水平基因转移，让寄生虫能够操纵宿主

日本理化研究所生物系统动力学研究中心(BDR)的Tappei Mishina领导的一个研究小组发现，寄生虫利用窃取的基因操纵宿主，这些基因可能是通过一种被称为水平基因转移的现象获得的。这项研究发表在10月19日的科学杂志《Current Biology》上。

许多寄生虫操纵宿主的行为以确保它们的生存和繁殖能力。Horsehair展示了这种行为控制最复杂的例子之一。这些马毛虫出生在水中，它们利用蜉蝣等水生昆虫搭便车到干燥的陆地上，在那里坐等，直到被蟋蟀或螳螂等陆生昆虫吃掉。一旦马毛虫到达这些寄主，它就开始生长并操纵寄主的行为。成熟的马毛虫最终诱导宿主跳入水中，往往使宿主最终死亡，从而完成自己的生命使命并进行繁殖。

先前的研究表明，马毛虫劫持了它们宿主的生物途径，增加了它们向光的移动，从而导致宿主接近水。科学家们认为，这是通过模仿宿主中枢神经系统的分子来实现的，但这些寄生虫究竟是如何发展出这种分子模仿的，仍然是个谜。

为了回答这个问题，研究人员在操纵螳螂宿主之前、期间和之后，分析了马毛虫的全身基因表达。他们发现，当宿主被操纵时，超过3000个毛虫基因表达得更多，1500个毛虫基因表达得更少。另一方面，螳螂大脑中的基因表达没有改变，实际上无法与未感染的螳螂区分开来。这些结果表明，马毛虫产生自己的蛋白质来操纵宿主的神经系统。

接下来，研究人员搜索了一个蛋白质数据库，以探索马毛线虫用来操纵螳螂的基因的起源。Mishina说:“引人注目的是，许多在操纵宿主方面发挥重要作用的马毛蠕虫基因与螳螂的基因非常相似，这表明它们是通过水平基因转移获得的。”水平基因转移是一种生物过程，其中基因从一个生物体转移到另一个生物体，但不通过繁殖。它可以产生重大的进化后果，允许生物体迅速获得新的基因或功能，潜在地帮助它们适应新的环境或生活方式。

进一步的分析支持了这样一种观点，即在马毛虫中看到的分子模仿很可能是螳螂水平基因转移的结果。特别是，发现有1400多个Chordodes马毛虫的基因与螳螂的基因相匹配，但与不以螳螂为宿主的马毛虫物种缺乏或差异很大。作者得出结论，他们发现的大量模仿基因很可能是在毛虫进化过程中，来自不同螳螂物种的多次水平基因转移事件的结果。这些基因，特别是那些与神经调节、光吸引和昼夜节律相关的基因，似乎在宿主操纵中发挥作用。

水平基因转移是细菌进化抵抗抗生素的主要途径之一。Mishina认为，当我们发现更多多细胞生物之间水平基因转移的例子时，我们将对这种现象以及一般的进化有更深入的了解。Mishina说:“我们在毛虫身上发现的许多水平基因转移案例可以作为一个很好的研究模型。利用这个模型，我们希望确定水平基因转移的机制，并推进我们对进化适应的理解。”

Massive horizontal gene transfer and the evolution of nematomorph-driven behavioral manipulation of mantids.