一只小魷魚揭示了細菌的進化

細菌對所有動物的健康至關重要，在動物及其組織的進化中也起著重要作用。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(zhuǎn)向夏威夷短尾烏賊。

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斯潘塞尼霍姆領導的國際研究小組對這種小魷魚的基因組進行了測序，以確定其在共生中獨特的進化足跡。產(chǎn)生如何遏制細菌線索的器官特別適合這種伙伴關系。

第一個魷魚基因組測序由尼霍姆、佛羅里達大學的杰米福斯特、維也納大學的奧列格西馬科夫和夏威夷大學的邁赫迪貝爾凱德完成。比如團隊發(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”可能會讓頭足類動物更容易增加復雜性，包括含有細菌的新器官。

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，以及研究生物學不同領域(如動物發(fā)育和比較進化)的研究人員?！?

許多動物的器官都含有細菌。人體腸道含有數(shù)萬億個細菌，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。了解如何通過識別幫助動物與細菌合作的基因來維持這些關系，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絕佳模型，因為它與有益微生物具有共生關系，被許多科學家用來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，研究人員可以證明這些器官在進化過程中有不同的路徑。這種特殊種類的魷魚有一個發(fā)光器官，其中包含一種發(fā)光或生物發(fā)光的細菌，這使魷魚能夠從捕食者那里暴露自己。在過去的某個時候，一個重大的“重復事件”發(fā)生了，這導致了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(chǎn)生的光。

另一個發(fā)現(xiàn)是，在輔助腺體中，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)出非常獨特的基因組結(jié)構，這與其他任何動物都不同。"這證實了之前關于它們不同尋常的性質(zhì)和復雜性的報道."

福斯特指出，梳理這些異常復雜的細節(jié)，直接適用于研究其他細菌/動物的關系。

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

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