巨人'尸体花'寄生虫的DNA惊喜生物学家

他们起初是看不见的。在他们的东南亚森林家中，它们作为细胞薄股，外纤维有时超过10米长，可通过其藤蔓主体的重要组织，虹吸营养。即使在显微镜下，也从葡萄居住的单个文件中的单文件行几乎无法区分。它们看起来更像是一种真菌而不是植物。

但是，当开车造成唤醒它们时，莱佛因的成员被爆发为巨大的，无粗糙的，橡胶红色的“尸体花”覆盖在波尔卡圆点，腐烂的气味像腐烂的肉，旨在画粉腐肉苍蝇。一个物种的绽放，rafflesia arnoldii是世界上最大的鲜花 - 每一个都可以超过一米以上，称重10公斤，大致蹒跚学步。

十多年前，Rafflesiaceae Parasites捕获了Jeanmaire Molina的眼睛，这是一家位于布鲁克林的长岛大学的进化植物生物学家的眼睛，他想知道他们的基因组是否像他们的外在形式一样奇怪。她的初步调查表明他们是。正如她和她的同事在2014年在分子生物学和进化中描述了它，他们从一个菲律宾莱佛因种类成功地组装了线粒体DNA。但它们无法从其叶绿体中检测到任何功能基因。植物似乎只抛弃了整个叶绿体基因组。

这几乎是不可想象的。叶绿体最为罕见地使用光以制造食物，但与所有叫做塑体的食品有细胞器一样，它们含有涉及许多关键细胞过程的基因。甚至疟疾寄生虫仍然携带巨大的基因组，莫利纳指出，他们的最后一百万年前的光合作用祖先生活了数亿。

这种令人震惊的发现现已由哈佛大学的独立研究团队确认。 Rafflesiaceae家族的另一个成员的基因组草案，他们最近发表于目前的生物学是充满惊喜，展示了寄生虫可以进入多余的基因，从他们的主人那里获得有用的新人。它还加深了关于在实现进化变化方面不编码蛋白质的高流动遗传元素的作用的奥秘。也许这项研究的最大课程是我们仍然必须了解基因组学，特别是在植物中以及寄生虫中的一类 - 一类包括超过所有已知物种的40％的生物体。

像哈佛大学的有机族和进化生物学教授和哈佛大学紫狼菊的血管植物策委一样，莫里娜，被吸引到罗弗斯·斯瓦里亚（Harvard University），因为它们是最“所有四千万种的魅力和神秘的魅力和神秘开花植物，“他说。

他一直在努力揭示近15年的秘密，但核基因组序列总是难以捉摸。最后，他的博士生黎明蔡（现在加州大学系统生物学的博士后研究员河畔）加强了该项目，并在大学信息学集团及其生物信息学的主任，蒂莫西Sackton，The Tech终于能够将一个基因组草稿放在萨普里亚喜马拉雅纳州，一种盛开的人类头部大小的物种。

Sapria的基因组在许多其他寄生植物中遵循几种趋势（更普遍）。像他们一样，Sapria已经脱离了许多被认为对自由生亲属至关重要的基因。因为寄生虫偷走了他们的主人，他们基本上外包了新陈代谢的劳动，因此他们不需要独立植物细胞的所有移动生化部分。

尽管如此，戴维斯令人震惊地看到，近一半的基因在植物谱系中广泛保护的基因已经从萨布里亚消失。从寄生植物（CuScuta属）的寄生植物丢失的基因的两倍多是多么多种基因，以及谷物杀伤巫婆（Striga属）的损失的四倍。 “我们知道会有损失，”他说，“但我们认为这将是约44％的基因的命令。”

此外，除了令人惊叹的缺乏整个塑体基因组的缺失，莫里纳在莱佛内的工作建议。已知的其他生物被抛弃的那种基因组是多种细菌耳中的单细胞藻类，其放弃了光合作用，有利于吸收周围的水中的寄生。

