地球最强悍动物测序的惊人发现

最近，来自北卡罗来纳大学教堂山分校（UNC）的研究人员，对一种几乎坚不可摧的缓步动物——水熊虫，进行了基因组测序，并发现了一些他们意想不到的事情：它们基因组的一大部分——近六分之一或百分之17.5，是来自于外源DNA。相关研究结果发表在十一月二十三日的《PNAS》。

　　

生物通报道：缓步动物（tardigrade），更常见的俗名是“水熊虫”，因为它看起来像可爱的多腿小熊。这种微小的动物对几乎所有的东西都有抵抗力：煮，冻，辐射，丢真空——它都很难死掉，可以说是地球上最强悍的生物之一。因此，生物学界对水熊虫不仅叹为观止，而且视之为研究瑰宝，期望它会带来可与果蝇相比拟的贡献。延伸阅读：基因组测序揭开不死虫再生之谜。

最近，来自北卡罗来纳大学教堂山分校（UNC）的研究人员，对这种几乎坚不可摧的缓步动物进行了基因组测序，并发现了一些他们意想不到的事情：它们基因组的一大部分——近六分之一或百分之17.5，是来自于外源DNA。

本文共同作者、UNC艺术与科学学院生物系教师Bob Goldstein指出：“我们并不知道，一个动物的基因组，是由这么多的外源DNA组成。我们知道，许多动物都获得了外源基因，但我们不知道，它会发生到如此程度。”

这项工作，发表在十一月二十三日的《PNAS》，不仅提出了“外源基因和水熊虫在极端环境中的生存能力之间是否存在关联？”的问题，而且进一步延伸了“DNA是如何遗传的”的传统观念。

本文第一作者Thomas Boothby和Goldstein及其同事们发现，水熊虫获得的约6000个外源基因来自于细菌，但也来自于植物、真菌和细菌，通过一个被称为水平基因转移（horizontal gene transfer）的过程——遗传物质在物种之间交换，而不是仅从亲本那里遗传DNA。之前另一个微观动物（称为轮虫rotifer）是具有最多外源DNA的记录保持者，但其具有的外源DNA只是水熊虫的大约一半。相比之下，大多数动物的基因组中，只有百分之一的基因组来自于外源基因。

Goldstein实验室博士后Boothby称：“可以生存在极端压力条件下的动物，可能特别容易获得外源基因——细菌的基因可能比动物更能承受压力。”毕竟，细菌在地球上最极端的环境中已经生存了数十亿年。

研究小组推测，DNA是随机地进入基因组，但是保留下来的基因，让水熊虫能够生存在恶劣的环境中，例如，把水熊虫放在零下80摄氏度冰箱一年，甚至十年后，在解冻后20分钟它又开始四处活动。

Boothby和Goldstein认为，当水熊虫处于极端的压力条件（如干燥条件或极端干燥）时，水熊虫的DNA断裂成小碎片。当细胞补充水份时，细胞膜和细胞核（DNA的保存之处），变得暂时泄漏，DNA和其他大分子可容易地通过。当细胞补充水分后，水熊虫不仅可以修复自己受损的DNA，而且也将来自不同物种的DNA嵌入自己的基因组中。

Boothby说：“我们想起生命树，遗传物质从亲本垂直传递下来。但是随着基因水平转移这个概念越来越被广泛接受，并且更广为人知，至少在某些生物体中，它正开始改变我们思考‘进化和遗传物质传递以及基因组稳定性’的方式。因此，我们不是考虑生命之树，而是可以考虑生命之网，以及从分支到分支的遗传物质交换。所以这是令人兴奋的。我们开始调整对于进化过程的理解。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade
Abstract: Horizontal gene transfer (HGT), or the transfer of genes between species, has been recognized recently as more pervasive than previously suspected. Here, we report evidence for an unprecedented degree of HGT into an animal genome, based on a draft genome of a tardigrade, Hypsibius dujardini. Tardigrades are microscopic eight-legged animals that are famous for their ability to survive extreme conditions. Genome sequencing, direct confirmation of physical linkage, and phylogenetic analysis revealed that a large fraction of the H. dujardini genome is derived from diverse bacteria as well as plants, fungi, and Archaea. We estimate that approximately one-sixth of tardigrade genes entered by HGT, nearly double the fraction found in the most extreme cases of HGT into animals known to date. Foreign genes have supplemented, expanded, and even replaced some metazoan gene families within the tardigrade genome. Our results demonstrate that an unexpectedly large fraction of an animal genome can be derived from foreign sources. We speculate that animals that can survive extremes may be particularly prone to acquiring foreign genes.