Bladlusens evne til at tilpasse sig temperaturudsving afhænger af symbiotiske bakterier • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, Evolution

Bladlusens evne til at tilpasse sig temperaturudsving afhænger af symbiotiske bakterier.

Komponenter af en symbiotisk superorganisme: bladlus (øverst) og bakterier Buchneralever i specialiserede værtsceller – bakterieocytter (foto fra www.neemewsnetwork.org og www.uv.es)

Bladlusens modstand til høje temperaturer, som det viste sig, bestemmes af deres symbioters genetiske egenskaber – bakterier Buchnera. Har nogle bladlus Acyrthosiphon pisum mutante symbionter blev fundet i hvilke et af "heat shock" generne ikke aktiveres, når de overophedes; ibpA. I normale bakterier hjælper proteinet kodet af dette gen at modstå overophedning. Bladlus med mutante symbionter multipliceres hurtigere i køligt vejr, men når temperaturen stiger, begynder de at tabe kraftigt til de insekter, hvis symbionter ikke bærer mutationer.

Bladlus fodrer udelukkende på plante sap. En god symbiose med bakterier gør det muligt for dem at leve på denne dårlige kost. Symbionts modtager husly og mad fra ejerne, og i gengæld syntetiserer de for dem aminosyrer, vitaminer og andre stoffer, der er helt fraværende i det lille søde vand, der udgør den eneste mad af bladlus.

Den kendsgerning, at bladlus er faktisk symbiotiske "superorganismer" giver en temmelig ejendommelig karakter til deres økologi og evolution.For eksempel er det helt muligt for bladlus at arve overtagne egenskaber "ifølge Lamarck." Tværtimod giver flere generationer symbionts-buchner vej til livet af en bladlus i sine celler, mens bakteriens genpulje kan ændre sig som følge af mutationer og selektion, og derefter vil bladlusen viderebringe til sine efterkommere symbioner, som er genetisk forskellige fra dem, hun selv modtog fra moderen.

En ny artikel fra personalet ved Det Fakultet for Økologi og Evolutionærbiologi ved University of Arizona i Tucson (USA) viser, at symbionternes genetiske egenskaber kan have den stærkeste effekt på hele symbiotiske kompleksers levedygtighed og økologiske egenskaber.

Symbiose bladlus med bogholderier i over 100 millioner år. I løbet af denne tid har buchner gennemgået genetisk nedbrydning – dette er næsten det uundgåelige skæbne af alle obligatoriske intracellulære symbioner. Buchner mistede evnen til at rekombinere (udveksling af gener med andre bakterier), dets genom er stærkt reduceret, forenklet og tabt plasticitet på grund af tabet af genetiske genetiske elementer og gentagelser. Dette reducerede bakteriens adaptive evne.Som enhver anden organisme, der var vant til relativt uændrede gunstige forhold, blev bogen en forfærdelig forkælet og lunefuld væsen. Og dette pålægger igen restriktioner for hele "superorganisme". For eksempel kan bygherrer ikke lide varmen – og dette forhindrer i høj grad bladlusene at sprede sig i de områder, hvor sandsynligheden for overophedning er høj. Forresten er sådanne begrænsninger karakteristiske for mange andre superorganismer: små jordlevende hvirveldyr kunne ikke beherske plantediet ordentligt, før de havde udviklet en varmblodhed (den tarmflora, der er nødvendig for at fordøje cellulose, tåler ikke hypotermi); Lad os også huske, hvad der gøres for at opretholde en konstant temperatur i deres boliger, termitter.

Det største problem, som kroppen møder med overophedning, er muligheden for at ændre den sekundære struktur (denaturering) af nogle proteiner. Normalt omfatter en celle som reaktion på en stigning i temperaturen en række gener (de kaldes heat shock gener – heat shock genes), der koder for specielle proteiner – chaperoner, hvis funktion er, at de "kraftigt" giver andre proteiner den korrekte konfiguration. Varmechokgenerne (i fem stykker) findes også i back office.

Det er nysgerrig, at nogle gener, som i andre organismer normalt aktiveres ved overophedning, i buchnere altid arbejde med øget aktivitet. Faktum er, at den forkerte foldning af proteiner kan forekomme ikke kun på grund af høje temperaturer, men også på grund af skadelige mutationer i generne, som koder for disse proteiner. En bochner, der mangler evnen til at rekombinere, er dømt til konstant akkumulering af mutationsvægt, og chaperonerne kan til en vis grad udjævne de negative virkninger af mutationer ved at folde op, ikke helt de rigtige proteiner.

