哪些植物会(食人花)

大王花，我们俗称“食人花”，并不食人，但不仅臭，还不肯自己进行光合作用；它是寄生植物，而且基因超级可疑。

大花草科的成员“大王花”（Rafflesiaarnoldii）拥有全世界最大的花，直径可超过1米，重量可达10公斤，跟一名幼儿的重量差不多。大王花不只很臭，还不肯自己进行光合作用；它是寄生植物，而且基因超级可疑；它会从宿主身上窃取新的基因，将自己本来的基因清除掉，但却不停复制重复的基因，导致自己的基因体变得异常庞大。

起初它们仿佛隐形藏在东南亚的森林里，以细胞的形式寄生在藤蔓宿主的重要组织上吸取营养生长。即使在显微镜下，这些细胞与藤蔓本身的细胞几乎没有区别，它们看起来更像是真菌而非植物。但是，当繁殖的欲望唤醒它们时，大花草科的成员就会长出巨大、没有茎、表面满是圆点的红色“尸花”，散发出一股腐烂肉的臭味吸引授粉的腐肉蝇，这也是人们称之为“食人花”的由来。

十多年前，布鲁克林长岛大学的演化植物生物学家珍妮尔・莫利纳（JeanmaireMolina）开始对大花草科感兴趣，她好奇它们的基因体是否跟外表一样奇特。初步研究表明确实如此，她和同事2014年在《分子生物学与演化》（MolecularBiologyandEvolution）发表的研究成功为菲律宾的大王花粒线体DNA定序。然而，他们没办法在大王花上检测出叶绿体的任何功能基因，它们似乎直接抛弃了整个叶绿体基因体。

这个情况很难想像，因为叶绿体负责行光合作用，而且跟所有的色素体一样，叶绿体也是参与许多细胞过程的关键基因。莫利纳指出，疟原虫至今还携带着色素体基因体，即使它们最后一批行光合作用的祖先生活在数亿年前。

这个惊人的发现已经被哈佛大学的一个独立研究团队证实，发表在《当代生物学》（CurrentBiology）期刊的论文研究了另一个大花草科成员，并在基因体草图中发现许多惊喜：寄生植物不但会清除多余的基因，还会从宿主那里偷走有用的新基因。大王花似乎是在告诉科学家，人类还需要更深入研究基因体，尤其是植物和寄生生物的基因体-因为这类生物占了地球上所有已知物种的40%以上。

大花草科的成员会长出巨大、没有茎、表面满是圆点的红色“尸花”，散发出一股腐烂肉的臭味吸引授粉的腐肉蝇

哈佛大学有机体与演化生物学教授查尔斯・戴维斯（CharlesDavis）也对大花草科很感兴趣，他称其为“25万种开花植物中最有魅力也最神秘的一种”。近15年来，他不断尝试找出大花草科的更多秘密，但事实证明，为它们的核基因体定序非常困难。后来，他的博士生蔡丽敏（LimingCai，音译，现在是加州大学河滨分校系统生物学博士后研究员）带头开始进行研究，并在哈佛大学生物信息主任提摩西・萨克顿（TimothySackton）的帮助下，最终拼凑出寄生花（Sapriahimalayana，大花草科寄生花属下的一个种）的基因体草图。

寄生花的基因体遵循了其他寄生植物的一些趋势，例如它也清除了许多被认为是植物存活的重要基因。由于寄生植物从宿主身上窃取基因，所以它们基本上是把新陈代谢的工作全都外包了，因此也不再需要一个独立植物应有的细胞。

戴维斯还发现，在其他寄生植物中广泛存在的近一半基因已经被寄生花清除，它比其他寄生植物如菟丝子清除的基因多出两倍，比农作物杀手独脚金清除的基因多出四倍，戴维斯说：“我们知道寄生植物会清除基因，但我们没想到竟然把44%的基因都抛弃了。”

此外，莫利纳在大王花的研究中，惊讶地发现大王花缺少了整个色素体基因体。在其他已知生物中，唯一抛弃色素体基因体的是多环藻属（Polytomella）的单细胞藻类，它们为了从周围水域吸收养分而放弃行光合作用。

这项新发现虽然令人开心，但也让科学家很困惑，因为大王花似乎仍然在制造色素体的隔间，莫利纳说：“当我们用电子显微镜进行研究时，我们发现了色素体，但里面却是空的，这种情况很诡异。”

