Bakteria Symbiotik menyebar, memaksa wanita yang dijangkiti untuk melahirkan anak perempuan • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Mikrobiologi, Genetik

Bakteria Symbiotik menyebar, menyebabkan wanita yang dijangkiti akan melahirkan anak perempuan

Terbang putih Bemisia tabaci – salah satu daripada perosak yang paling berbahaya di rantau tropika dan hangat di seluruh dunia. Foto dari hightunnels.cfans.umn.edu

Dalam 10 tahun yang lalu dalam populasi putih Amerika Bemisia tabaci perosak pertanian berbahaya, cepat menyebarkan bakteria dari genus Rickettsiadihantar dari ibu ke anak-anak dan hampir tidak dapat menjangkiti tuan rumah mereka dengan cara lain (seperti bakteria lain yang hidup di sel-sel serangga). Seperti yang ternyata, penyebab "wabak" adalah bahawa bakterium, yang pertama, secara dramatik meningkatkan daya maju dan kesuburan wanita yang dijangkiti, dan kedua, membuat mereka menghasilkan lebih banyak anak perempuan daripada anak lelaki. Oleh itu, bakteria memastikan kejayaannya dengan meningkatkan kecergasan tuan rumah dan memanipulasi pembiakan mereka.

Banyak serangga mempunyai symbionts bakteria intraselular, dihantar dari satu generasi ke generasi melalui garis maternal (transovarially, iaitu, melalui telur) dan hampir tidak mampu penghantaran mendatar, iaitu jangkitan tuan rumah oleh laluan "biasa". Mereka tidak dihantar melalui spermatozoa sama ada. Jenis pengedaran ini membawa kepadabahawa di bawah kesan pemilihan, bakteria menghasilkan penyesuaian yang sangat luar biasa yang bertujuan untuk meningkatkan fecundity wanita yang dijangkiti berbanding dengan yang tidak dijangkiti. Pada masa yang sama, hanya bilangan anak perempuan yang penting untuk symbiont, kerana anak-anak tidak menyebarkan bakteria mereka kepada anak-anak. Menjadikan betina yang dijangkiti menghasilkan lebih ramai anak perempuan berbanding dengan wanita yang tidak dijangkiti sebenarnya adalah satu-satunya cara bagi bakteria ini untuk menyebar ke dalam populasi tuan rumah.

Bakteria intraselular yang ditularkan melalui garis maternal, dalam proses evolusi, telah menghasilkan banyak teknik licik – pelbagai cara untuk meningkatkan kadar wanita yang dijangkiti dalam populasi serangga tuan rumah. Cara-cara ini secara konvensional dibahagikan kepada dua bahagian: berguna untuk tuan rumah (ini ditafsirkan sebagai mutualisme) dan membahayakannya (lebih tepatnya, untuk "kepentingan genetiknya") – ini ditafsirkan sebagai parasitisme (biasanya ia mengambil bentuk manipulasi pembiakan tuan rumah).

Berguna untuk tuan rumah bakteria intraselular mensintesis bahan yang diperlukan untuk serangga, melindunginya dari musuh (seperti ekor kuda parasit dan jangkitan kulat) atau dengan cara lain meningkatkan daya maju dan kesuburan serangga yang dijangkiti.

Berbahaya kepada tuan rumah helah ("manipulasi") lebih pelbagai. Antaranya mungkin disebutkan androtsid (pemusnahan selektif keturunan lelaki) feminisasi (transformasi lelaki menjadi wanita), induksi parthenogenesis (bakteria menyebabkan Hymenoptera wanita melipatgandakan parthenogenetically, dan bukan lelaki berkembang dari telur yang tidak diserap, seperti biasa dalam kumpulan serangga ini, tetapi betina). Penyesuaian lain yang memberi manfaat kepada symbiote dan berbahaya bagi tuan rumah adalah apa yang dipanggil ketidakcocokan sitoplasmik. Intipati fenomena ini adalah bahawa wanita yang tidak terinfeksi dengan lelaki yang dijangkiti tetap steril. Bakteria sebenarnya menggunakan lelaki yang dijangkiti sebagai alat untuk mengurangkan kesuburan wanita yang tidak terinfeksi. Hasilnya, wanita yang dijangkiti mula menghasilkan lebih banyak anak keturunan daripada yang tidak dijangkiti, dan jangkitannya menyebar ke dalam populasi (untuk maklumat lebih lanjut, lihat kajian "The Bakteri Wolbachia – Tuhan dari Lalat").

Sebagai peraturan, bakteria intraselular yang ditularkan melalui garis mater "memilih" salah satu daripada dua perkara: sama ada mereka membantu pemiliknya, meningkatkan kecergasannya, atau memanipulasi diri mereka sendiri, mengabaikan "kepentingan genetiknya".

