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根据新发表在开放杂志Genome Biology上的研究结果,许多动物包括人类,在远古时代,从与它们共同生活的环境微生物中获得必需的外源基因。该研究结果挑战了动物进化完全依赖于祖先传下来的基因的传统观点,并且表明至少在某些血统中,这一过程仍在继续。
生活在同一环境中的生物体之间进行的基因转移被称为水平基因转移(HGT)。众所周知这一过程发生在单细胞生物中,并被认为是细菌快速进化的重要过程,例如,细菌的耐药性。
水平基因转移被认为在一些动物的进化中发挥了重要作用,包括从微生物和植物中获取基因的线虫以及一些从细菌中获得咖啡浆果消化酶表达基因的甲虫类。然而,有的观点认为HGT还可以发生在一些更加复杂的动物中(例如人类),它们不仅仅直接从它们的祖先获得基因。这些观点引发了广泛讨论和争议。
来自剑桥大学的第一作者Alastair Crisp说:“这是首次发现,水平基因转移广泛发生于动物及人类中,并产生了几十甚至几百个活跃的外来基因。令人惊讶的是,这绝不是罕见的,HGT似乎对许多甚至是所有动物的进化都做出了贡献,而且这一过程还在继续,这意味着我们需要重新评估我们对进化的认识”。
研究人员研究了12种果蝇、4种线虫、以及10种灵长类包括人类在内的基因组。他们计算了每个基因跟其它种中类似基因的相似度,并估计了它们起源于外源基因的可能性。通过与其它物种比较,他们可以估计这些基因大约多久之前被获得。
许多基因,包括ABO血型基因,被确认是脊椎动物通过HGT获得的。而其它大多数基因是参与代谢相关的酶表达基因。
在人类中,他们证实了先前报道的17个基因是通过HGT获得,并另外确认了128个之前未曾报道的人类基因。
这些基因中,一些参与脂肪类代谢,包括脂肪酸的分解和糖脂的形成。其它的则参与免疫反应,包括炎症反应,免疫细胞信号传导和抗菌药反应。更进一步的基因分类则包括氨基酸代谢,蛋白质修饰以及抗氧化活性。
研究团队能够识别出这些被转移的基因可能来自哪类生物。细菌和原生生物在所有研究的物种中是最常见的基因提供者。他们还发现了来自病毒的基因,灵长类动物中有50个甚至更多的基因来自病毒。
另外还有一些基因来自真菌。这就解释了为什么之前聚焦于细菌是HGT来源的研究拒绝接受这些基因是外源基因的观点。
灵长类动物中大部分的基因转移发生于远古时代,发生于脊索动物的共同祖先和灵长类共同祖先之间的某段时间。
作者说,他们的分析可能第五了HGT在动物中的真实程度,复杂多细胞生物间的基因转移也是合理的,目前已知的是一些宿主和寄生虫间的关系。
该研究还对基因组测序产生了更普遍得影响。基因组测序通常会从结果中去掉细菌基因序列,认为它们来自微生物污染。虽然筛选污染是必需的,但是这些细菌DNA序列也可能是动物通过HGT获得的基因组的一部分。作者说,这种可能也不容忽视。