大花草科的植物清除不需要的基因听起来似乎是为了让自己基因体变得更小和更有效率，但矛盾的是寄生花的基因体其实很大：估计总共有3.2到3.5千兆碱基（gigabases）的DNA，大约与人类差不多，那到底是什么东西塞满了它们的基因体？

大王花数千年来不断在窃取基因，它们的基因体就像是一个“巨大的DNA墓地”

首先，里面有偷来的基因。戴维斯的研究团队估计，大花草科的植物至少有1.2%基因源自过去与现在的其他物种，通常都是从宿主身上偷来的。这听起来可能没什么，但这种程度的基因转移对细菌以外的生物来说相当罕见。因此，即使只有百分之一的基因以这种方式产生，科学家还是感到非常惊讶。

由于这些寄生植物数千年来不断在窃取基因，它们的基因体就像是一个“巨大的DNA墓地”。研究团队仔细挖掘了这片墓地，并将10种潜在宿主的藤蔓基因体进行比对，科学家得以追溯大花草科的过去，蔡丽敏说：“这些水平转移的基因仿佛是DNA化石。”

科学家在这些DNA化石中发现了“可能可追溯至白垩纪中期灭绝的宿主”。如今，现存已知的大花草科大约有40种，它们都寄生在崖爬藤属（Tetrastigma）的藤蔓上。但在崖爬藤属以前，大花草科的成员似乎曾经寄生在胡椒属植物上，当然也顺便窃取了宿主的基因。这种生态历史几乎无法从石头化石中发现，因为寄生植物的花并不会开很久，而且其细丝状的形体不太可能变成化石。

然而，这些被偷的基因只是寄生花庞大基因体中的一小部分。它的大部分是被称为转座子（也称为“跳跃基因”）的DNA序列的复制所组成，萨克顿说：“大花草科的基因体中有90%是重复的。”

由于基因体中的高度重复，戴维斯花了很长时间才为寄生花拼凑出一个基因体草图。直到大约10年以前，基因体测序技术很容易被重复序列所阻碍，萨克顿说：“就像是在晴朗无云的蓝天拼拼图，每一块都是完全相同的形状，根本没办法完成。”而利用目前的基因体测序技术能处理更长的DNA片段，但即便如此也只能拼凑估计约40%的寄生花基因体-因为其余的部分依然重复性太高。

大王花的生长周期图

植物生物学家萨马・沙希德（SaimaShahid）研究了植物的转座子功能，他指出大花草科拥有丰富的转座子很惊人，数量大约为菟丝子的两倍。在其他寄生植物的测序中，主导元素为“反转录转座子”，它通过转录成RNA在基因体中移动。然而，大王花的主导元素却是DNA转座子，这些转座子不断重复复制并粘贴自己到基因体之中，沙希德说：“这是非常耐人寻味且不寻常的现象。”

为什么寄生花一开始就有这么多“跳跃基因”呢？至今科学家还没有定论，但答案或许会改变人类对寄生植物基因体的理解。

转座子被认为是“自私的”基因；它们甚至不惜牺牲自己拥有的基因体来进行复制。因此，宿主的基因体通常会控制住它们，大多数时候，他们的目标是让基因默化。因此，若不是大花草科的生长规则出现问题，就是寄生植物发现了让这些元素跳跃的好处。

科学家推测，大花草科的转座子过剩可能是生长环境孤立导致的结果，由于大花草科只寄生在崖爬藤属的藤蔓上，每一片藤蔓对它们来说都像是一个与世隔绝的孤岛，在生长受限的小种群中，很少有来自外界的基因流动，因此，即使是有害的转座子基因复制也可能随着时间演进而积累，直到基因体结构变得过于庞大。

还有一种可能性是寄生植物无法阻止自己的跳跃基因，其中某些源自宿主的元素可能差异太大，以至于大花草科植物的遗传机制无法立即识别并抑制，萨克顿说：“这就像一个入侵的物种。”也有另一种可能性是，由于寄生植物到处窃取宿主的遗传物质而演化出强大的调节能力，它们对无用DNA的额外负担产生耐受性，所以没有足够的选择压力来清除这些跳跃基因。

由于大花草科的数量稀少，科学家培育寄生植物及其宿主崖爬藤属的藤蔓。因为如果没有更多资料，我们就永远不会知道大花草科庞大的转座子中多少还有功能性，又有多少只是让基因体变得更加混乱。