Ahli biologi Amerika telah melaporkan dalam jurnal terkini Sains tentang bakteria yang berjaya menggabungkan kedua strategi: ia secara serentak meningkatkan kecergasan pemiliknya, dan memanipulasi pembiakannya, memaksa ia menghasilkan lebih banyak anak perempuan daripada anak lelaki. Kajian ini juga menarik kerana penulis berjaya mengesan bakteria intraselular yang sebenar dan cepat dalam populasi semulajadi serangga tuan rumah, iaitu untuk menunjukkan bagaimana "bakat" bakteria berfungsi dalam amalan.

Penduduk Whitefly ditemui di barat daya Amerika Syarikat Bemisia tabaci, perosak yang paling berbahaya merebak di seluruh dunia. Walau bagaimanapun, ia mungkin salah memanggil mereka "mangsa" kerana bakteria genus itu Rickettsia, dengan cepat menyebarkan populasi makhluk perosak, nampaknya membawa lebih banyak faedah kepada tuan rumah daripada bahaya.

Terbang putih Bemisia tabaci adalah spesies pada peringkat awal penyimpangan (spesiasi); ia sering dipanggil bukan spesies, tetapi "kompleks spesies". Varietas ("biotip") B. tabaci berbeza antara satu sama lain dalam biologi mereka dan secara genetik; kebanyakan daripada mereka lebih kurang reproduktif dari satu sama lain.Dalam banyak cara, perbezaan ini seolah-olah berkaitan dengan pelbagai set simbul bakteria.

Whitefly mempunyai symbiont yang wajib (wajib), bakteria Portiera aleyrodidarum, yang mensintesis asid amino untuk tuan rumah, yang hampir tidak hadir dalam sap sayuran yang menyerap serangga. Di samping itu, symbionts bakteria pilihan (opsional) yang dimiliki oleh genera didapati dalam populasi putih Wolbachia, Cardinium, Hamiltonella, Fritschea, Arsenophonus dan Rickettsia.

Penyebaran bakteria Rickettsia dalam populasi putih Bemisia tabaci di barat daya Amerika Syarikat (California, Arizona, New Mexico) dari tahun 2000 hingga 2008. Sektor hitam mencerminkan perkadaran yang tidak dijangkiti kelabu – serangga yang dijangkiti; nombor menunjukkan saiz sampel (bilangan serangga yang diuji untuk jangkitan dengan rickettsia). Gambar dari artikel dibincangkan di Sains

Pada tahun 2000, dalam populasi yang dikaji oleh penulis B. tabaci Di Amerika Syarikat barat daya, 100% jangkitan diperhatikan dengan dua jenis bakteria: Portiera aleyrodidarum dan Hamiltonella defensa (yang dapat melindungi pemiliknya daripada para eklektri parasit; lihat: Satu kes unik symbiosis triple: virus ini membantu bakteria untuk melindungi aphids dari musuh, Elemen, 29 Ogos 2009). Hanya dalam 1% serangga adalah symbiote ketiga dikesan – bakteria genus Rickettsia.

Walau bagaimanapun, pada tahun 2003, jangkitan dengan rickettsia melonjak kepada 51%, dan pada 2006-2008 ia adalah 94-97%. Pada masa ini, whiteflies di kawasan itu hampir sepenuhnya dijangkiti rickettsia. Memandangkan kadar pembiakan bunga putih (sehingga 13 generasi setahun), ternyata kadar jangkitan meningkat daripada 1% kepada 94-97% dalam hanya 80 generasi.

Apa yang menerangkan penyebaran jangkitan yang cepat, yang diturunkan hanya oleh warisan – dari ibu kepada anak-anaknya? Untuk menjawab soalan ini, penulis mengkaji pembiakan putihfly yang dijangkiti dan tidak dijangkiti dalam keadaan makmal.

Untuk mengecualikan pengaruh gen whitefly pada perbezaan yang diturunkan dalam kadar pembiakan, penulis menggunakan salib berturut-turut, "homogenis latar belakang genetik," iaitu, berasal dari whitefly yang dijangkiti dan tidak dijangkiti dengan genotip yang hampir sama. Biarkan saya mengingatkan anda bahawa jangkitan dengan rickettsia disebarkan hanya melalui garis maternal: wanita yang dijangkiti menghasilkan anak yang dijangkiti, keturunan wanita yang tidak terinfeksi bebas dari jangkitan, dan tidak ada yang bergantung pada lelaki di sini. Oleh itu, untuk "menyeimbangkan latar belakang genetik," anda boleh menyebarkan betina dari garis yang dijangkiti dengan lelaki dari yang tidak dijangkiti dan sebaliknya.Gen akan berlalu, dan rickettsia – tidak ada.

populasi campuran whiteflies, pada mulanya mengandungi 14% daripada individu yang dijangkiti, telah berkembang kepada tiga tumbuhan perumah yang berbeza (kapas, tembikai, cowpea). Dalam ketiga-tiga kes, bahagian serangga dijangkiti dalam populasi makmal hanya lebih 5 generasi telah berkembang beberapa kali: sehingga 40% ke atas kapas, hampir 60% dalam tembikai dan kira-kira 70% untuk kacang. Rupa-rupanya rickettsia bertujuan pembiakan dipercepatkan perempuan dijangkiti pada masa yang sama dalam beberapa cara:

1) Peningkatan kesuburan: dijangkiti perempuan mengemukakan untuk kehidupan mereka, secara purata hampir dua kali lebih banyak anak daripada dijangkiti.

