New phyologist|英国谢菲尔德大学研究团队揭示作物间侧向基因转移

我们对于动植物进化方面的大部分知识和概念都是建立在遗传信息从父母传递给后代的基础上。然而，这些本已经得到普遍认同的观点又一次被强大的进化力量挑战。

近日，发表在《New phyologist（新植物学家）》上的一项新研究中，由英国谢菲尔德大学领导的研究团队发现，在全球范围内种植的禾本科植物，如小麦、玉米、水稻和大麦等，竟然可以跨越广泛的进化距离将遗传物质从一种植物转移到另一种植物中。这一发现为开发更能抵抗气候变化影响的作物提供了重要信息，并将有助于解决粮食安全问题。

这种基因转移过程被称为侧向基因转移（LGT，也称横向基因转移）。一个物种的适应潜力受到其进化史、现有遗传变异数量和新突变的限制，LGT使其能够通过在已经进化出重大生殖障碍的品系之间交换遗传物质来克服这些限制。它是一种强大的进化力量，对物种及其后代的进化轨迹产生深远影响。LGT可以使作物向着更快、更高、更强生长，并能迅速适应新环境。

在这项研究中，研究人员使用系统发育基因组学方法将17种不同的草基因组进行了扫描，并对它们之间的LGT进行量化。采样的物种属于五种不同的禾本科植物，涉及8000多个物种，占整个家族多样性的70%以上。每一种植物都由至少两个不同的物种代表，这使研究人员可以监测它们之间转移的基因数量。此外，这些物种还代表了它们各自的驯化状态、生长策略、基因组信息和倍性水平。

研究人员发现，在所筛选的17个物种中，都发生了侧向基因转移（LGT）。不仅野生物种中能检测到LGT，而且主要作物品种中也能检测到。例如，玉米（Zea mays）从虎尾草亚科（Chloridoideae）和黍亚科（Paniceae）“转”来了11个LGT；而小麦（Triticum aestivum）从高粱族（Andropogoneae）、虎尾草亚科（Chloridoideae）和黍亚科（Paniceae）那里“转”来了10个LGT（见下表）。

研究人员表示，这些侧向基因转移（LGT）可能对作物有益，因为转移的基因位点包括一些与非生物胁迫耐受性和抗病性有关的功能。

研究通讯作者、谢菲尔大学植物科学系Luke Dunning博士说：“通过从'邻居'那里借来基因，禾本科植物走上了一条进化捷径。虽然只有相对较小比例的基因在物种之间转移，但这一过程使让它们可以从其他物种中'挑三拣四’。”

这项新发现迫使我们应该重新考虑对转基因粮食作物的看法，因为现实已经很明显，无论是野生物种，还是农作物都在使用非常相似的过程。侧向基因转移（LGT）可以使遗传物质跨越更广泛的进化距离，这意味着它可能比通过有性繁殖和染色体重组进行杂交产生更大的影响。

研究第一作者、谢菲尔大学植物科学系Samuel Hibdige博士说：“我们还不知道这是如何发生的，也不知道其全部影响是什么，但侧向基因转移确实广泛存在于禾本科植物中，也就是我们大部分食用的农作物。我们在它们中检测到了外源DNA，这表明外源DNA并不局限在具有特定性状的物种。”

该团队表示，在未来的工作中，他们将确定草类物种中侧向基因转移背后的生物学机制，并将调查这是否是有助于作物品种发展的持续过程。