在罗伯特·路易斯·史蒂文森的经典故事中，亨利·杰克尔医生喝了一种神秘的药水，将他从一位正直的公民变成了一个充满暴力、杀戮的爱德华·海德。我们可能认为如此容易的转变只会出现在虚构的小说中，但一种名为尖孢镰刀菌的常见真菌却经常遭遇类似的命运。
由李俊马和夏洛特·范德·多斯领导的科学家团队发现，这种真菌可以将四条完整的染色体从一个个体转移到另一个个体。这就像史蒂文森药水在遗传学上的等价物。它包含了温和、如同杰克尔般存在的真菌所需的一切，可以将其从一种与植物和谐共处、无害的版本转变为如同海德般存在的疾病病原体。在这种状态下，它会如此剧烈地感染许多植物物种，以至于赢得了绿色特工的绰号，并曾被考虑用作生物武器。它甚至可以感染人类。
这些致病染色体是在马和范德·多斯测序了感染番茄的尖孢镰刀菌lycopersici（或称“Fol”）的基因组后被揭示出来的。其基因组异常庞大，比其最近的亲戚、感染谷物的F.verticillioides大了 44%。进一步研究发现，大部分多余的 DNA 存在于 Fol 所拥有而其亲戚所没有的四条额外染色体中。这些染色体占 Fol 基因组的四分之一。
马和范德·多斯通过将一种无害的 Fol 菌株与一种引起番茄枯萎病的菌株一起孵育，展示了这种额外染色体四重奏的威力。仅仅因为共享同一空间，原本无害的菌株就成功获得了两种额外的染色体。突然间，它也能够感染番茄了。在一次事件中，真菌就装备了一个移动的军械库，并变成了一个杀手。似乎真菌只需要四条染色体中的两条就能引起疾病；其他染色体可能作为辅助，增强其新的致病能力。
这些额外的染色体上载有各种跳跃基因，这些是可以在自身驱动下跳跃到新位置的寄生序列。它们的出现可能解释了为什么这种真菌能够如此轻易地交换大块的遗传物质。
这些染色体中只有五分之一的 DNA 是蛋白质编码基因，但其中许多是已知的感染过程中的参与者。它们产生分解植物坚韧细胞壁和破坏其组织的酶。但这些武器非常具有特异性。其他感染不同植物的尖孢镰刀菌变种也有额外的染色体，但它们的染色体与 Fol 的大不相同。虽然这些变种的核心基因组有 98% 相同，但 Fol 的大部分额外序列在其他菌株中没有对应物，反之亦然。
这种令人难以置信的遗传多样性可能解释了为什么这种特定的真菌如此擅长感染不同的植物。每个变种都配备了自己独特的武器库，专门针对其特定宿主的防御机制。事实上，当马和范德·多斯将无害的真菌与感染甜瓜或香蕉的变种一起孵育时，它从未获得感染番茄的能力。只有另一种番茄杀手才能赋予这些能力。
这四条染色体是从哪里来的？它们的序列表明，它们是来自其他尖孢属物种的捐赠。这是水平基因转移的一个绝佳例子，在这种过程中，生物体绕过了从亲代到子代的缓慢基因传递，而是直接在个体之间进行交换。
这些遗传交换在细菌中很常见，它们也可以通过交换称为“致病性岛”的 DNA 片段，从无害微生物转变为致命杀手。其中一个这样的 DNA 片段可以将金黄色葡萄球菌从我们皮肤上的无害居民转变为中毒性休克综合征的病原体。
我们越来越意识到在更复杂的生物体中也存在类似的基因交换，例如植物、真菌以及甚至动物，但转移四条完整的染色体——无论如何都是一笔巨大的 DNA 交易——是完全闻所未闻的。这些序列可以触发这些真菌及其宿主进化上的巨大飞跃，突然引发以前是和谐共处地区的大规模流行病。
参考文献： Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature08850
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