Udvidet fænotype forklaret på genetisk niveau • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik

Udvidet fænotype forklaret på det genetiske niveau

En larve dræbt af et nukleart polyhedrosis virus. Caterpillarvævene blev flydende, og hvis det regner, falder viruspartiklerne på de blade og grene, der er placeret nedenfor. Foto fra wikipedia.org

Mange parasitter manipulerer deres ejers adfærd, men det genetiske grundlag for sådanne manipulationer er dårligt forstået. Amerikanske biologer har været i stand til at identificere det gen, som den nukleare polyhedrosisvirus forårsager inficerede larver at klatre til toppen af ​​træerne, hvilket bidrager til spredningen af ​​virussen. Som det viste sig, opnår virussen dette ved at handle på systemet med hormonal regulering af smeltemængder og larverens fodringsadfærd.

De manipulationer, som deres ejers parasitter udsættes for, ligner nogle gange scener fra en horror film (se: Karl Zimmer. "Parasitter. Den hemmelige verden"). Nogle parasitter klarer at tage kontrol over værtsens adfærd og faktisk gøre det til en "zombie", hvis handlinger nu kun tjener ét mål: at give parasitten de bedste chancer for reproduktion og infektion fra andre værter.

Den nukleare polyhedrosisvirus (nuklear polyhedrosisvirus, NPV) forårsager, at gypsymotens inficerede larver skal krybe højere op ad grenene, inden de dør.Som et resultat dør larven et eller andet sted højt i trækronen og klamrer sig til en gren eller et blad. Dens væv, fyldt med virale partikler, bliver flydende og spredt, drypper ned sammen med regnen, som som du kan gætte, bidrager til infektionen af ​​nye larver.

Sådanne manipulationer illustrerer i høj grad ideen om den "udvidede fænotype" udviklet af R. Dawkins i bogen med samme navn. Hvis vi ved fænotype forstår alt, hvad der er signifikant påvirket af generne af denne organisme (og det er nok den mest logiske måde at fortolke udtrykket "fænotype" på), viser det sig, at zombie værtens ændrede opførsel er et fænotypisk tegn på parasitten. Det er klart, at dette er en tilpasning af parasitten, og ikke værten, og at denne adfærd blev skabt af selektion, der virker på parasittenes gener. Imidlertid er det genetiske grundlag for sådanne "udvidede" fænotypiske træk i de fleste tilfælde stadig ukendt.

Biologer fra flere amerikanske forskningscentre har været i stand til bredt at dechifrere den genetiske mekanisme, hvormed NPV-virusen forårsager døende larver at klatre op til træernes toppe. De viste, at genet er ansvarlig for denne manipulation. egt – et af de 164 proteinkodende gener indeholdt i et meget stort (161.046 basepar) genom af NPV-viruset.

Mistanke faldt på genet egt ikke tilfældigt. Det blev tidligere fastslået, at EGT-proteinet kodet af dette gen (ecdysteroid-uridin-5'-diphosphatglycosyltransferase enzym) deaktiverer et af de vigtigste hormoner, som styrer livet for en larve 20-hydroxy ecdyson (20E). Hormon 20E giver rettidig smeltning. Før hver afgang stopper larven fodring i nogen tid og går ned fra grenene, hvor den søger efter spiselige blade, et sted lavere for at skjule i barkets revner eller i jorden ved træets rødder. Hertil kommer, at sunde larver kryper op på søgen efter mad kun om natten, og med dagens indtræden stræber de ned til at dække, flygende fugle med insektfugle.

På et sent stadium af virusinfektion blokerer EGT-proteinet produceret af vira virkningen af ​​hormon 20E. Som følge heraf ophører larven med at kaste og begynder at fodre konstant uden afbrydelser. Måske er det denne ændrede fodringsadfærd, der i sidste ende fører til at larven er øverst på træet, fordi den opadgående bevægelse er typisk for larver, der aktivt søger mad.

At teste hovedrollehypotesen egt i larvernes ændrede opførsel konstruerede forfatterne to linjer (stammer) af genetisk modificerede vira, hvor genet egt var på to forskellige måder uarbejdsdygtige. To linjer af "vilde" vira fra naturlige populationer af den opparrede silkeorm blev anvendt som kontroller.

Caterpillerne blev inficeret med en af ​​de virale stammer og plantet i lange plastflasker, hvor fødevaren var i bunden, men det var muligt at klatre langs væggene. I de tidlige stadier af infektionen opførte alle larverne på omtrent samme måde: de kryblede op og ned og forblev mest i bunden af ​​flasken. I de senere stadier, kort før døden, begyndte caterpillerne smittet med vilde vira målrettet at klatre op og dø og klamrede sig til flaskevæggen højt over bunden. Caterpillars inficeret med genetisk modificerede vira uden gen egt, de døde også, men ikke høje på væggen, men ikke langt fra bunden af ​​flasken (se figur).

En – Caterpillar af Gypsy Moth, dræbt af NPV-viruset; B – den højde, hvormed larverne inficerede med forskellige stammer af virussen døde. To venstre kolonner – vilde vira taget fra naturlige populationer to medium – vira med handicappede gen egt; to rigtige – vira, som i stedet for det beskadigede gen egt indsat et andet skuespil. Billede fra artiklen i diskussion Videnskab

For endelig at sikre, at det er i genet egt, og ikke i nogen utilsigtet skade, som vira kunne have modtaget som følge af gentekniske procedurer, indsatte forfatterne et nyt, fungerende gen for modificerede vira egt i stedet for forkælet. Caterpillars inficerede med disse genmodificerede vira, før døden, klatrede væggene på samme måde som i tilfælde af infektion med vilde vira. Følgelig bestemmes dødsadfærd af inficerede larver bestemt af virusgenet. egt.

Derved opnås viruset ved at blokere hormonregulering af en værts livscyklus ved hjælp af EGT-protein. For det første forårsager larven at dyrke mere aktivt og ikke spilde tid og energi på smeltning og andre aktiviteter, der er nyttige for larven, men ikke til virussen. Mange parasitter gør dette med deres ejere. For det andet fører det konstant inkluderede instinktive program til at søge efter velsmagende blade den døende larve til toppen af ​​træet, hvorfra det er mere hensigtsmæssigt for viruset at inficere andre larver.

Kilde: Kelli Hoover, Michael Grove, Matthew Gardner, David P.Hughes, James McNeil, James Slavicek. Et gen til en udvidet phenotype // Videnskab. 2011. V. 333. s. 1401.

Se også:
1) Richard Dawkins. Udvidet fænotype: lang arm af genet. M.: CORPUS, 2010.
2) Karl Zimmer. Parasitter. Den hemmelige verden. M.: Alpina non-fiction, 2011.
3) Toxoplasma – en parasit, der manipulerer den menneskelige kultur, "Elements", 05.09.2006.
4) Unge parasitter værner om værten, moden driver sin rovdyr i munden, "Elements", 06.06.2011.
5) Parasites strategier: Du kan ikke dræbe undskyldning (under artiklen: V.N. Mikheev. Monoxeniske og heteroxeniske parasitter af fisk manipulerer på forskellige måde værtsens adfærd // Journal of General Biology. 2011. T. 72. №3. S. 183-197).

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: :???: :?: :!: