蟑螂體內藏有數千段細菌 DNA：揭開動物基因組「水平轉移」的演化秘密

基因水平轉移：生命樹上的隱形連結

傳統觀點認為，物種演化如同樹狀分支，由共同祖先傳承而來。然而，基因水平轉移（Horizontal Gene Transfer）現象打破了此一框架，指基因跨越物種界線，直接整合至遠親物種的基因組中。過去科學界認為此現象多發生於微生物，因為細菌與古菌缺乏細胞核膜，環境中的 DNA 極易進入細胞並被修復酶誤植入基因組中。此外，微生物缺乏生殖細胞，任何進入基因組的片段都能遺傳給後代，但在多細胞動物中，外來 DNA 若進入肝臟等體細胞，則無法傳遞給下一代。

蟑螂與共生菌的長期共舞

近期發表於《PNAS》的研究透過分析多種蟑螂基因組，揭示了多細胞動物中基因水平轉移的普遍性。研究選擇蟑螂作為對象，是因為牠們體內長期寄生著一種名為布拉特氏菌（Blattabacterium）的內共生細菌。這種細菌能協助蟑螂回收氮元素，並透過卵傳遞給後代，為基因轉移提供了絕佳的環境。

研究團隊設定了至少 50 個鹼基對的長度門檻，結果在不同蟑螂物種中，發現了 93 到 4,900 個不等的細菌 DNA 實例。其中，約 75% 以上的片段位於非編碼區域，且中位數長度僅為 160 個鹼基對。

技術突破：排除污染疑慮

過去研究難以發現動物基因組中的細菌 DNA，主要受限於定序技術。早期基因組組裝軟體常將細菌序列視為污染並予以剔除，且當時多利用細菌培養動物 DNA 複製品，導致數據混淆。隨著長讀取（Long read）定序技術的發展，研究人員現在能直接定序長片段 DNA，並清楚觀察到細菌序列與動物序列的交界處，確認這些遺傳物質確實整合在動物基因組中，而非實驗室污染。

研究指出，部分插入片段自蟑螂演化初期便已存在，而有些則是近親物種所共有。這些細菌 DNA 大多未對蟑螂產生顯著功能影響，僅是演化過程中的隨機產物。此發現暗示，基因水平轉移在動物基因組多樣性的來源中，可能扮演著比過往認知更重要的角色。