出品：科普中國
制作：懶洋洋 關西科健
監制：中國科學院計算機網絡信息中心
“龍生龍 ， 鳳生鳳 ， 老鼠的兒子會打洞”是我們所熟知的一句諺語 ， 它形象生動地說明了自然界的基因遺傳現象 。 通過繁殖過程 ， 子代可獲得與親本相同的遺傳物質 ， 即DNA(部分病毒是RNA ， DNA片段即為基因) 。 然而 ， 隨著科學研究的深入 ， 更多的基因傳遞方式被逐漸揭開 ， 人們發現繁殖過程并非是生物體內遺傳物質的唯一來源 。 除了繁殖 ， 外來基因還可以通過“轉移”的方式直接并入生物體內 。
自然界中“轉基因”現象竟然很普遍
基因轉移現象 ， 最初發現于原核生物 。 但隨著研究的不斷深入 ， 人們意識到真核生物間也存在基因轉移現象 ， 其中直接的基因轉移一般存在于寄生生物和寄主之間 。 例如間日瘧原蟲中發現了人類的基因 ， 在人類中也發現了克氏錐蟲的基因 。 自然界中已經發現的存在基因轉移的生物有很多種 。
寄生生物與寄主之間的基因轉移 ， 來源：作者自制
微生物與高等動物間的基因轉移估計大家不會感到大驚小怪 ， 畢竟微生物寄生于高等動物體內 ， 二者關系相對密切 。 但是沒有神經系統 ， 遇到危險不能移動的植物之間竟然也存在基因轉移 ， 這到底是怎么發生的？下面我們將會從基因的轉移過程 ， 基因轉移發生的位置以及基因轉移對于植物生長的利與弊等方面給大家介紹一下植物中的基因轉移現象 。
基因是如何在植物間發生轉移的？
基因在植物間發生轉移的方式有多種 ， 通過花粉、真菌、細菌、病毒、轉座子和昆蟲等介導的間接基因轉移 ， 同時還能通過共生、病原菌侵入、嫁接以及寄生等方式的直接基因轉移 。 其中植物間的基因轉移在嫁接和寄生過程中較為常見 。 這里主要講一下嫁接和寄生過程中發生的基因轉移 。
嫁接是一種擁有上千年歷史的人工繁殖方式 。 不同接穗通過嫁接到不同砧木上可以獲得抗寒或抗蟲等優良性狀 。 在接穗和砧木緊密銜接的傷口位置 ， 可以形成比較脆弱的薄壁細胞 ， 這是一種植物試圖修復自身創傷時產生的愈傷組織 。 不同來源的DNA或RNA可以通過這些脆弱的細胞進入到對方植物體 。 除此之外 ， 還可以通過細胞間形成的胞間連絲（普通狀態下 ， 胞間連絲很窄很難使DNA或RNA等大分子通過 ， 當受到某種刺激后 ， 間距增大 ， DNA或RNA可順利通過）或囊泡運輸過程進入彼此 。 目前研究認為這種類型的基因轉移僅局限于這團愈傷細胞之間 ， 但是這些基因是否表達 ， 表達能維持多久 ， 是否能整合到基因組仍待研究 。
嫁接是獲得優良作物品種的常見方式 ， 來源：作者見圖
除了嫁接的種內基因轉移 ， 發生在種間的基因轉移也十分常見 。 植物按照獲取營養物質的方式可分為兩種：自養型和異養型 。 自養型是指通過植物葉片中的葉綠素將光合作用產物轉化為有機物供自身生長所需；異養型植物主要指各種寄生植物 ， 它們不能進行光合作用 ， 要寄生在其他植物體上 ， 汲取水分和營養才能生存 。 植物的種間基因轉移主要發生在寄生植物和其寄主之間 。 寄生植物有上千種 ， 我們所熟知的有菟絲子 ， 列當和獨腳金等 ， 部分寄生植物如下圖所示 。
部分寄生植物示意圖 ， 來源：作者自制
以菟絲子為例 ， 寄主植物分泌的某種物質被菟絲子識別后 ， 菟絲子將形成吸器粘著在寄主表面 。 這時菟絲子分泌降解酶使吸附位置的植物細胞降解 ， 幫助吸器慢慢深入 ， 最后到達植物維管組織并與其緊密相連 ， 菟絲子除了通過吸器吸收一些蛋白質、次生代謝物、RNA以及DNA等生物大分子外 ， 還可以通過胞間連絲吸收寄主的大分子物質 ， 如下圖所示 。
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