有很好的理由。蟑螂与白蚁密切相关。白蚁在其主要由糖分子聚合物组成的木材饮食中，摄入的氮含量不高。为了弥补这一点，它们依赖于名为Blattabacterium的内共生细菌，这些细菌栖息在白蚁的体内，能高效回收那些在其他物种中会作为废物排放的氮。尽管蟑螂的饮食已经经历了大幅多样化，但它们仍然保留了Blattabacterium。由于这些细菌生活在动物的体内，并通过置入蛋中传递给后代，水平基因转移的机会非常多。确实，蟑螂物种中存在大量Blattabacterium DNA。研究小组设置了50个碱基的最低长度，发现不同蟑螂物种在93到4,900个细菌序列实例之间波动。大多数这些序列较短——中位数大小仅为160个碱基。根据物种的不同，75%以上位于不编码基因的区域。某些插入物似乎自蟑螂谱系起源以来就存在，而其他的则在密切相关的物种中共享，表明它们更近期的起源。显然这些序列对蟑螂并没有真正做什么有用的事情——它们是偶然进入的，并且未造成足够的损害。