2) Pembangunan Dipercepatkan: perempuan dijangkiti lulus jalan dari telur serangga dewasa secara purata selama 21 hari, tidak dijangkiti diperlukan 23 hari.

3) survival yang lebih baik: dari 100 larva dijangkiti terus hidup ke alam dewasa kira-kira 80-85, beratus-ratus yang tidak dijangkiti – hanya 50-70 (bergantung kepada loji tuan rumah).

nisbah 4) Offset seks: tidak dijangkiti anak hasil perempuan dan perempuan sama-sama, manakala di dalam keturunan anak perempuan dijangkiti 70-80%.

Penulis menganggarkan bahawa kesan-kesan ini,yang dikenal pasti di makmal adalah lebih daripada cukup untuk menerangkan pengedaran rickettsiae yang diamati dalam populasi semulajadi whiteflies di barat daya Amerika Syarikat.

Belum diketahui bagaimana rickettsiae berjaya melakukan semua ini dengan tuan mereka. Ia adalah penasaran bahawa whiteflies baru-baru ini dikaji dengan cara yang sama. B. tabacitinggal di Israel. Rickettsia juga terdapat dalam populasi tempatan. Kajian ini tidak mendedahkan apa-apa seperti ini: Rickettsiae Israel tidak mempunyai kesan yang signifikan terhadap kesuburan keputihan Israel dan nisbah seks dalam anak mereka. Kemungkinan besar, ini bermakna penyebaran cepat rickettsia di barat daya Amerika Syarikat dikaitkan dengan beberapa peristiwa evolusi terkini.

Secara teorinya, sekarang genom rickettsia Amerika dan Israel perlu dijujukan dan lihat bagaimana perbezaannya, dan juga untuk melakukan eksperimen pemindahan simbiotik: Rickettsiae Israel dapat menjangkiti alur putih Amerika dan sebaliknya. Jika "wabak" dikaitkan dengan perubahan evolusi dalam rickettsia (dan bukan whitefly, yang juga mungkin pada prinsipnya), pendekatan ini akan membolehkan pemecahan mekanisme molekul yang mendasari manipulasi yang dilakukan oleh rickettsiae.

Whiteflies Amerika bernasib baik untuk mempunyai symbiote seperti itu. Daripada empat kesan yang disenaraikan di atas, tiga yang pertama didefinasikan secara tegas sebagai "memberi manfaat kepada tuan rumah". Kesan keempat adalah, pada dasarnya, ditafsirkan sebagai "manipulasi egoistik" dan parasitisme, tetapi semuanya bergantung pada kedudukannya yang kita anggap keadaan. Nisbah nisbah jantina yang memihak kepada wanita bertentangan dengan "kepentingan mementingkan diri" dari gen putih, tetapi bagi populasi ia berkemungkinan besar (lihat: Mengapa nisbah seks hampir selalu 1: 1?).

Sumber: Anna G. Himler, Tetsuya Adachi-Hagimori, Jacqueline E. Bergen, Amaranta Kozuch, Suzanne E. Kelly, Bruce E. Tabashnik, Elad Chiel, Victoria E. Duckworth, Timothy J. Dennehy, Einat Zchori-Fein, Martha S. Hunter . Penyebaran Rapid Symbiant Bakteria dalam Whitefly Invasif Dipandu oleh Kecergasan dan Bias Perempuan // Sains. 2011. V. 332. P. 254-256.

Lihat juga:
1) Bakteria Symbiotik mengecat tuan rumah mereka dalam warna hijau, "Unsur", 11/30/2010.
2) Keupayaan aphids untuk menyesuaikan diri dengan turun naik suhu bergantung kepada bakteria simbiotik, Elemen, 13 April 2007.
3) Satu kes unik simbiosis triple: virus ini membantu bakteria untuk melindungi aphid dari musuh, Elemen, 08/29/2009.
4) Jangkitan bakteria mengakibatkan kehilangan reproduktif seksual yang tidak dapat dipulihkan, "Elements", 09.09.2010.
5) bakteria Wolbachia – yang berdaulat lalat. "
6) Karl Zimmer. "Parasit".

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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