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鱿鱼光器官中的发光细菌驱动宿主的系统性变化

2019-03-06 10:06:43 • 来源：

夏威夷大学海洋与地球科学与技术学院(SOEST)的夏威夷大学(UH)研究人员在美国国家科学院院刊上发表的一项新研究揭示了在夏威夷短尾草内生活和谐的发光细菌鱿鱼的光器官，改变其鱿鱼宿主其他器官的基因表达。

鱿鱼光器官中的发光细菌驱动宿主的系统性变化

自动物起源以来，细菌一直在推动动物生物学，并且大多数动物 - 细菌协会在共生关系中有益于其宿主生物的生命。了解微生物和其他生物(包括人类)的相互依赖性是医学和环境健康的前沿。

夏威夷短尾鱿鱼在夏威夷群岛的浅水区夜间活跃。它从它的身体散发出细菌伴侣产生的光，以抵御月光和星光。动物调节其微生物的生物发光输出以响应环境光的变化，例如云覆盖的衰减。据信这种行为是通过眼睛和光器官之间的反馈来控制的。

近三十年来，导演Margaret McFall-Ngai和SOEST太平洋生物科学研究中心(PBRC)研究员Edward Ruby的实验室使用了夏威夷短尾鱿鱼及其产生光的共生体Vibrio fischeri作为模型生物系统。解开这个神秘而重要的关系的细节。

来自McFall-Ngai的PBRC研究生Silvia Moriano-Gutierrez问了一个问题：夏威夷短尾鱿鱼光器官的弧菌定植会影响鱿鱼身体其他部位的基因表达吗?

为了研究这个问题，莫里亚诺 - 古铁雷斯使用了两种不同的共生菌株 - 野生型，发光明亮，不发光，“三角洲lux菌株”。在三个条件下，研究小组评估了哪些鱿鱼 - 宿主基因在光器官本身以及假设与光器官一起协调宿主光输出的眼睛中表达，以及作为主要免疫器官的鳃。在鱿鱼中：没有被弧菌定植的鱿鱼，被野生型细菌定殖的鱿鱼，以及被delta lux菌株定殖的鱿鱼。

“我的第一个惊喜是，在比较野生型细菌或光缺陷细菌定植的早期影响时，我们发现光器官中基因表达的最重要驱动因素不是细菌本身的存在，而是莫里亚诺 - 古铁雷斯说：“而是有细菌的存在。” “换句话说，共生体的光产生是宿主基因表达的一个更重要的驱动因素。”

基因表达对光产生的反应比对细菌存在的响应更强，这一事实强调了细菌动物对生产生物发生作用的重要性。有趣的是，在48小时内，delta-lux菌株随后被宿主排斥，将光器官的转录反应与其制裁黑色菌株的能力相关联。

接下来，研究人员评估了不同条件如何影响远离共生体的组织，即眼睛和鳃。这两种器官均以其独特的基因表达特征对这些病症作出反应。鳃类似地响应野生型和暗突变体的存在。

“然而，下一个令人惊讶的是，虽然当器官被野生型定植时，眼睛对数十种基因表达的强烈变化作出反应，当被黑暗突变体定植时，NO基因改变了它们在眼睛中的调节。 ，“Ruby说。“这些数据支持了这样一种观点，即眼睛与光器官之间的协调对于动物行为中光的使用非常重要。”

“通过这种方式，共生的开始协调了多个基因的协调，受调节的表达，跨越不同的器官，无论是殖民的还是遥远的，并且可能由不同的共生信号触发，表明宿主和共生体之间的对话是一个更复杂的对话比我们预期的要好，“McFall-Ngai说。

随着未来的研究，该团队将解决共生体的哪些其他可能的特征触发宿主组织中的这种反应，以及这些信号如何到达远程组织，以努力理解宿主 - 微生物通信复杂性的机制。

不同的微生物组对破译不同微生物群落和宿主组织之间的信号传导提出了挑战。通过使用鱿鱼 - 弧菌系统，其中费氏弧菌是唯一可以在光器官中建立共生关联的细菌，我们将这种复杂性降低到只有两个伙伴。通过这种方式，识别和解释关联内的对话变得更易于管理，揭示可能与理解更复杂系统(如人体肠道微生物组)相关的策略。夏威夷物种正在成为一种模式系统，以了解微生物如何有益于其宿主的生命。

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