很多時(shí)候，細(xì)菌對(duì)昆蟲(chóng)的感染呈現(xiàn)出“重男輕女”的現(xiàn)象，即受到感染的雌性，她們的兒子們通常會(huì)死亡，但女兒們往往安然無(wú)恙。這是怎么回事？
道理并不復(fù)雜，因?yàn)榧?xì)菌可以附著于雌性卵子上傳播，卻無(wú)法被精子攜帶，這就意味著這些雄性后代不僅不能幫助傳播細(xì)菌，還會(huì)與雌性宿主爭(zhēng)食，進(jìn)一步擠占細(xì)菌的生存空間。那么為了永絕后患，最簡(jiǎn)單直接的辦法就是把這些雄性后代都?xì)⒐狻?/p>
然而，想法是很好，但具體實(shí)施起來(lái)卻是個(gè)問(wèn)題，怎樣才能確保殺死的都是雄性宿主，而不誤傷到雌性？有兩位瑞士研究人員憑借著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和一點(diǎn)運(yùn)氣，發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)菌在“性別歧視殺人”方面的神操作。
歷史上很多偉大的發(fā)現(xiàn)總少不了巧合，Harumoto 和 Lemaitre 的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)也有些運(yùn)氣的成分。他們研究的是一種叫作 Spiroplasma poulsonii 的細(xì)菌，它們寄生于蒼蠅當(dāng)中，并通過(guò)蟲(chóng)卵傳播并殺死雄蠅。
他們?cè)谘芯窟^(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有一些被感染的雄蠅竟然存活了下來(lái)。換作是別人，可能就會(huì)以為是實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)失誤，把這些樣本一丟了之。但無(wú)數(shù)事實(shí)告訴我們，成功者之所以能成功，往往就在于他們比別人多走了一步。
Harumoto 和 Lemaitre 對(duì)這些存活下來(lái)的雄蠅與原始菌株進(jìn)行了基因測(cè)序，發(fā)現(xiàn)了其中的奧妙。通過(guò)對(duì)比，他們找到了一個(gè)可疑的基因，在變異的菌株中，該基因有一大塊缺失。
為了確認(rèn)這個(gè)基因就是導(dǎo)致雄蠅死亡的罪魁禍?zhǔn)?，研究人員把它復(fù)制了一份，插入了蒼蠅的基因中，不出所料，蒼蠅果然沒(méi)活下來(lái)，而且死亡過(guò)程與其他被感染的蒼蠅類似，都是大量的細(xì)胞死亡伴隨著神經(jīng)系統(tǒng)崩潰。
研究人員將這個(gè)基因命名為“S. poulsonii androcidin”。這當(dāng)然不是隨便起的名字，poulsonii 是原本的細(xì)菌名的一部分，androcidin 中的“andro”是雄性的意思，“cindin”則來(lái)自“殺人犯”（homicide）一詞，我們姑且稱之為“雄性殺手”好了。
這個(gè)基因的特別之處在于，它有一半是負(fù)責(zé)編碼蛋白質(zhì)，令其與其他蛋白質(zhì)相互作用，這是我們熟悉的基因的作用，把該片段刪除后插入雄蠅體內(nèi)，就沒(méi)有出現(xiàn)死亡的情況，表示它是起關(guān)鍵作用的片段。
另一半就比較罕見(jiàn)了，它的作用更像是催化劑。學(xué)過(guò)生物和化學(xué)的人都知道，催化劑并不會(huì)改變反應(yīng)的結(jié)果，只是會(huì)加快（或減慢）反應(yīng)速度。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明，將這部分基因刪除后，雄蠅照常死亡，但存活的時(shí)長(zhǎng)大為增加。
再回到我們前文提到的那些對(duì) Spiroplasma poulsonii 細(xì)菌有了耐受性的雄蠅，他們身上的變異菌株正是由于這個(gè)特殊基因的缺失而喪失了致命性。
但由于起到催化作用的部分基因，與人們此前研究過(guò)的基因編碼蛋白質(zhì)領(lǐng)域可以說(shuō)是大為不同，因此目前仍很難判定其他雄蠅的死亡到底是因?yàn)槠溆嗟鞍踪|(zhì)保留了一些活性，亦或是細(xì)菌本身有多種“殺蠅”手段。
安能辨我是雄雌？還有一個(gè)問(wèn)題是，這些細(xì)菌又是如何分別宿主雌雄的呢？
首先，蒼蠅和人類一樣，也是由 XY/XX 染色體決定性別的。
我們?nèi)祟惸信g X 染色體數(shù)量的差異，是通過(guò)使女性其中一條 X 染色體失活來(lái)補(bǔ)償?shù)模n蠅則是通過(guò)提高雄性唯一的 X 染色體上的基因活性來(lái)補(bǔ)償這種由于 X 染色體數(shù)量不同產(chǎn)生的差異，這在生物學(xué)上叫做“數(shù)量補(bǔ)償作用”。
這種補(bǔ)償作用有賴于雄性 X 染色體上的一組蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物。借助熒光標(biāo)記法，Harumoto 和 Lemaitre 發(fā)現(xiàn)，前文提到的“可疑”病菌基因能導(dǎo)致某種蛋白質(zhì)附著在雄性 X 染色體上。
于是，他們改造了雌蠅的基因結(jié)構(gòu)，令其也能也合成同樣的復(fù)合物，并用 Spaid 細(xì)菌進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示這種蛋白質(zhì)復(fù)合物也會(huì)像在雄性身上一樣，附著到雌性的 X 染色體上，并最終導(dǎo)致雌蠅死亡。這也許可以證明，這些細(xì)菌蛋白質(zhì)可能與雄蠅體內(nèi)的某個(gè)關(guān)鍵細(xì)胞功能有關(guān)。
目前可以確定的是，spaid 蛋白質(zhì)有兩個(gè)已知部分是需要被定位于 X 染色體上的，一個(gè)被導(dǎo)入細(xì)胞核，另一個(gè)則被導(dǎo)入 X 染色體。
至于蛋白質(zhì)是如何從細(xì)菌中被合成并導(dǎo)入宿主細(xì)胞的，還需要進(jìn)一步研究，但總的來(lái)說(shuō)，它揭示了寄生蟲(chóng)如何利用有機(jī)體本身的基本活動(dòng)進(jìn)行復(fù)制，最終達(dá)到傳播的目的。
細(xì)菌感染的“性別歧視”在實(shí)際生產(chǎn)中可是大有作為。
比如 MosquitoMate 公司就把感染了 Wolbachia pipientis 細(xì)菌的雄性蚊子（不叮咬人類）與雌性亞洲虎蚊（叮咬人類）的野生種群交配，利用父本染色體在細(xì)菌作用下不能正常形成，公蚊受精卵不會(huì)孵化的原理，達(dá)到了滅蚊目的。
說(shuō)不定 Harumoto 和 Lemaitre 的研究成果，未來(lái)也可以用于給蒼蠅做“絕育手術(shù)”。
上述研究論文 刊登 在了近期出版的《Nature》雜志上。
原文檢索：
Male-killing toxin in a bacterial symbiont of Drosophila
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