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中国学者入厕遭蟑螂围攻后研究:发现断肢再生奥

  原标题:厕所遭蟑螂围攻后为其开辟实验室,中国学者发现断肢再生奥秘

  蟑螂,学名蜚蠊,地球上最古老的昆虫之一,在中国又被称为“打不死”的“小强”。

  一年多以前,华南师范大学生命科学学院和昆虫科学与技术研究所的李胜教授将多年的研究对象从家蚕和果蝇转移至果蝇和美洲大蠊(蜚蠊目一种)。北京时间3月21日凌晨,顶级学术期刊《自然》子刊《自然-通讯》在线发表了李胜团队和该项研究有关的论文,”The genomic and functional landscapes of developmental plasticity in the American cockroach”(美洲大蠊发育可塑性的基因组与功能诠释)。

  李胜2006年从约翰霍普金斯大学博士后出站后回国工作,至今从事昆虫科学研究20余年。目前是华南师范大学昆虫科学与技术研究所所长,2016年当选长江学者特聘教授。论文的另一通讯作者为中科院植生生态研究所的詹帅研究员。

中国学者入厕遭蟑螂围攻后研究:发现断肢再生奥

  李胜在接受澎湃新闻()采访时表示,“研究蟑螂的初衷其实有一个蛮有趣的一个故事,当时我刚来到广东,6月份的时候一去厕所就有好几只大蟑螂飞到身上来,非常讨厌。国内当时也没什么对蟑螂的深入研究,我后来就跟詹帅讨论了下决定研究蟑螂。”

  彼时,李胜刚结束了在中科院植生生态研究所的10年工作生涯,去华南师范大学任职。正是在华南等热带和亚热带地区,蟑螂肆意滋生、危害猖獗,成为了臭名昭著的卫生害虫。

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  随后,李胜就专门开辟了一间蟑螂屋。二十几平方米的蟑螂屋内,放置了许多铁架子,架子上一层一层撂了很多塑料收纳箱,每个箱子里放着一个菜市场随处可见的纸浆鸡蛋托盘。就在这样的收纳箱里,培养着数万只品种不同、大小不一的蟑螂,鸡蛋托盘的一个个凹陷处成了蟑螂平日喜欢躲藏的地方。

中国学者入厕遭蟑螂围攻后研究:发现断肢再生奥

  白蚁由蟑螂进化而来

  研究团队首先通过二代测序技术获得超过1Tb的数据。美洲大蠊的测序深度为295×,通过高质量基因组装最后获得3.38Gb基因组序列。

  在所有的“家居”蟑螂中,美洲大蠊体型最大,长度可达53毫米,在发育成成虫之前会蜕皮6-14次,生命周期也最长,将近有700天。

  李胜表示,“在已知的昆虫基因规模中,美洲大蠊是除东亚飞蝗外的第二大物种。”和东亚飞蝗类似,美洲大蠊60%左右的基因组为重复序列,研究团队还预测到21336个蛋白编码基因。

  通过和其他蜚蠊目物种的基因组对比,研究团队得出了他们的第一个重大发现:白蚁由蟑螂演化而来,而美洲大蠊介于德国小蠊和白蚁之间,并且美洲大蠊和白蚁的遗传距离更加接近。

  论文中提到,德国小蠊、湿材白蚁和美洲大蠊之间分别存在9633个和9573个同源序列。在其中7640个共同的同源序列中,近2/3的美洲大蠊基因在序列一致性上和白蚁更接近,另外1/3和德国小蠊更接近。

  研究团队认为,美洲大蠊和白蚁遗传距离更近这一新发现,“为白蚁由蟑螂进化而来提供了重要的基因组证据”。

  “目前来说,只能确定蜚蠊是白蚁的祖先,具体由那一种蜚蠊进化成白蚁还是不清楚,这也是我们目前非常重要的一个研究方向。”李胜表示,“另外,寻找蟑螂的起源,以及它们如何迁移,这都是我们非常感兴趣的内容。”

  追踪、辨别食物的三大感受器家族

  研究团队随后将研究聚焦于和美洲大蠊独特的生物学特点相关的基因家族,以此破解它们适应城市环境的成功秘密。

  李胜表示,“第一个是美洲大蠊摄食范围特别广,不被苦味受体识别的都能吃,万一吃进去有毒的话还能通过一个非常复杂的解毒酶系统解毒,相关的基因家族会大规模扩张。它还有很强的免疫能力,能容忍病原微生物的侵入。”

  众所周知,美洲大蠊摄食广泛,这也是它们适应多种食物来源的基础。而这实际上源于它们能容忍各种化学、生物因素,例如杀虫剂等带来的毒素,或者各种病原体。因此,研究团队开始分析和化学感应、解毒作用和免疫有关的信号通路。

  昆虫负责识别化学感应刺激的感受器家族主要有三大类,即嗅觉感受器(ORs)、味觉感受器(GRs)和离子型谷氨酸受体(IRs)。通常,化学刺激物质散发的气味分子首先会被气味结合蛋白(OBPs)会结合、转移至嗅觉感受器。

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