深海魚類的發(fā)光細菌揭示了進化的第三類共生關(guān)系

你可能會從熱門電影“海底總動員”的戲劇性外觀中認(rèn)出琵琶魚，因為它幾乎是小丑魚馬林魚和藍塘魚Dory的消亡。它的大部分時間都生活在距海洋表面1000多米的完全黑暗中。雌性琵琶魚在它們的額頭上運動著一個發(fā)光的誘餌，基本上是一個燈泡，它的末端有生物發(fā)光細菌。發(fā)光誘餌吸引魚類的獵物和潛在配偶。

盡管它最近聲名鵲起，但人們對琵琶魚及其與這些明亮細菌的共生關(guān)系知之甚少，因為魚很難獲得和研究。

科學(xué)家們第一次測序并分析了生活在琵琶魚鱗莖中的細菌的基因組。這些細菌來自墨西哥灣收集的魚類標(biāo)本。

研究人員在一項發(fā)表在mBio期刊上的新研究中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。分析顯示，細菌已經(jīng)失去了在水中自由生活所需的一些基因。這是因為魚類和細菌形成了一種緊密的，互利的關(guān)系，細菌在這里產(chǎn)生光，而魚則為微生物提供營養(yǎng)。

康復(fù)大學(xué)微生物學(xué)助理教授兼論文的第一作者托里·亨德利說：“這個具體例子的特別之處在于，我們看到這種演變?nèi)栽谶M行中，盡管魚類本身已經(jīng)在大約1億年前進化。”“細菌仍在失去基因，目前還不清楚為什么。”

生物體和細菌之間的大多數(shù)已知共生關(guān)系介于宿主和自由生活細菌之間，這些細菌不會進化以維持共生，或宿主和細胞內(nèi)細菌生活在宿主細胞內(nèi)并通過其基因組大幅減少演化。

琵琶魚中的細菌內(nèi)部的細菌代表了第三種類型的共生關(guān)系，其中初步數(shù)據(jù)表明這些細菌可能從琵琶魚球莖移動到水中。“這是我們對共生共識的一種新范式;這是第三種類型的情況，即細菌實際上并沒有被它們的宿主困住，但它們正在進化，”亨德利說。

基因測序表明，與自由游泳親屬相比，這些琵琶魚生物發(fā)光細菌的基因組減少了50%。細菌已經(jīng)失去了大部分與制造氨基酸和分解除葡萄糖以外的營養(yǎng)相關(guān)的基因，這表明魚可能為細菌提供營養(yǎng)和氨基酸。

同時，細菌保留了一些在宿主外的水中有用的基因。它們有完整的通道可以制作鞭毛，用于在水中移動的螺旋形尾部。細菌已經(jīng)失去了大部分涉及感染環(huán)境中化學(xué)信號的基因，可能會導(dǎo)致食物或其他有用的化合物，盡管還有一些仍然存在，留下了他們?nèi)匀豁憫?yīng)的一部分化學(xué)物質(zhì)。“他們被削減到他們關(guān)心的事情，”亨德利說。

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