Forskere har taget tre laboratorielinjer af ærteplader Acyrthosiphon pisum og målte genbuchners aktivitet ved normal temperatur og overophedning (på metoden til måling af genaktivitet, se noten Human Evolution blev ledsaget af ændringer i regulatorgenerens aktivitet, Elementy, 13.03.2006). Det viste sig, at en af ​​de tre linjer i køleskabet ikke aktiverede genet under varmechok ibpAsom koder for et lille "varmeafskærmning" -protein, som ikke kun er tilstede i bakterier, men praktisk talt i alle levende organismer.

Siden linjen af ​​bladlus, hvor denne anomali blev opdaget, blev der kun lavet fem år siden fra den "normale" linje, hvor ibpA aktiveret ved overophedning, har forskere foreslået, at årsagen er en mutation (sandsynligvis en enkelt), der opstod mindre end fem år siden.

Buchners 'genom er læst, og det var ikke svært at finde mutationen. Forskere sekventerede det regulerende område af genet ibpA og fandt ud af, at bakterier med en abnorm reaktion på overophedning "tabte" et nukleotid (adenin) på det sted, hvor kromosomet er forbundet med det regulatoriske protein y32, som blot indbefatter genet ibpA (og andre heat shock gener) i en stressende situation.

Senere blev mange andre laboratorielinjer af bladlus af denne art testet, og i et af dem blev der fundet et andet tilfælde af uafhængig forekomst af den samme mutation. Kendskab til de studerede liniers historie fastslog forfatterne, at mutationen forekom en gang i 2001, den anden i 2005. Naturligvis ønskede forskerne at finde ud af, om denne mutation forekommer i naturlige populationer. Det viste sig, at det er ret almindeligt i bladlus fra de kølige stater New York og Wisconsin (i nogle populationer er mutante symbionter til stede i 20% af bladlus), men ikke fundet i staterne Arizona og Utah, hvor det er virkelig varmt. Eksperimenter har bekræftet, at alle mutanter har et gen ibpA ikke aktiveret ved overophedning, og alle linjer uden mutation – aktiveret. De resterende varmechokgener blev aktiveret på nøjagtig samme måde som i mutant og normal buchner.

Forskerne besluttede at finde ud af, hvordan mutationen, der forekom i den bakterielle symbiont, påvirker det symbiotiske superorganismes levedygtighed og reproduktionspotentiale. Bladlus med mutante og normale bukke blev dyrket under forskellige temperaturforhold: Ved en konstant temperatur på 15 ° og 20 ° C og en del af insekterne i en alder af to dage efter udklækning blev æggene opvarmet i fire timer til 35,5 ° C. Det viste sig, at efter overophedning mistes bladlus med mutante symbionter næsten fuldstændigt deres evne til at reproducere, mens bladlus med normale symbionter reproducerer ret succesfuldt. Ved en konstant temperatur på 15 ° eller 20 ° C har bladlus med mutante symbioner imidlertid en betydelig fordel. De begynder at formere sig tidligere og producerer i gennemsnit flere efterkommere.

Yderligere eksperimenter tillod os at fastslå, hvorfor kortvarig overophedning har en sådan skadelig virkning på bladlus med mutant buchners: at hæve temperaturen til 35 ° C eller højere fører til massedød af bakterielle symbioner.Herefter forbliver kun ca. 1000 bakterier pr. Insekt, mens normen er omkring en million.

Således giver mutantbuchners en fordel til bladlus ved en konstant lav omgivelsestemperatur, og "normal" er gavnlige, hvis der er fare for overophedning. Tilsyneladende afhænger lokaliseringsklimatets klimaforhold og selv på årstidspunktet valgretningen i naturlige populationer af bladlusen. Nogle gange kan bladlus med almindelig og undertiden med mutante symbionter få en fordel. Som følge heraf bevares begge genetiske varianter i naturlige populationer, og ingen af ​​dem kan fuldstændigt fortrænge den anden.

Kilde: H. E. Dunbar, A.C., C. Wilson, N.R. Ferguson, N.A. Moran. Aphid Thermal Tolerance styret af en punktmutation i bakterie Symbionts // PLoS Biol. 2007. 5 (5): e96 doi: 10.1371 / journal.pbio.0050096.

Om symbiotiske bakterier i insekter, der lever på plantesap, se også:
1) Bedbugs fodrer deres afkom med gavnlige bakterier, Elements, 13 oktober, 2006.
2) Det mindste genom læses, "Elements", 10/16/2006.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: