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科學家發現首例動物體內自制胡蘿卜素現象

動物體中需要保護視覺和皮膚健康、促進骨骼生長和維持其他重要生理機能的多種物質，胡蘿卜素是構成這些物質的基礎 。常見的蔬菜胡蘿卜內含有大量的β-胡蘿卜素，它是讓胡蘿卜自身呈桔黃色的原因，也是構成維生素A的基礎 。長期以來，科學家始終認為，通過飲食是動物獲取所需胡蘿卜素的唯一來源 。沒有文字記載說動物能夠靠自身的能力生產或制造胡蘿卜素 。
然而，美國亞利桑那大學研究人員新公布的研究成果改變了人們的觀點，他們發現，一種名為豌豆蚜蟲的昆蟲能夠生產制造自身所需的基本營養成分—— 胡蘿卜素 。負責研究工作的是亞利桑那大學生態和進化生物學教授南希·莫蘭，主要合作者包括化學和生物化學系研究專家泰勒·賈爾沃 。
莫蘭表示，從雞蛋黃的黃色，到蝦和三文魚的粉色，再到火烈鳥、西紅柿、胡蘿卜、柿子椒和金盞花粉色等，這些顏色的背后均是胡蘿卜素在“作祟”，人們從胡蘿卜素的廣泛分布中，不難明白它實際上存在于生命的各個角落 。
莫蘭和同事通過在實驗室中培養豌豆蚜蟲，了解到了它們是如何獲得生產胡蘿卜素的能力的 。她表示，研究小組的發現源于實驗室中發生一次幸運的意外以及其他科學家最近完成的豌豆蚜蟲基因組測序工作 。
豌豆蚜蟲的英文學名為Acyrthosiphon pisum，它們的顏色有紅色和綠色兩種 。豌豆蚜蟲為無性系動物，“母親”直接繁殖“女兒”，而“女兒”與“母親”具有相同的遺傳特征 。
2007年，莫蘭和同事在實驗室中發現紅色5A系豌豆蚜蟲神奇地繁殖出黃綠色的后代時，知道這是豌豆蚜蟲的基因發生突變的結果 。他們將新生的黃綠色豌豆蚜蟲稱為5AY系，并將它們在實驗室作為“寵物”培養，認為也許某天會有機會了解顏色出現如此變化的真正原因 。
豌豆蚜蟲體內存在著共生菌(symbiotic bacteria) 。這些共生菌生活在豌豆蚜蟲體內特殊的細胞中，并從母系豌豆蚜蟲直接傳遞給其后代 。共生菌為豌豆蚜蟲提供了至關重要的營養 。如果蚜蟲的共生菌死亡，那么蚜蟲也就隨之而滅 。
莫蘭研究豌豆蚜蟲和細菌體系長達數10年，知道有3種主要的共生菌并不生產胡蘿卜素 。此外，她十分清楚，豌豆蚜蟲并不從它們的食物中獲取胡蘿卜素，因為豌豆蚜蟲是通過吸取植物韌皮部樹液來獲得所需食物的，而樹液本身胡蘿卜素貧乏，并且蚜蟲體內的胡蘿卜素與植物中的并不相同 。
【科學家發現首例動物體內自制胡蘿卜素現象】2009年底，在豌豆蚜蟲全部的DNA測序完成并為研究人員共享后，莫蘭決定利用這些基因序列尋找豌豆蚜蟲的胡蘿卜素基因 。由于有機物利用相同的生物合成途徑獲取胡蘿卜素，因此莫蘭和同事認為可以直接尋找豌豆蚜蟲的胡蘿卜素基因 。
在豌豆蚜蟲基因組測序中，研究人員分析的是紅色豌豆蚜蟲，它們帶有額外的胡蘿卜素基因副本，這使得研究人員很容易地找到了導致豌豆蚜蟲呈紅色的基因 。隨后，莫蘭和同事的工作就是了解紅豌豆蚜蟲額外的胡蘿卜素基因副本到底是來自豌豆蚜蟲的DNA，還是來自少見的共生菌，或是因樣品被真菌所污染的結果 。
研究發現，從豌豆蚜蟲中除掉共生菌并沒有改變其后代的顏色，這意味著共生菌并不是蚜蟲紅色的來源 。然而，通過追蹤紅色、綠色以及2007年獲得的黃綠色豌豆蚜蟲的家系，證明顏色變化符合孟德爾遺傳特征，這表明導致豌豆蚜蟲呈紅色的DNA片段是豌豆蚜蟲DNA的組成部分 。
莫蘭和同事發現的豌豆蚜蟲遺傳特征與其他研究小組的結果吻合，該研究認為，自然界豌豆蚜蟲具有兩種顏色的原因在于紅色豌豆蚜蟲更易受到寄生蜂的影響，而綠色豌豆蚜蟲更容易受到其天敵如瓢蟲的影響 。