Côn trùng có thể lập trình lại sự phát triển của thực vật, biến các bộ phận bình thường của thực vật thành những nơi trú ẩn có hoa văn phức tạp, là nơi trú ẩn an toàn để kiếm ăn và sinh sản.
Những cấu trúc này, được gọi là galls, đã thu hút các nhà sinh vật học trong nhiều thế kỷ. Chúng được tạo ra bởi nhiều loại côn trùng, bao gồm một số loài rệp, bọ ve và ong bắp cày. Và chúng có vô số dạng, mỗi dạng đều có hình dạng và kích thước cụ thể đối với loài côn trùng đã tạo ra nó — từ núm đến lồi hình nón cho đến những chiếc gai dài và mỏng. Một số thậm chí còn giống với hoa.
Theo David Stern, trưởng nhóm tại Cơ sở Nghiên cứu Janelia của Viện Y khoa Howard Hughes, việc tìm ra chính xác cách thức chúng thực hiện kỳ tích này là “một trong những vấn đề lớn chưa được giải đáp trong sinh học”. “Làm thế nào một sinh vật của một vương quốc này có thể kiểm soát bộ gen của một sinh vật ở vương quốc khác để tổ chức lại hoàn toàn sự phát triển của nó, để tạo ra một ngôi nhà cho chính nó?”
Giờ đây, Stern và các đồng nghiệp của ông đã xác định được những ví dụ đầu tiên về gen côn trùng trực tiếp hướng dẫn sự phát triển của mật. Các gen này được bật trong tuyến nước bọt của rệp và dường như chỉ đạo sự hình thành mật khi côn trùng phun nước bọt vào cây. Các nhà nghiên cứu báo cáo trong một bài báo đăng ngày 2/3 trên tạp chí Current Biology .
Patrick Abbot, một nhà sinh thái học phân tử tại Đại học Vanderbilt, người không tham gia nghiên cứu, cho biết: “Tôi nghĩ rằng họ đã khám phá ra một lãnh thổ mới về cơ bản. Ông nói, rất có khả năng các gen tương tự được tìm thấy ở các loài côn trùng khác. “Nó khiến tôi muốn chạy đến phòng thí nghiệm và bắt đầu nhìn lại dữ liệu của mình.”
Stern nói rằng việc tìm ra cách nghiên cứu sự hình thành túi mật đã là một thách thức lâu dài – một điều khiến anh quan tâm từ khi anh còn là một sinh viên tốt nghiệp đang làm nghiên cứu thực địa ở Malaysia. Côn trùng tạo mật không phải là sinh vật làm mô hình phòng thí nghiệm như ruồi giấm và không có nhiều thông tin về di truyền học của chúng.
Vài năm trước, khi đi lang thang trong khu rừng của khuôn viên ven sông Janelia, Stern đã quan sát được một cách thuận tiện. Rệp ngô Hormaphis kiếm mồi trên cây phỉ thúy , những cây có hoa nhỏ có nhiều trong khuôn viên trường. Ngay cả trên một chiếc lá, Stern cũng nhận thấy, một số con rệp Hormaphis đang tạo ra những con rệp màu xanh lá cây, trong khi những con khác lại tạo ra những con rệp màu đỏ. Nó thiết lập một thí nghiệm tự nhiên – một cơ hội để so sánh hai loại galls rõ ràng khác nhau và tìm ra điều gì khác biệt về mặt di truyền giữa những con rệp tạo ra chúng.
Khi Stern và nhóm của ông giải trình tự bộ gen của những con rệp tạo ra galls xanh và những con tạo ra galls đỏ, họ đã xác định chính xác một gen khác nhau giữa hai bộ gen. Rệp với một phiên bản của gen mà họ đặt tên là “yếu tố quyết định màu sắc của mật” đã tạo ra màu xanh lục; rệp với một phiên bản khác làm những con màu đỏ. Phát hiện đã khơi dậy sự tò mò của họ, vì gen này không giống với bất kỳ gen nào đã được xác định trước đó.
Để lặn sâu hơn, họ thu thập rệp từ cả cây phỉ thúy và cây bạch dương sông. ( Rệp hoormaphis Cornu sống trên cây bạch dương sông vào mùa hè, nhưng không kiếm ăn ở đó.) Trở lại phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã cẩn thận mổ xẻ tuyến nước bọt nhỏ bé của côn trùng. Trong các tuyến này, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các gen chỉ được bật ở loài rệp tạo mật. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng yếu tố quyết định màu sắc túi mật tương tự như hàng trăm gen khác đều được bật lên đặc biệt trong loài rệp hình thành túi mật. Nhóm của Stern đặt tên cho nhóm này là gen xe đạp.
Rệp tạo mật trên cây phỉ chuyển sang các gen này để tạo ra protein XE ĐẠP. Aishwarya Korgaonkar, một nhà khoa học nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Stern, người đã giúp dẫn đầu dự án, cho biết côn trùng có thể phun những protein này vào tế bào thực vật để lập trình lại mô lá thành túi mật thay vì các bộ phận của cây bình thường.
Korgaonkar cho biết nhóm nghiên cứu hiện đang làm việc để xác định các phân tử thực vật được nhắm mục tiêu bởi các protein XE ĐẠP của rệp. Điều đó có thể giúp họ hiểu được cách thức protein BICYCLE vận chuyển thực vật để hình thành các galls.
Stern nói: “Sau nhiều năm tự hỏi điều gì đang xảy ra, thật là bổ ích khi có thứ gì đó để thể hiện nó.
