2800万年前的一个基因保护今天的植物免受毛虫侵害

根据今天发表在《eLife》上的一份报告，植物用来识别和应对一种常见害虫--毛虫--的防御机制是由一个经过数百万年进化的单一基因产生的。

该研究发现，一些植物，如大豆，随着时间的推移已经失去了这种保护性基因，并建议通过培育植物或对其进行基因工程来重新引入这种基因，可以防止作物歉收。

植物的健康状况取决于它所继承的免疫系统。在植物中，这意味着继承了某些类型的模式识别受体，可以识别不同的病原体和食草动物产生的肽，并触发适当的免疫反应。

"继承正确类型的模式识别受体可以使植物识别威胁并应对疾病和虫害，"主要作者、美国华盛顿大学生物系博士后研究员西蒙-斯诺克解释说。"尽管我们知道许多害虫衍生的分子可以激活植物的免疫反应，但我们对植物如何进化出感知新威胁的能力的认识是有限的。"

为了解决这个问题，研究小组着手确定使植物能够对一个共同的威胁--毛虫做出反应的关键进化事件。人们已经知道，一组豆科植物中的物种--包括绿豆和黑眼豆--能够独特地对毛虫啃食植物叶片时从其口中产生的肽做出反应。

因此，他们深入研究了这组植物的基因组，以了解一种叫做受体素受体(INR)的共同模式识别受体是否在数百万年中发生了变化，获得或失去了识别毛虫的能力。

他们发现，一个2800万年前的单一受体基因与植物对毛虫肽的免疫反应完全一致。他们还发现，在最早进化出受体基因的最古老的植物祖先的后代中，有几个不能对毛虫肽做出反应的物种已经失去了这个基因。

为了了解这个古老的基因是如何获得识别当今病原体新肽的能力的，研究小组采用了一种叫做祖先序列重建的技术，他们结合了所有现代受体基因的信息来预测2800万年的原始序列。这个祖先的受体能够对毛虫肽做出反应。然而，在受体序列中有16处变化的稍旧版本则不能。

这一遗传历史，加上显示古代和现在受体结构可能不同的计算机模型，为受体如何进化提供了线索。它表明，在3200多万年前，有一个关键的新基因插入祖先植物的基因组，随后新受体的各种形式迅速进化。其中一种形式获得了响应毛虫肽的能力，这种新的能力现在被几十个豆科植物的后代所共享。

"高级作者、华盛顿大学生物系助理教授AdamSteinbrenner总结说："我们已经确定了一个关键的免疫性状在植物进化过程中的出现和二次损失。

"在未来，我们希望更多地了解产生新的受体多样性的基因组水平过程，并在植物群体中确定尚未知晓的免疫受体。随着越来越多的基因组数据的出现，这种方法将确定'缺失'的受体，这些受体是重新引入植物以帮助保护农作物的有用性状。"