蟑螂携带着数千段细菌基因组片段

# 蟑螂体内携带数千段细菌基因组片段 来源：https://arstechnica.com/science/2026/06/cockroaches-scurry-around-with-thousands-of-pieces-of-bacterial-genomes/ 跳转到内容（https://arstechnica.com/science/2026/06/cockroaches-scurry-around-with-thousands-of-pieces-of-bacterial-genomes/#main） 跨物种基因转移并不只发生在微生物中。 上周，我们看了一项关于复杂细胞起源的新研究（https://arstechnica.com/science/2026/06/the-first-complex-cells-had-genes-from-a-complex-mix-of-species/），该研究表明我们祖先的基因组是由多个物种的片段拼接而成。这让我们关注到一种名为水平基因转移的现象——一个物种的基因被整合到另一个亲缘关系较远的物种的基因组中。水平基因转移的频繁发生意味着，除了通过共同祖先将物种联系起来的整齐分叉树之外，生命之树上还有细小的丝线连接着遥远的枝条。 很容易理解为什么水平基因转移在微生物中很常见。它们通常生活在复杂的群落中，这些群落很可能充满了死亡和受损细胞的DNA。此外，细菌和古菌的DNA与细胞其他部分之间没有膜结构隔开，这使得环境中的DNA更容易进入基因组。 然而，本周的一项新研究表明，即使在多细胞动物中，水平基因转移也异常常见。这项研究通过检查多种蟑螂的基因组发现，它们体内含有细菌DNA片段已有数百万年之久。 ## 走向水平 细菌和古菌都没有像细胞核那样的结构来存放DNA。因此，任何进入细胞内部的DNA都有可能与基因组混合并永久整合。这种永久整合通常由DNA损伤修复酶辅助，这些酶有时会通过将细胞中遇到的任何DNA插入来“修复”损伤。 水平基因转移在微生物中如此重要的另一个原因是它们缺乏专门的生殖细胞。如果外来DNA整合到某个细胞的基因组中，它将被该细胞的所有后代继承。相比之下，在多细胞动物中，整合到肝细胞基因组中的任何外来DNA都不会被任何后代继承。因此，你不仅要将外来DNA送入细胞核，还需要将其送入正确细胞的细胞核。 在复杂的多细胞动物中，水平基因转移被认为很罕见。当研究人员开始测序动物基因组时，他们发现大多数基因组中散布着大量病毒片段。但他们没有发现很多细菌DNA片段。部分原因是用于从单个基因组序列片段组装基因组的软件会将细菌序列视为污染来处理。考虑到我们通常通过将动物DNA放入细菌中来培养大量拷贝，这并非不合理。 此后，我们开发出了无需在细菌中培养大量拷贝即可直接测序DNA的技术。我们还能获得延长的DNA片段，有时长达数千个碱基。这些“长读长”DNA序列通常会覆盖细菌序列与动物序列交界的两端，从而明确表明细菌序列并非污染所致。 随着时间的推移，人们逐渐清楚，有数十个动物基因（https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-015-0603-7）源自水平基因转移——包括我们自身基因组中的一些。而这还只是基因。如果考虑到基因组中不编码基因的区域，来自其他物种的贡献则要大得多。 ## 大量DNA，影响甚微 一个研究团队试图通过全面列举一组相关动物物种中发现的水平转移DNA来获得更清晰的认识。他们选择了蟑螂，并且理由充分。 蟑螂与白蚁亲缘关系很近。白蚁主要依赖以糖分子聚合物为主的木材为食，但从中获取的氮元素很少。为了弥补这一点，它们依靠一种名为 Blattabacterium 的内共生细菌（https://en.wikipedia.org/wiki/Blattabacterium），这种细菌生活在白蚁体内，能非常高效地回收本会作为废物排出的氮元素。虽然蟑螂的饮食已变得多样化，但它们仍保留了 Blattabacterium。由于这些细菌生活在动物体内，并通过产卵传递到下一代，因此水平基因转移的机会很多。 事实上，蟑螂物种体内含有大量的 Blattabacterium DNA。研究团队设定最小长度为50个碱基，根据不同蟑螂物种，发现细菌序列的数量从最低的93个到最高的4900个不等。其中大部分都很短——中位长度仅为160个碱基。因物种而异，75%或以上的序列位于不编码基因的区域。 一些插入片段似乎自蟑螂谱系起源以来就已存在，而另一些则仅在亲缘关系较近的物种之间共享，表明它们起源较晚。 很明显，这些序列大多对蟑螂没有任何实际用处——它们只是偶然进入，并且造成的损害不足以让进化将其清除。但它们的出现频率表明，至少在进化的时间尺度上，水平基因转移是一种相当常见的事件。因此，水平基因转移作为动物基因组多样性来源的作用，可能比我们之前认识到的更大。 PNAS，2025。DOI：10.1073/pnas.2604240123（http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2604240123）（关于DOI（http://arstechnica.com/science/news/2010/03/dois-and-their-discontents-1/））。 John Timmer 的照片（https://arstechnica.com/author/john-timmer/） John 是 Ars Technica 的科学编辑。他拥有哥伦比亚大学生物化学文学士学位和加州大学伯克利分校分子与细胞生物学博士学位。当他不坐在键盘前时，他通常会去找一辆自行车，或一个风景优美的地方，与他的登山靴为伴。 3条评论（https://arstechnica.com/science/2026/06/cockroaches-scurry-around-with-thousands-of-pieces-of-bacterial-genomes/#comments） 1. 热门阅读第一篇文章的配图：Commodore 的最新设备是一款屏蔽社交媒体和浏览器的翻盖手机（https://arstechnica.com/gadgets/2026/06/commodores-newest-gadget-is-a-flip-phone-that-blocks-social-media-and-browsers/）