在哥伦比亚，因为咖啡果小蠹(coffee berry borer beetle)吞食而被丢弃的咖啡植物。图片来自Flicker|Neil Palmer。

      平行基因转移(horizontal gene transfer)也称侧向基因转移(lateral gene transfer)，就是在不同物种之间进行遗传物质交换。这种过程在动物中比较少见，但是一旦被鉴定出，它们就经常产生未知的生态意义。根据2012年2月27日在线发表在PNAS上一篇研究论文，研究人员发现一种吞食咖啡的害虫DNA上嵌入一个细菌基因HhMAN1，该基因编码一种消化咖啡的酶HhMAN1。

      美国马里兰大学研究侧向基因转移的基因组学家Julie Dunning Hotopp(未参与这项研究)说，“这项研究的新颖之处在于一个细菌基因进入昆虫DNA中，从而允许这种昆虫从一种新的食物源中取食。简单而言，就是一个基因发生转移，而且它还是功能性的。”

      咖啡果小蠹(Hypothenemus hampei)是一种吃咖啡豆的害虫，每年导致咖啡行业损失大约5亿美元，影响着1.7千万多户种植咖啡的家庭。几年前，来自哥伦比亚国家咖啡研究中心 Cenicafé的研究人员与美国康奈尔大学植物生物学家Jocelyn Rose取得联系并一起研究这种害虫分泌哪些蛋白允许它能够消化咖啡。

      在筛选这种咖啡果小蠹(coffee berry borer beetle)肠道中存在的降解酶过程中，Rose鉴定出一种类似于甘露聚糖酶(mannanase)的蛋白酶HhMAN1。就甘露聚糖酶而言，科学家已经各个生物界中发现这种酶，它能够降解咖啡特异性的糖，即半乳甘露聚糖(galactomannan)。但是“昆虫没有甘露聚糖酶基因”，Rose说，“令人吃惊的是，当我们研究这种有酶活性的基因序列时，它看起来像是细菌DNA序列。”

      尽管与细菌基因存在序列类似性，但是基因HhMAN1确实表现出一些真核生物的特征，如在形成的RNA上附加一个聚腺苷酸尾(poly-A tail)以及没有SD序列(shine-delgarno sequence)---在基因上游发现的一种原核生物特异性的序列。研究人员通过仔细地测序基因HhMAN1两侧的序列证实HhMAN1不是因为肠道细菌污染而引入进来的。而且该基因两侧的序列区域是真核生物转座子---能够在整个基因组跳跃的DNA片段---，而不是细菌序列，表明该基因序列不是来自生活于咖啡果小蠹肠道内的细菌。

      如果基因HhMAN1确实来自一种细菌的话，它将是在动物中仅有几起的侧向基因转移例子之一。

      Rose和他的研究小组还对从16个国家收集的咖啡果小蠹基因组中相同区域进行测序，发现基因HhMAN1在它们当中都存在，这就提示着基因HhMAN1的获得先于它作为害虫入侵咖啡。Rose然后从咖啡果小蠹肠道中收集这种酶，并证实它确实能够降解咖啡豆。相反，来自亲缘关系密切的甲虫物种肠道中的酶和蛋白不能够消化咖啡，这就意味着它们不携带甘露聚糖酶或与之相关的基因。

      但是这种咖啡果小蠹是如何获得基因HhMAN1仍然是个谜。Rose注意到，该基因两侧存在的转座子可能提供一种解释。然而，“DNA大量序列是由转座子组成的，因此一个基因更可能仅仅是偶然地插入到一个转座子附近”，Dunning Hotopp说。此外，基因插入到富含转座子的DNA区域更不可能“破坏有机体所需要的基因”，这样就能阻止自然选择导致插入的基因快速地被清除。

      加拿大不列颠哥伦比亚大学分子进化生物学家Patrick Keeling(未参与这项研究)说，不论是何种机制导致这种平行基因转移，这项证实侧向基因转移及其生态意义的研究是引人注目的，然而，“获得此类酶的分布情况将是理解所产生的生态意义的关键。”因为很少有昆虫基因组被测序，科学家目前还确实不清楚酶HhMAN1是如何广泛分布的。只要随着更多的昆虫基因组被测序，基因HhMAN1就开始“到处扩散开来，而且这种过程可能以一种比较有趣的方式变得越来越复杂”，他补充道。(生物谷：towersimper编译)
Adaptive horizontal transfer of a bacterial gene to an invasive insect pest of coffee

Ricardo Acuña, Beatriz E. Padilla, Claudia P. Flórez-Ramos, José D. Rubio, Juan C. Herrera, Pablo Benavides, Sang-Jik Lee, Trevor H. Yeats, Ashley N. Egan, Jeffrey J. Doyle, and Jocelyn K. C. Rose

Horizontal gene transfer (HGT) involves the nonsexual transmission of genetic material across species boundaries. Although often detected in prokaryotes, examples of HGT involving animals are relatively rare, and any evolutionary advantage conferred to the recipient is typically obscure. We identified a gene (HhMAN1) from the coffee berry borer beetle, Hypothenemus hampei, a devastating pest of coffee, which shows clear evidence of HGT from bacteria. HhMAN1 encodes a mannanase, representing a class of glycosyl hydrolases that has not previously been reported in insects. Recombinant HhMAN1 protein hydrolyzes coffee berry galactomannan, the major storage polysaccharide in this species and the presumed food of H. hampei. HhMAN1 was found to be widespread in a broad biogeographic survey of H. hampei accessions, indicating that the HGT event occurred before radiation of the insect from West Africa to Asia and South America. However, the gene was not detected in the closely related species H. obscurus (the tropical nut borer or “false berry borer”), which does not colonize coffee beans. Thus, HGT of HhMAN1 from bacteria represents a likely adaptation to a specific ecological niche and may have been promoted by intensive agricultural practices.