在果蠅體內發現了最大的細菌到動物的基因轉移

果蠅的基因組不僅僅是由果蠅的DNA組成的——至少對一種果蠅來說是這樣。馬里蘭大學醫學院(UMSOM)基因組科學研究所(IGS)的一項新研究表明，一種果蠅含有一種細菌的全部基因組，使這一發現成為迄今為止發現的最大的細菌向動物遺傳物質轉移。這項新研究還闡明了這是如何發生的。

在UMSOM和IGS的微生物學和免疫學教授Julie Dunning Hotopp博士的帶領下，IGS的研究人員使用了新的基因長讀測序技術，展示了8000年前來自細菌Wolbachia的基因是如何融入蒼蠅基因組的。

研究人員表示，他們的發現表明，與達爾文雀或孟德爾豌豆不同，基因變異并不總是小的、遞增的和可預測的。

科學家芭芭拉·麥克林托克在20世紀40年代首次發現了“跳躍基因”，即那些可以在其他物種基因組內移動或轉移到其他物種基因組中的基因。然而，研究人員繼續發現它們在進化和健康中的重要性。

鄧寧·霍托普博士解釋說:“我們以前沒有技術明確地證明這些基因組中的基因組顯示了如此廣泛的橫向基因從細菌轉移到蒼蠅。”“我們使用了最先進的長讀基因測序技術，做出了這一重要發現。”

這項新研究發表在《當代生物學》6月刊上。

在過去，研究人員必須將DNA分解成短片段，以便對其進行測序。然后，他們需要像拼圖一樣將它們組合起來，來觀察一個基因或DNA片段。然而，長讀測序技術允許對超過10萬個DNA字母進行測序，將一個100萬塊的拼圖變成一個為幼兒設計的拼圖。

除了長時間的讀取，研究人員還驗證了整合的細菌基因和宿主果蠅基因組之間的連接。為了確定細菌基因是否具有功能性，而不僅僅是DNA化石，研究人員對果蠅的RNA進行了測序，專門尋找從插入的細菌DNA模板中生成的RNA副本。他們發現，細菌基因被編碼成RNA，并被編輯和重新排列成新修飾的序列，這表明遺傳物質是有功能的。

對這些獨特序列的分析顯示，細菌DNA在過去的8000年里融入了果蠅的基因組——完全是在4號染色體中——擴大了染色體的大小，占4號染色體的20%左右。全細菌基因組整合支持基于dna而不是基于rna的整合機制。

研究人員發現，一種普通細菌沃爾巴克氏體的完整細菌基因組轉移到了果蠅的基因組中。他們還發現了一個幾乎完整的第二基因組，甚至更多，其中有一些細菌基因組區域的近10個拷貝。

“一直有一些人對橫向基因轉移持懷疑態度，但我們的研究第一次清楚地展示了沃爾巴克氏體DNA整合到果蠅基因組中的機制”。

“這項新研究展示了基礎科學最好的一面，”E. Albert Reece說，“它將有助于我們對進化的理解，甚至可能幫助我們理解微生物是如何促進人類健康的。”

沃爾巴克氏體是一種細胞內細菌，可以感染多種昆蟲。沃爾巴克氏體通過母系雌性卵細胞傳播其基因。一些研究表明，這些感染比寄生感染更具有互惠性，使昆蟲具有一些優勢，例如對某些病毒的抵抗力。

果蠅的測序時間僅比人類基因組早三年，由于果蠅與人類基因有大量相似之處，果蠅長期以來一直被用于基因組研究。事實上，導致人類疾病的75%的基因也可以在果蠅中找到。