威尼斯官网:昆明植物所在竹类植物叶绿体基因组中发现水平基因转移,转基因是生物进化及育种技术发展的必然趋势

转基因技术是纯人为创造的技术,是一种非自然的育种手段,在自然界中不存在转基因,培育转基因生物品种违反了自然规律。”这是反对转基因生物育种的主要观点之一,观点并不正确,却得到不少人的认同。

水平基因转移(horizontal gene
transfer,HGT)是指不同物种间,或是同一物种内不同细胞器间或细胞器与细胞核之间遗传物质横向传递的过程。目前已知的水平基因转移主要发生在原核生物以及单细胞真核生物中,对这些类群生物的进化起着十分重要的作用。近年来,越来越多的水平基因转移现象在多细胞真核生物中被发现,尤其是在被子植物不同细胞器之间,如线粒体(mitochondrion)基因组中常存在大量来自叶绿体基因组的水平基因转移。然而,被子植物叶绿体基因组在进化上十分保守,极少发现水平基因转移,目前仅在两种真双子叶植物中有报道。

对于这种错误的观点,有必要进行解释和纠正。那么,自然界中是否具有转基因的存在?我们可以从生物的起源和进化来讨论这一问题。

中国科学院昆明植物研究所李德铢研究组长期致力于竹类植物系统发育研究。近来,该研究组马朋飞等科研人员完成了草本竹类Pariana属3种植物的叶绿体基因组测序,发现其在结构组成、基因含量等特征上与已知的竹类叶绿体基因组十分相似。然而,在该叶绿体基因组的反向序列重复区发现一段大小为~2.7
kb的外源DNA片段,并且通过测序深度分析、PCR克隆扩增等手段证实了拼接序列的可靠性。通过Blast比对分析发现这段外源插入序列与该组报道的铁竹以及先前报道的绿竹线粒体基因组序列具有极高的相似性,推测其为线粒体DNA片段的水平转移。这是第一例发现在单子叶叶绿体基因组中的水平基因转移,进一步证实了被子植物叶绿体基因组中水平基因转移的存在。该研究对于探讨叶绿体基因组中水平基因转移的机制以及在被子植物进化中所起的作用具有重要的意义。

生物起源即转基因的产物

该研究以Evidence for horizontal transfer of mitochondrial DNA to the
plastid genome in a bamboo genus
为题在线发表于国际期刊Scientific
Reports

上。该研究得到了国家自然科学基金以及NSFC—云南省联合基金项目(U1136603,
31170204和31300184)的支持。

千差万别的生物体有一共同的起源,它们都是由核酸组成的基因决定其遗传性状,并且保持世代的稳定性。基因突变和重组是生物进化的主要动力,而这两者均依赖于遗传物质的转移。生物遗传物质的转移有两种方式,一种是纵向转移,即从亲代向子代转移;另一种是横向转移,即在不同生物物种之间转移。

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自然界中一个物种在形成之后主要是以纵向的方式向其后代转移遗传物质,这就是我们通常所说的“种瓜得瓜,种豆得豆”。但我们所看到的瓜和豆仅是表面现象,实际上,变异是生物界永恒的主题,在DNA分子水平上绝大多数子代个体都与其亲代不一样。

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在自然界中,遗传物质的变异是生物进化的动力,而普遍存在着的遗传物质的横向转移现象就是变异的重要原因之一。基因横向转移是基因突破物种界限,从一个基因组转移到另一基因组,这是自然界中最典型的转基因现象。

竹类植物叶绿体基因组中水平转移DNA片段的大小及位置

转基因只不过是人类从大自然那里学来的促进基因横向转移的一种方式。纵观生命的发展历程,我们可以看到,生物起源的本身就是大规模基因横向转移的产物。

生命体最初诞生的形式是以浮游细胞的状态存在的,海洋中最早出现的生物是原始单细胞生物,这些单细胞生物逐渐进化出了一些不同的功能。其中的一部分通过内共生过程,即一种细胞吞噬了另一种细胞的全部基因组,进而进化成了动物或植物;另一部分基本保持了其原始状态而成为今天的蓝藻和细菌。

植物中的叶绿体和线粒体以及动物中的线粒体都被认为是原始单细胞生物所俘获的其他单细胞生物基因组后所形成的。这些不同来源的基因组共生于一个生命体后在核基因组和质体及线粒体基因组之间发生了大量的基因交换,以协调二者之间的基因表达。例如,最近的研究结果证明,被遗传工程用为模式植物的拟南芥的核基因组中就至少有18%的基因来自于叶绿体等质体。在水稻核基因组中也发现了大片段的叶绿体DNA。

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