莫利纳表示，她发现她的团队发现“安慰”的确认也令人困惑，因为莱佛士似乎似乎养成了塑料隔间。 “当我们做电子显微镜研究时，我们发现塑植，”她说，“所以塑料是空的，这只是非常奇怪的。”

Sapria似乎也削减了其他遗传角落。植物在许多基因中删除了非编码的DNA延伸。这些地区称为内含子，在代码的基因部分中穿插，该蛋白质是产生的实际蛋白质。

它可能听起来好像Sapria及其亲属只是让他们的基因组更小，更高效。但矛盾的是，Sapria的基因组大：估计总量为3.2至3.5千兆比扎的DNA，大致与我们的大小相同。什么是填补它的基因组？

对于初学者来说，它装满了被盗的基因。戴维斯的团队估计，至少1.2％的植物基因来自其他物种，特别是其宿主，过去和现在。这可能听起来不令人印象深刻，但这种水平基因转移被认为是细菌外面的异常罕见。因此，即使是这种方式引起的单一的基因也会提高眉毛。

因为这些寄生虫一直窃取千年的基因，因为蔡先生，他们的基因组就像“巨大的DNA墓地”。通过仔细挖掘该墓地并将其内容与10种类型的葡萄藤的基因组进行比较，似乎像潜在的主人，蔡和她的同事能够及时同行。 “这些水平转移的基因用作DNA化石，”她说。

从这些化石中，他们挖掘了“灭绝的寄生虫会社，这些联想可以追溯到中白垩纪，”她说。今天，大约四十名已知的rafflesiaceae种类来自单个属的葡萄藤，四极症。但是在寄生虫前染发极长，它们似乎从辣椒（Ampelopsis）感染并偷走了。这种生态历史都是不可能从石石化石中推断出来的：寄生虫的鲜花不会持续持续很长时间，而薄薄的螺纹状仍然是其植物身体的遗体不太可能对化石渗透。

然而被盗的基因仅代表群体的巨大基因组。绝大多数IT由称为转座元素（也称为转座子或“跳跃基因”）的DNA序列的副本组成。 “这种植物的基因组是90％重复元素的东西，”Sackton说。

高水平的重复实际上是为什么戴维斯挣扎着这么长时间才能组装Sapria草案。直到过去十年，基因组测序技术因DNA容易被DNA轻易患有太多无法区分的重复序列。 “这就像尝试做一个完全清澈的蓝天的拼图，每件套的形状完全相同，”Sackton说。 “只是没有办法去做。”

但是CAI和同事能够利用当前的测序技术，可以处理更长的（并且因此更明显）的DNA。即便如此，他们只能重建他们的估计是40％的Sapria Genome - 其余的仍然过于重复。

达尔德丹佛斯植物科学中心的植物生物学家Saima Shahid表示，这种丰富的可转产元素是引人注目的，该植物生物学家在圣路易斯唐纳德丹佛斯植物科学中心研究了植物中可转换元素的功能。这是Dodders中看到的两倍。并且在迄今为止测序的其他植物寄生虫中，主导元素是“回复转渣”，通过首先转录到基因组内移动到RNA中。然而，Sapria主要充满了DNA转座子，可直接将自己复制和粘贴到基因组中。 “这是一个非常有趣和不寻常的东西，”沙希德说。

但是，为什么Sapria首先有这么多这些跳跃基因？没有人确定，但答案可能会改变我们对寄生虫基因组学的理解。

可转换元素被认为是“自私”基因;它们即使以牺牲他们占据的基因组为代价，它们也会复制。因此，主机基因组通常会在其表达式中遏制。 “大多数时候，他们是针对沉默的，”沙希德说。似乎任何一个规则都以某种方式在rafflesiaceae中得到了一些越来越好，或者寄生虫发现一些好处让这些元素跳到。

Cai，Davis和Sackton有一个亨希，转座子的超级经历是孤立的生活这些寄生虫铅的结果。因为rafflesiaceae只侵入四气囊藤，所以每种葡萄藤都是一个荒岛孤立的荒岛居民。在具有限制性生长的小群体中，从外面的少量流动，通过纯粹的机会，甚至更有乐于有用的遗传特征可能会变得更加普遍。这可能意味着甚至是可转换元素的有害副本“通过时间积累”，直到“你最终得到了这些高度非典型的基因结构。”

