有些基因可通过遗传获得……有些基因则是不请自来，溶菌酶基因GH25即是其中一员！

数亿年以来，这种基因在病毒、细菌、古菌、真菌、植物和昆虫之间肆意游走。它之所以能无视传统遗传法则的禁锢，在生物进化树上神出鬼没，是因为它拥有一项独特的本领：像猴子那样，从一根树枝跳到另一根树枝。也就是说，它的转移不是亲代和子代之间的垂直传递，而是不同生物个体之间的水平转移！
“GH25在生物进化树各个分支的出现，刷新了我们对水平转移的认识。”植物基因组学专家奥利维尔·帕诺德（Olivier Panaud）在面对这一小段行踪不定的DNA序列时惊叹道，“它向我们表明，进化的机制相当复杂，远不只是随机的变异和偶然的置换。鸟类的翅膀可不是用某个胸腺嘧啶代替某个腺嘧啶就能进化出的！”
如果不是命运之手的推动，GH25的真面目或许还会隐藏下去。它的秘密被美国范德比尔特大学生物学家团队窥破实属偶然。
根据科学家以往的认知，GH25是一种抗菌基因，存在于某些病毒的DNA内。GH25可产生一种能够破坏细菌外壳的蛋白质——溶菌酶。病毒WO噬菌体就是用它来攻击沃尔巴克氏体（Wolbachia）这种细菌的。但GH25也存在于某些细菌的DNA内，对细菌的繁殖至关重要：GH25可使它们在“一裂为二”时暂时自毁外膜。至此无甚出奇。
Wolbachia
殖民者基因
但当研究人员开始在基因数据库中追踪它的足迹时，意想不到的转折出现了。
“我们惊奇地发现很多非细菌物种也拥有这个序列。”美国范德比尔特大学生物学实验室主任赛斯·波丹斯坦（Seth Bordenstein）回忆道。这种基因是如何做到跨越物种而存在的呢？
基因组研究的结果进一步确认了这一发现。除了存在于众多细菌（厚壁菌、放线菌……）和病毒基因组中以外，GH25还存在于豌豆蚜虫、江南卷柏、米曲霉（一种引发水稻病变的真菌）和一种名为A. boonei的深海古菌的基因组中。
厚壁菌
细菌，古菌，真核生物：这种基因竟然能够攻占如此不同、亲缘关系相隔如此遥远的物种！“同一种基因存在于三大生物界的情形非比寻常。从进化角度看，它们差异相当大，居然出现了基因水平转移，这拓展了我们的知识边界……”赛斯·波丹斯坦兴奋地说道。
古菌 A. Boonei
怎么能确定这种物种间的转移不是通过传统的繁殖途径呢？因为它们的进化路线不一样！更何况，蚜虫和卷柏的祖先并不具备这种基因。
那么，这种基因是怎样在相距甚远的物种之间转移的呢？细菌与细菌通过病毒或较小的DNA分子（质粒）进行基因水平转移稀松平常，但细菌与其他物种之间也存在基因水平转移实在是匪夷所思。
江南卷柏
“当食物中包含某个死去的细菌的DNA片段时，基因水平转移就有可能在摄食的同时发生。”法国里昂第一大学进化生物学和生物统计学实验室研究员文森特·多宾（Vincent Daubin）介绍道，“然而这种水平转移的成功率极低，无数次出错之后，才会有一次被进化固定下来。移入的基因序列必须融入新的环境，在其中进行表达，合成某种蛋白，担负起某种功能，为个体提供优势……”
米曲霉
因为它抗菌
可以肯定的是，物种在物理层面上的接近为这种转移创造了条件。细菌可能是该基因的最初携带者，是它们把该基因传给了古菌或真核生物。如变形菌可能是蚜虫和WO噬菌体体内该基因的源头，因为它们常与昆虫为邻；卷柏生长在富含放线菌的土壤中；古菌则与厚壁菌共同栖息在深海热泉附近。
但这又是为的什么？这种转移有何益处？答案：移入该基因的生物体可轻松获得直接可用的抗菌武器，因为这正是GH25的主要功能。
要证明这一点就得确认，GH25在其他物种体内与在WO噬菌体体内一样，也表达出了抗菌性。第一个证据来自古菌A.?boonei，GH25在其体内发挥正常。
古菌A.?boonei
“我们花了三年，终于证明基因水平转移后编码出的蛋白质功能有效。”赛斯·波丹斯坦骄傲地透露。他所在的团队通过实验证实，古菌凭借GH25产生的溶菌酶打败了四种细菌：“这是我们首次在古菌内发现抗菌基因。”它令古生菌在与周围细菌的竞争中脱颖而出，甚至赋予其意想不到的药用价值……
然而对其余物种的研究暂时未能证实GH25为它们带来了抗菌能力。不过这一小段序列被转移到更为复杂的分子内部后或许会产生其他的效果。“抗菌只是众多可能中的一种，我们相信细菌‘发明’的其他功能也能通过水平转移惠及真核生物。事实上，我们甚至可以说，真核生物的关键功能全都是从细菌处窃取的。”文森特·多宾评价道。
进化树枝繁叶茂，GH25行踪不定，摆在科学家面前的是一幅极端复杂但极富教益的图景。
撰文 Alexandra Pihen