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《Cell》:共生细菌诱导动物行为
来源:生物通   发布者:尹海华   日期:2017-09-08   今日/总浏览:1/1510

哈佛医学院生化和分子药理学教授Jon Clardy团队在《Cell》(8月31日)上发表文章,声称找到了一种细菌促使S. rosetta产生了性行为。

动物都是单鞭毛生物

1987年,英国科学家Thomas Cavalier-Smith提出,真核生物可以根据鞭毛数量分类。例如,植物的孢子和配子有两根长在细胞前端的鞭毛,动物(包括人类)的精子、真菌的游动孢子和原声动物Salpingoeca rosetta(S. rosetta)领鞭毛虫有一根长在细胞后方的鞭毛,通过摆动推进细胞前进。因此,地球上所有真核生物又被分为两个大门类:单鞭毛生物(Unikonta)和双鞭毛生物(Bikonta)。

倘若单鞭毛的单细胞原声生物和多细胞动物同属一个大类,有共同祖先,多细胞动物的祖先很可能就是后鞭毛生物(如S. rosetta)进化而来。因此,世界上许多科学家都在寻找刺激S. rosetta进化和特征形成的物质。

最近哈佛医学院生化和分子药理学教授Jon Clardy团队在《Cell》(8月31日)上发表文章,声称找到了一种细菌促使S. rosetta产生了性行为。

这是首个被发现能诱导真核生物交配的已知细菌,潜在地为“细菌如何影响动、植物行为发展”等命题提供了更广阔的见解。

“虽然共生细菌的重要性越来越受关注,但没人会认为细菌竟能诱导性交,”文章共同一作Clardy实验室的一名研究员J.P. Gerdt说。“该细菌诱导行为的发现,可激励其他领域的研究,也许在一些有待研究的生命系统中,人们还不曾关注过细菌的关键角色。”

这项研究还发现S. rosetta能生产软骨素(chondroitin)分子,在进化树上,这种分子的生产又被向前推进了几个世代。

意想不到的转折

加州大学伯克利分校的Nicole King研究S. rosetta已经好几年了,她和本文的通讯作者Clardy曾共同发表文章声明S. rosetta独特的玫瑰花样群落就是通过一种细菌蛋白触发。

当King课题组把Vibrio fischerii(一种海洋发光细菌)投入S. rosetta培养皿后,S. rosetta不再形成玫瑰花形,微小的S. rosetta鞭毛推动着主人开始了多达50个细胞的交配狂欢。

显然,V. fischerii细菌一定分泌了什么令S. rosetta兴奋的物质。这批S. rosetta细胞被立即送往Clardy实验室进行专业化分析,以解决生化谜题。

一系列测试后,候选分子的范围被缩小到一个从未被发现的单分子蛋白质,研究人员暂将其称为“性细胞外调节因子(Extracellular regulator of Sex,EroS)”。

进一步实验表明,EroS是一种硫酸软骨素分解酶。随后,科研人员发现S. rosetta也能生产软骨素(组成软骨结构的一种成分)。

“在此之前,我们根本不知道领鞭毛虫(choanoflagellates)细胞具有编码软骨素的能力,”Gerdt说。“我们无心插柳地改变了硫酸软骨素的演化发展时间表。”

阻断EroS后,S. rosetta的成群移动和交配活动停止,直接添加从海洋细菌中提炼的软骨素酶又重新引发疯狂。

为什么V. fischerii要生产促进S. rosetta交配的分子?生物的自然栖居地是否也存在相同的现象?EroS的工作机理是什么?S. rosetta和它的近亲是否也能和其他细菌发生互动?这些都是有待进一步研究的课题。

“动物和S. rosetta有同一个祖先,”Gerdt说。“如果我们能勾勒出S. rosetta与细菌互动的细致蓝图,我们就可以开始比较动物和细菌的相互作用了。”

人类精子细胞使用一种EroS的远亲酶与卵子融合,在自然进化舞台上,随着时间推移虽然演员们都发生了巨大变化,但你仍能看到某些基本的生存策略。

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