一只小魷魚揭示了細(xì)菌的進(jìn)化

細(xì)菌對(duì)所有動(dòng)物的健康至關(guān)重要，在動(dòng)物及其組織的進(jìn)化中也起著重要作用。為了了解動(dòng)物如何隨著時(shí)間的推移與細(xì)菌共同進(jìn)化，研究人員轉(zhuǎn)向夏威夷短尾烏賊。

在本周發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)新研究中，由UConn分子和細(xì)胞生物學(xué)副教授斯潘塞尼霍姆領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組對(duì)這種小魷魚的基因組進(jìn)行了測(cè)序，以確定其在共生中獨(dú)特的進(jìn)化足跡。產(chǎn)生如何遏制細(xì)菌線索的器官特別適合這種伙伴關(guān)系。

第一個(gè)魷魚基因組測(cè)序由尼霍姆、佛羅里達(dá)大學(xué)的杰米福斯特、維也納大學(xué)的奧列格西馬科夫和夏威夷大學(xué)的邁赫迪貝爾凱德完成。比如團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一些驚喜，那就是夏威夷短尾魷魚的基因組大小是人類基因組的1.5倍。

通過比較E. scolopes和它的近親章魚的基因組，研究人員發(fā)現(xiàn)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，基因組尺寸增大。這種“升級(jí)”可能會(huì)讓頭足類動(dòng)物更容易增加復(fù)雜性，包括含有細(xì)菌的新器官。

尼霍姆說：“夏威夷短尾魷魚已經(jīng)成為研究共生現(xiàn)象30多年的模式生物?！皳碛谢蚪M將有助于研究這些相互作用的研究人員，以及研究生物學(xué)不同領(lǐng)域(如動(dòng)物發(fā)育和比較進(jìn)化)的研究人員。”

許多動(dòng)物的器官都含有細(xì)菌。人體腸道含有數(shù)萬億個(gè)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。了解如何通過識(shí)別幫助動(dòng)物與細(xì)菌合作的基因來維持這些關(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絕佳模型，因?yàn)樗c有益微生物具有共生關(guān)系，被許多科學(xué)家用來研究細(xì)菌和動(dòng)物之間的交流。

夏威夷短尾魷魚有兩種不同的共生器官，研究人員可以證明這些器官在進(jìn)化過程中有不同的路徑。這種特殊種類的魷魚有一個(gè)發(fā)光器官，其中包含一種發(fā)光或生物發(fā)光的細(xì)菌，這使魷魚能夠從捕食者那里暴露自己。在過去的某個(gè)時(shí)候，一個(gè)重大的“重復(fù)事件”發(fā)生了，這導(dǎo)致了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(gè)發(fā)現(xiàn)是，在輔助腺體中，一個(gè)雌性生殖器官富含基因，這些基因是“孤兒基因”或只在短尾魷魚中發(fā)現(xiàn)但在其他生物中沒有的基因。

西馬科夫說：“魷魚和章魚表現(xiàn)出非常獨(dú)特的基因組結(jié)構(gòu)，這與其他任何動(dòng)物都不同。"這證實(shí)了之前關(guān)于它們不同尋常的性質(zhì)和復(fù)雜性的報(bào)道."

福斯特指出，梳理這些異常復(fù)雜的細(xì)節(jié)，直接適用于研究其他細(xì)菌/動(dòng)物的關(guān)系。

“微生物是動(dòng)物及其組織進(jìn)化的主要驅(qū)動(dòng)因素，”她說?！拔覀兊难芯拷Y(jié)果將有助于確定那些含有動(dòng)物微生物的組織的‘起源故事’，并將有助于梳理動(dòng)物體內(nèi)這些不同類型創(chuàng)新的可能遺傳過程?！?

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