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你的他的牠的都可能變成我的--基因的平行轉移

編譯/ 王希文

電影侏儸紀世界裡的帝王暴龍因為被植入了樹蛙、烏賊和迅猛龍等其他生物的基因,不僅得到了調節體溫、改變膚色等特殊能力,更擁有讓主角一行人和螢幕前的你我膽顫心驚的超高智能,而這一切,就是「基因平行轉移」的成果。

為了戲劇效果,電影中呈現的基因轉移成果當然是誇張了一點,但所謂的「基因平行轉移」,又稱「水平基因轉移」或「基因側向轉移」,指的就是生物體間利用傳統生殖之外的方式進行基因的轉移。與此相對的,「基因垂直轉移」是基因經有性或無性生殖由親代轉移至子代。而「基因平行轉移」的現象並非只有在實驗室裡才會發生,在自然界其實也屢見不鮮。

什麼是基因平行轉移?

基因平行轉移(horizontal gene transfer,簡稱HGT)首次被提出是在1951年,美國西雅圖的學者在一刊物中指出,若在不具毒性的白喉桿菌(Corynebacterium diphtheriae)中轉移一段病毒基因會促使此桿菌具有毒性(同時解決了白喉之謎,即有些病患在感染後並未立即出現症狀,之後才突然地發病或一直維持帶原不發病)。此一現象在細胞內寄生蟲沃爾巴克氏體(Wolbachia)與其昆蟲宿主間,以及細菌的幾個基因與特定細胞--如癌症細胞--間,都是有被觀察到的。甚至我們經常吃的蕃薯中,也發現了農桿菌的基因序列。

今年三月更有學者刊出其研究成果,指出許多動物的基因體在演化的過程中都經由基因平行轉移包括了細菌及真菌類的基因。經由比對26種動物基因體樣本,包含10種靈長類、12種果蠅(Drosophila)與4種線蟲(Caenorhabditis),他們透過計算多細胞生物或動物的基因序列與非多細胞生物的序列,將非常相似於非動物的序列視為基因轉移的結果。

他們計算得出的數據中,大約55%至88%分析的基因與原核生物的有顯著地相似度,可推測是由基因轉移而來。「我們本就想著基因平行轉移發生的情況應該比人們過去所想的要廣泛。」來自劍橋大學的阿拉斯泰爾‧克里斯普(Alastair Crisp)說道,他同時也參與此項研究。

克里斯普和他的團隊同時也發現多細胞生物中有些外來的基因是酵素,且極有可能還具有生物化學活性。在其中三種線蟲和所有的靈長類的基因體中,有95%的外來基因有自己的內含子(intron),表示這些基因可能在時間推移之下已被馴化(因原核生物之基因體不含內含子,為真核生物特有)。

基因平行轉移時至今日仍在進行著。雖然在人類與其他靈長類的基因體中,外來基因似乎只在他們最後的共同祖先中出現轉移,不過在某些果蠅和線蟲中,也可發現近代轉移的證據。

「有些物種比其他物種更容易產生基因的平行轉移。」美國麻省伍茲霍爾的分子遺傳學家伊琳娜‧阿爾希波娃(Irina Arkhipova),她雖然沒有參與此次研究,卻也說:「但這絕對有可能發生且已經在演化中發生過,在形成多細胞生物的基因套路的功能多樣性中佔有一席之地。」

也沒有參與這項研究計畫的美國加州大學戴維斯分校的喬納森‧艾森,則注意到這個研究的結果中並未確鑿地排除基因缺失對他們成果可能造成的影響。

「在基因平行轉移的相關研究中這是相當常見的。」艾森透過電子郵件與「科學家(The Scientist)」雜誌說。「許多學者會拿出與基因平行轉移有一致性的證據(正如他們在此所做),但很少人會明確地檢驗其他的假設如基因缺失、錯誤的序列比對、趨同演化、趨異演化、噪音等。」

「我想這些結果最後不會被普遍認同。」研究主持人克里斯普說。「但我想應該有助於爭議的減少。」

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王希文

王希文

泛科學編譯作者 熱愛吃東西,尤其是甜點