遺傳學家最愛的黑腹果蠅幾乎啥都吃，但也有一些果蠅只能取食特定的植物。一項研究分析了它們具備不同飲食習慣的原因，這或許能夠幫助我們更好地理解飲食、代謝和遺傳的關係。
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來源 京都大學
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來跟常見的果蠅打個招呼吧。它是我們所有家庭的常客，沒準此刻就在享用你幾天前扔進垃圾桶的香蕉皮。
儘管名字叫果蠅，這種昆蟲吃的可不僅是水果，而是以各種各樣的植物為食。在Cell Reports上發表的一篇論文中，科學家們解釋了果蠅飲食的多樣性源於它們對碳水化合物的靈活響應，這讓我們得以洞悉人類在飲食上的演變。
果蠅，或者說黑腹果蠅（Drosophila melanogaster），可能對某些人來說很討厭，但對科學家來說，它們是遺傳學的支柱，為基因如何在我們體內運作提供了答案。像果蠅一樣，人類也可以利用各種各樣的食物資源。這些果蠅和我們都被稱為「營養通才」（nutritional generalists）。
另一方面，果蠅的一些遺傳學上的表親被稱為「營養專家」（ nutritional specialists），也就是說它們只能依賴非常特定的植物而生存。至於這些生物體如何在飲食習慣上產生了如此大的差異，即使是在同一基因家族內，這方面還有很多問題亟待解答。
領導這項研究的是京都大學（Kyoto University）生物研究所的渡邊佳織（Kaori Watanabe）和服部佑佳子（Yukako Hattori），她們解釋說：「揭示營養通才果蠅和營養專家果蠅在分子機制上的差異，有助於了解生物體適應不同營養環境的方式。在我們的研究中，我們改變了不同種類果蠅食物中的營養平衡，並比較了它們的營養適應性以及它們的轉錄和代謝反應。」
研究小組首先研究「通才」果蠅和「專家」果蠅的幼蟲是否能適應三種實驗性飲食，分別是高蛋白、高碳水化合物和「中等」蛋白質碳水化合物。不出所料，包括普通果蠅在內的「通才」果蠅在所有的飲食下都能生長。另一方面，「專家」果蠅的幼蟲卻不能在富含碳水化合物的環境中生存。
眾所周知，這些「專家」果蠅以特定的水果或花卉為食，並在這些食物上面繁殖後代。對它們天然飲食營養成分的測試表明，它們以低碳水化合物為食。研究人員據此假設，果蠅之間的差異在於控制它們對碳水化合物響應的基因通路。
研究作者解釋道：「一個稱為TGF-β/活化素信號（TGF-β/Activin signaling）的信號通路調節著機體對碳水化合物的響應。在『營養通才』果蠅中，這一信號通路相當靈活，在不同飲食下維持著代謝平衡。事實上，當它們的飲食富含碳水化合物時，約有 250 個代謝基因被下調。」
與此相反，「營養專家」果蠅在更高的水平表達這些碳水化合物的代謝基因，並由此累積代謝產物，最終導致適應能力下降。當 TGF-β/活化素通路中名為dawdle的基因在普通果蠅中被禁用時，普通果蠅變得同樣缺乏適應能力。
結果表明，「營養通才」果蠅在進化過程中通過基因組與環境的相互作用保留了強大的碳水化合物響應系統，而「營養專家」果蠅在不變的低碳水化合物環境中失去了這種響應系統。
該研究團隊總結道：「考慮到人類和果蠅有許多共同的基因和調控因子，我們可以開始開發一種跨物種的比較方法，為解決人類為響應飲食攝入而產生的遺傳變異提供一個信息豐富的模型系統。」