一條小魷魚揭示了細(xì)菌的進(jìn)化
對所有動物的健康至關(guān)重要的細(xì)菌也在動物及其組織的進(jìn)化中起主要作用。為了了解動物如何隨著時間的推移與細(xì)菌共同進(jìn)化,研究人員轉(zhuǎn)向夏威夷短尾魷魚,Euprymna scolopes。在本周發(fā)表在“ 美國國家科學(xué)院院刊”上的一項新研究中,由UConn分子和細(xì)胞生物學(xué)副教授Spencer Nyholm領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊對這種小魷魚的基因組進(jìn)行了測序,以確定共生中獨特的進(jìn)化足跡。器官,產(chǎn)生關(guān)于如何容納細(xì)菌的器官特別適合這種伙伴關(guān)系的線索。
第一個魷魚基因組由Nyholm,佛羅里達(dá)大學(xué)的Jamie Foster,維也納大學(xué)的Oleg Simakov和夏威夷大學(xué)的Mahdi Belcaid進(jìn)行測序。例如,該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一些驚喜,即夏威夷短尾魷魚的基因組大小是人類基因組大小的1.5倍。
通過比較E. scolopes的基因組與其表親章魚,研究人員表明,章魚和夏威夷短尾魷魚的共同祖先經(jīng)歷了一次重大的基因改造,重組并增加了基因組大小。這種“升級”可能使頭足類動物更容易增加復(fù)雜性,包括容納細(xì)菌的新器官。
“夏威夷短尾魷魚已成為研究共生超過30年的模式生物,”Nyholm說。“擁有基因組將有助于研究這些相互作用的研究人員,以及那些研究不同生物學(xué)領(lǐng)域的研究人員,如動物發(fā)育和比較進(jìn)化。”
許多動物都有容納細(xì)菌的器官。人體腸道容納了數(shù)萬億的細(xì)菌,這些細(xì)菌在消化,免疫功能和整體健康方面發(fā)揮著重要作用。通過識別幫助動物與細(xì)菌合作的基因來了解如何維持這些關(guān)系,為進(jìn)一步了解人體提供了基礎(chǔ)。夏威夷短尾魷魚是鑒定這些基因的優(yōu)秀模型,因為它與有益微生物有共生關(guān)系,并且被許多科學(xué)家用于研究細(xì)菌和動物之間的交流。
夏威夷短尾魷魚有兩種不同的共生器官,研究人員能夠證明這些器官在進(jìn)化過程中各有不同的路徑。這種特殊種類的魷魚有一個光器官,它含有一種發(fā)光的或生物發(fā)光的細(xì)菌,使魷魚能夠從掠食者身上披露自己。在過去的某個時刻,發(fā)生了一個重大的“重復(fù)事件”,導(dǎo)致通常存在于眼睛中的基因的重復(fù)拷貝。這些基因使魷魚能夠控制細(xì)菌產(chǎn)生的光。
另一個發(fā)現(xiàn)是,在輔助性腺體中,一個雌性生殖器官,富含基因,這些基因是“孤兒基因”或僅在短尾魷魚中發(fā)現(xiàn)而不在其他生物中發(fā)現(xiàn)的基因。
“魷魚和章魚表現(xiàn)出非常獨特的基因組結(jié)構(gòu),與任何其他動物不同,”西馬科夫說,“證實了先前有關(guān)它們不尋常的性質(zhì)和復(fù)雜性的報告。”
福斯特指出,梳理這些不尋常和復(fù)雜的細(xì)節(jié)直接適用于其他細(xì)菌 /動物關(guān)系的研究。
“微生物是動物及其組織進(jìn)化的主要驅(qū)動因素,”她說。“我們的研究結(jié)果有助于確定那些容納動物微生物的組織的'起源故事',并將有助于梳理動物中這些不同類型的創(chuàng)新可能發(fā)生的遺傳過程。”
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