一條小魷魚揭示了細菌的進化

對所有動物的健康至關重要的細菌也在動物及其組織的進化中起主要作用。為了了解動物如何隨著時間的推移與細菌共同進化，研究人員轉向夏威夷短尾魷魚，Euprymna scolopes。在本周發(fā)表在“ 美國國家科學院院刊”上的一項新研究中，由UConn分子和細胞生物學副教授Spencer Nyholm領導的國際研究團隊對這種小魷魚的基因組進行了測序，以確定共生中獨特的進化足跡。器官，產生關于如何容納細菌的器官特別適合這種伙伴關系的線索。

第一個魷魚基因組由Nyholm，佛羅里達大學的Jamie Foster，維也納大學的Oleg Simakov和夏威夷大學的Mahdi Belcaid進行測序。例如，該團隊發(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雜性，包括容納細菌的新器官。

“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領域的研究人員，如動物發(fā)育和比較進化。”

許多動物都有容納細菌的器官。人體腸道容納了數(shù)萬億的細菌，這些細菌在消化，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菌合作的基因來了解如何維持這些關系，為進一步了解人體提供了基礎。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系，并且被許多科學家用于研究細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“重復事件”，導致通常存在于眼睛中的基因的重復拷貝。這些基因使魷魚能夠控制細菌產生的光。

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構，與任何其他動物不同，”西馬科夫說，“證實了先前有關它們不尋常的性質和復雜性的報告。”

福斯特指出，梳理這些不尋常和復雜的細節(jié)直接適用于其他細菌 /動物關系的研究。

“微生物是動物及其組織進化的主要驅動因素，”她說。“我們的研究結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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