另一种可能性是寄生虫不能阻止他们的跳跃基因跳跃。这些元素中的一些来自他们的主人，他们可能有足够的不同，寄生虫的遗传机械无法立即识别和沉默。 “这就像一种侵入性物种，基本上是，”Sackton说。

鉴于寄生虫获得多少遗传物质，它们也可以进化，它们演化的适应性提高了他们对无用DNA的额外负担的耐受性，因此没有足够的选择压力来摆脱它们的这些跳跃基因。

但对于Shahid，它没有意义的是，一个基因组出现的精简 - 随着基因的丧失，基因内的非编码序列和整个塑体基因组的基因组 - 是关于基因组死重的斑点。更糟糕的是，可转换元素是危险的：“你必须花很多能量才能沉默他们，”她说，以免浪费给一切。她发现这些转座子更有可能为寄生虫做一些东西;问题是什么。

他们的存在可能与所有被盗的基因捆绑在一起。当颠覆跳跃时，Shahid解释说，他们经常将附近的DNA与它们带来。 “这些转移元素可能有助于它们携带基因片段，然后将它们插入自己的基因组，”她说。

然后，转座子可以是推动水平基因转移的发动机，寄生虫需要存活。例如，它们可能有助于寄生虫窃取一些主持人的重要基因监管机构。

在2018年的自然界中，Shahid和她的同事们表明，寄生厂称为现场Dodders将微小的microRNA分子出口到周围的宿主细胞中，因为一些主持人的基因是“关闭”信号 - 大概是关闭防御会干扰的防御盗窃主机的资源。这些MicroRNA对照可以在跳跃基因的帮助下使其进入寄生虫。 （但是，没有人在休眠期间调查了赤霉病及其亲属出口MicroRNA。）

转座子可以以其他方式影响基因调节。例如，当插入内含子时，它们可以增强基因的表达，或者它们可以引导抑制剂以关闭基因。在Sapria，并非所有内含子长度都减少：有些内含物扩展到近100千千碱基，使其成为任何植物的最长的已知内含子。可转换元素负责所有扩展的74％。

Shahid说，转换元件也会导致基因组的大块移动，这可能是危险的破坏性 - 但也可以导致基因重复和创新，Shahid说。这可能有助于寄生虫在宿主的防御之前保持一步。转座子也可能负责Rafflesiaceae的一些独特特征：莫利纳已经开始怀疑他们是否有“与大花花有关。”

没有更多信息，不可能讲述Rafflesiaceae中的转换元素的巨大缓存是有效的，并且仅仅是基因组杂乱。 Shahid说，一种方法来到所有这些方面可能是仔细看看不同种类的转换元素与其他基因组特征有关的地方。这有助于揭示元素是否在基因表达中扮演枢转作用。她还想看出（或更有可能的时候）这些转换元素是否正在表达，因为这也可以向基因组中的潜在功能提供线索。

对这些花卉奇怪的进一步研究可以教我们很多关于从塑料到跳跃基因的一切，但植物的稀缺性使这些问题更加困难。莫利纳解释说，发现它们涉及徒步深入识别的危险丛林。在菲律宾，他们在武装叛乱分子经常隐藏的森林里发现 - “我们必须与市长协调，以确保它是安全的，”她说。除了这些花卉经常限制出口的国家，部分原因是植物严重濒临灭绝的国家。

由于他们稀有性，莫​​利纳正在与华盛顿州华盛顿州的美国植物园合作，以培养这些寄生虫和他们的主持人葡萄藤。哄骗他们在华盛顿的成长和绽放会将它们带入公众的眼睛，她认为允许人们亲自看到它们会有助于保护努力并实现更详细的研究。但是，现在，这些寄生虫延伸了植物可以保持秘密的定义。