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一条小鱿鱼揭示了细菌的进化

对所有动物的健康至关重要的细菌也在动物及其组织的进化中起主要作用。为了了解动物如何随着时间的推移与细菌共同进化,研究人员转向夏威夷短尾鱿鱼,Euprymna scolopes。

在本周发表在“ 美国国家科学院院刊”上的一项新研究中,由UConn分子和细胞生物学副教授Spencer Nyholm领导的国际研究团队对这种小鱿鱼的基因组进行了测序,以确定共生中独特的进化足迹。关于如何容纳细菌的器官尤其适合这种伙伴关系的器官。

第一个鱿鱼基因组由Nyholm,佛罗里达大学的Jamie Foster,维也纳大学的Oleg Simakov和夏威夷大学的Mahdi Belcaid进行测序。例如,该团队发现了一些惊喜,即夏威夷短尾鱿鱼的基因组大小是人类基因组大小的1.5倍。

通过将E. scolopes的基因组与其表亲章鱼进行比较,研究人员表明,章鱼和夏威夷短尾鱿鱼的共同祖先经历了一次重大的基因改造,重新组织并增加了基因组大小。这种“升级”可能使头足类动物的机会增加,包括容纳细菌的新器官。

“夏威夷短尾鱿鱼已成为研究共生超过30年的模式生物,”Nyholm说。“拥有基因组将有助于研究这些相互作用的研究人员,以及那些研究不同生物学领域的研究人员,如动物发育和比较进化。”

许多动物都有容纳细菌的器官。人体肠道容纳了数万亿的细菌,这些细菌在消化,免疫功能和整体健康方面发挥着重要作用。通过识别帮助动物与细菌合作的基因来了解如何维持这些关系,为进一步了解人体提供了基础。夏威夷短尾鱿鱼是识别这些基因的优秀模型,因为它与有益微生物有共生关系,并且被许多科学家用于研究细菌和动物之间的交流。

夏威夷短尾鱿鱼有两种不同的共生器官,研究人员能够证明这些器官在进化过程中各有不同的路径。这种特殊种类的鱿鱼有一个光器官,它含有一种发光的或生物发光的细菌,使鱿鱼能够从掠食者身上披露自己。在过去的某个时刻,发生了一个重大的“重复事件”,导致眼睛中通常存在的基因的重复拷贝。这些基因使鱿鱼能够操纵细菌产生的光。

另一个发现是,在辅助腺体,一个雌性生殖器官中,富含基因,这些基因是“孤儿基因”或仅在短尾鱿鱼中发现而不在其他生物中发现的基因。

“鱿鱼和章鱼表现出非常独特的基因组结构,与任何其他动物不同,”西马科夫说,“证实了之前关于它们不同寻常的性质和复杂性的报道。”

福斯特指出,梳理这些不寻常和复杂的细节直接适用于其他细菌/动物关系的研究。

“微生物是动物及其组织进化的主要驱动因素,”她说。“我们研究的结果有助于确定那些容纳动物微生物的组织的'起源故事',并将有助于梳理动物中这些不同类型的创新可能发生的遗传过程。”

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