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武器竞赛和野外变形虫之间的合作

2019-04-26 10:53:48 • 来源：

微生物正在迅速成为社会行为集的宠儿，因为它们的相互作用可以被理解为基因。他们也做了有趣的事情：细菌互相偷铁，用只有近亲可以抵抗的毒素互相杀戮，并用法定人数传感器互相计数。

武器竞赛和野外变形虫之间的合作

社交变形虫Dictyostelium discoideum，简称Dicty，是一个强大的社会研究系统，因为几代细胞和分子生物学家的辛勤工作已经找到了其社会过程的许多机制。但是，在自然界中进行研究以了解Dicty的合作行为是否有益于亲属，甚至其社会活动是否经常发生在自然界中。

圣路易斯华盛顿大学艺术与科学生物系的研究人员正在使用新的基因测序技术仔细研究Dicty的野生动物，如“美国国家科学院院刊”所述。

一个社会研究案例：由饥饿引发，成千上万的以前独立的Dicty变形虫聚集成一个运动的slu in，最终分化成一个带有活孢子的子实体，其中有一个由无菌茎细胞制成的茎。大约20%的细胞牺牲自己形成茎，将活孢子提升到高处并帮助它们分散。这种与利他主义者(死亡的茎秆细胞)和受益者(活孢子细胞)的明显分离让人联想到一个蚁群，无菌工人帮助他们的女王复制。

但与蚂蚁不同，变形虫有时形成一个由无关个体组成的社会单位。趁着测序基因组和许多已知Dicty，大卫Queller校长和琼·斯特拉斯曼和他们的团队Suegene能剧，凯蒂·盖斯特，与湘军基因的天使用的聪明的技术来解决Dicty野生研究的难度。

首先，他们创造了两个不相关的Dicty克隆的混合物或嵌合体，并允许它们饿死。然后他们在早期阶段收集细胞，当时利他主义者(茎细胞)和受益者(孢子细胞)的命运刚刚开始被整理出来，并对他们的RNA进行测序以确定在这个过程中表达了哪些基因。为了比较，他们还建立了一个单独的对照实验，混合中只有一个克隆。在相对于对照的嵌合体中更高表达的任何基因是感兴趣的社会基因。为了确保他们不只是看一对克隆的文物，他们用四个不同的克隆对重复实验。

“我们开始预测社会冲突会产生快速演变，因为每当你对对手发展一个技巧时，就会对你的对手产生选择压力，等等，”Queller说， Spencer T. Olin生物学教授。

这一预测得到了坚持。利用作者从弗吉尼亚州和德克萨斯州的土壤中收集的15个Dicty基因组，他们发现在嵌合体中表达不同的78个基因比其他基因进化得更快。

“在嵌合体中特别激活并显示快速进化的基因的存在本身是令人兴奋的，但也因为它支持实验室实验对社会交互的有效性，”Charles Rebstock生物学教授Strassmann说。“我们在实验室看到的作弊和竞争的种类因此不是一件神器，而是我们窥视几千年来进化过的基因所支持的东西。”

首席作者Suegene Noh现在是科尔比学院的助理教授：“看到这些基因快速进化的明确信号是特别令人兴奋的，因为即使它们像单细胞变形虫一样简单，野生个体也会变化很大。 “

研究人员还想根据亲属选择或直接选择来探索细胞是否成为茎或孢子。亲属选择解释预测茎细胞对作为其亲属的孢子细胞是利他主义者，而直接选择解释仅仅是茎细胞在竞争中是输家。为了测试这一点，研究人员观察了在前茎和前孢子阶段表达的基因。他们发现亲属选择预测得到了维护。

“这两个实验一起表明，在自然界中，茎秆细胞确实是为了给亲戚放弃生命的利他主义者，”斯特拉斯曼说，并指出早期的研究表明野生子实体主要是无性系。“但这并没有否定这一发现，即当子实体中存在非亲属时，基因会在竞争选择压力下发生变化。

“这就像'爱丽丝梦游仙境'，她发现她不得不经常跑到仅仅停留在同一个地方，”她说。

这组作者说，这项研究利用了可能在其他微生物社会相互作用争议中发挥作用的方式进化的分子特征。

“所需要的只是一个问题，一组基因被假设为特定的选择，然后衡量该选择的基因特征，”奎勒说。“对于这个特殊的系统，它验证了几十年来一直在进行的实验室工作，这也是其他系统的优势所在。”

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