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“转基因”蚜虫的体色之谜

来源：花匠小妙招时间：2025-09-18 12:26

豌豆蚜具有红色和绿色不同的类群（Via NPR）

【豌豆蚜虫的桃色外衣（基因横向转移的经典案例）】蚜虫，又称腻虫，较常见的虫子之一，广泛分布于北半球温带和亚热带地区。它吸食植物汁液，传播植物疾病，也是世界上最具破坏力的农业害虫之一。这个微小而精巧的虫子却拥有非比行常的能力。首先，它的繁殖方法多样，繁殖能力惊人。它能够通过有性繁殖和无性繁殖的方式来生殖后代，产生的后代有的有翅膀有的没有翅膀。通过惊人的适应能力，这种生物在自然界中取得了巨大的成功。
蚜虫为什么会有如此惊人的适应能力？这种多样的生殖方式是如何进化而来的？为了克服蚜虫对农业造成的巨大影响，科学家一直对蚜虫研究情有独钟。在过去上百年的人与蚜虫斗争中，人类虽然没有战胜蚜虫，但人对蚜虫的了解取得了很多很多成绩。我之前在百度博客里写过一篇关于豌豆蚜的科普故事，现在竟然搜不到到了（坑爹啊）。因为觉得这个故事很有意思，并且很重要，因此特地重新写一遍，给大家介绍“豌豆蚜”这种很牛的蚜虫。

豌豆蚜的生活史极为发杂（Via Plosone）

与其它蚜虫种类一样，豌豆蚜（Acrythosiphon pisum）的生活史周期也非常复杂，可在有性繁殖和无性繁殖之间自由选择，同时还分为有翅膀和无翅膀雌性或雌性，体色又可分为粉色、绿色和黄色类群，表型可塑性非常高。另外，豌豆蚜存在自相残杀，豌豆蚜与真菌和寄主间的特化关系等等，众多独特的特性，使得豌豆蚜成为蚜虫基因组研究的最优选择。2010年，科学家破译了豌豆蚜的基因图谱（PLOSONE 2010），成为了众多半变态昆虫中第一个完成基因破译的昆虫。此外，科学家还意外的发现，在豌豆蚜中具有基因横向转移的现象。豌豆蚜的祖先在吸食植物汁液的时候，通过真菌获取合成胡萝卜素的基因，自己合成类胡萝卜素（Science 2010）。
豌豆蚜能自身合成类胡萝卜素，这有什么奇特之处呢？我们先来了解动植物的体色机制。通常，植物叶子是绿色的，那是因为植物自己能合成叶绿素；秋天的红叶或者金黄银杏是由于秋天的叶子中含有胡萝卜素和叶黄素；西红柿的红色则是是由于果实中含有番茄红素。动物的体色跟植物的颜色也有一定关联，但问题是动物体内本身不含叶绿素或者是胡萝卜素，也不能自己合成色素。

瓢虫偏好红色体型，寄生蜂喜爱绿色类群（By Alex）

豌豆蚜蚜具有绿色和红色的不同体色类群，不同的体色可能是为了逃避不同的捕食者。绿色的蚜虫体色跟植物体的颜色一致，有助于隐藏自己，避开蚜虫的捕食，却瞒不过聪明的寄生蜂。寄生蜂偏好绿色的蚜虫，会将卵产在蚜虫体内，卵孵化成幼虫之后，取食蚜虫的身体，直到寄生蜂幼虫蜕变成成虫。瓢虫则偏好捕食红色的蚜虫。寄生蜂和瓢虫的不同捕食策略，通常被认为是维持豌豆蚜红绿两种体色的机制。
通过对豌豆蚜绿色和红色群体的基因组分析发现，豌豆蚜的基因里竟然含有合成类胡萝卜素的基因。绿色的豌豆蚜含有黄色类胡萝卜素，而红色豌豆蚜除了黄色类胡萝卜素外还含有红色类胡萝卜素。以往知识中，动物是不能自己合成胡萝卜素的，豌蚜虫怎么会含有合成胡萝卜素的基因呢？对蚜虫专性共生的真菌基因组检测，并未发现共生菌含有类胡萝卜素合成基因。但类胡萝卜素相关基因的系统树则发现，蚜虫类胡萝卜素合成基因与共生真菌的基因高度相关。说明，蚜虫类胡萝卜素合成基因，很有可能是几千万年前，通过真菌传递，整合到蚜虫基因组内的，并且很可能在横向转移之后，经历了复制、加倍、修饰等过程。转入的基因通过进化之后，方能调控豌豆蚜的红绿体色，并被寄生蜂和瓢虫的两种捕食偏好最终维持下来。
通常生物的基因是从父母哪儿遗传而来，不同的物种之间，遗传物质不会发生交流。豌豆蚜虫则为我们提供了一个非常独特而有趣的案列。豌豆蚜与共生菌形成关系之后，通过共生菌获取了类胡萝卜素合成基因，并且这个基因经过千万年的进化，已经在共生菌体内消失。科学家通过基因组分析不仅，回溯了这个巧妙的进化过程，而且发现通过共生菌获取的基因，在豌豆蚜的生态适应上也有体现，对豌豆蚜的颜色多态性提供了强有力的支持。不仅为我们理解生物间的横向基因流动提供了新的证据，而且为我们提供了基因流动影响生态适应能力的例子。这样的发现，不仅有趣，而且可以说是相当牛逼。
注：按某种道理，豌豆蚜某种程度上也是一种“转基因”生物，在此特地列出来，与先前的“转基因”红薯故事（详见：链接）。一起为大家理解自然进化过程中的基因横向转移，提供一些资料。