Penjanaan gen pektinase daripada proteobakteria secara dramatik mempercepat pembentukan serangga batang • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Entomologi, Evolusi, Genetik

Generasi gen pektinase dari proteobakteria secara dramatik mempercepat pembentukan serangga batang.

Wakil-wakil keluarga yang berbeza dan sub-perintah serangga batang yang mana pectinases dikaji. Berjalan arah jam bermula dari kiri atas: Tongkat Kalimantan Aretaon asperrimus (gambar dari biolib.cz), pelarik California Timema cristinae (gambar dari sciencebrainwaves.com), tongkat Vietnam Ramulus artemis (gambar dari skorpione.de), cincin Cordillera Peruphasma schultei (gambar dari insekten-kleinanzeigen.net), kayu kumbang berseri merah jambu Sipylus sipyloidea (gambar dari wikimedia.org)

Wakil-wakil unit serangga tongkat mempunyai pektinase senjata biokimia – enzim yang memecah pektin. Membandingkan gen pectinases dalam serangga kayu dan dua kumpulan haiwan lain (kumbang daun dan nematoda), serta bakteria yang berbeza, kumpulan saintis antarabangsa telah mengenal pasti sumber gen ini. Penyepit, seperti yang ternyata, mendapat gen pektinase dari jiran bakteria mereka – proteobakteria gamma yang hidup di dalam usus dan tumbuhan makanan mereka. Hartanah biokimia yang baru ternyata sangat berguna untuk serangga kayu herbivor: ia secara mendadak mempercepatkan spesiasi, dengan hasilnya bahawa sekumpulan luas sekitar 3000 spesies terbentuk. Ini adalah contoh yang sangat jelas mengenai pembentukan taksonomi bertaraf tinggi – sebuah detasmen – setelah memperoleh sifat baru,dalam kes ini, biokimia dan, selain itu, dipinjam dari bakteria kerana pemindahan gen mendatar.

Bukti baru yang meyakinkan pemindahan gen mendatar (GPG) dari prokariot kepada eukariota telah dibentangkan oleh para saintis dari Institut Max Planck untuk Ekologi Kimia di Jena (Jerman) bersama rakan-rakan mereka dari Institut Zoologi dan Biologi Evolusi Universiti Jena, Institut Zoologi dan Antropologi Universiti Gottingen, University of Nice ) dan Bank Negara China Kebangsaan di Shenzhen. Fakta HGP dari bakteria ke eukariot tidak terlalu mengejutkan: hingga kini, banyak contoh yang jelas tentang fenomena ini telah dijumpai (gen baktera membantu nematoda parasit pada tumbuhan, Unsur, 10/18/2010; Haiwan pertukaran gen dengan bakteria parasit, Elemen, 05.09 .2007; Pertukaran gen mendatar menggantikan reproduksi seksual rotifers, "Elements", 07.06.2008). Satu contoh baru, selain bukti yang boleh dipercayai tentang pemindahan muatan dari bakteria ke eukariot, menarik dalam dua aspek tambahan. Pertama, ia adalah kes multiple HGT bebas dengan fungsi yang sama; keduauntuk kes ini, idea evolusi yang meletup, yang membawa kepada pembentukan sebuah takhta yang luas yang tinggi, sangat baik. Dalam erti kata lain, kita melihat contoh pembentukan sejenis taksonomi yang besar selepas pemerolehan gen bakteria yang berguna.

Ini adalah detasmen yang sangat pelbagai dari serangga kayu Phasmatodea, menyatukan kira-kira 3000 spesies. Ahli taksonomi moden membahagikan mereka kepada beberapa sub-perintah dan keluarga, yang paling primitif ialah Timematodea. Ia termasuk satu genus Timema dengan 20-30 spesies. Sumpit, iaitu nenek moyang Timema, muncul kira-kira 125 juta tahun yang lalu, bagaimanapun, spesiasi intensif dalam kumpulan ini, menurut data molekul, berlaku pada permulaan Cenozoic, 60 juta tahun yang lalu. Kemudian kepada Timema tambah semua keluarga serangga kayu lain. Tempoh spesifikasi aktif mereka bertepatan dengan radiasi ribut tumbuhan berbunga.

Kebetulan ini tidak menghairankan, kerana serangga batang lebih suka diet sayur-sayuran yang ketat. Mereka menghisap sap tumbuhan, dan untuk penggunaan makanan yang berkesan, mereka perlu dapat memecahkan bahan-bahan tisu tumbuhan tahan lama – selulosa dan pektin. Dalam serangga, ini biasanya dilakukan oleh microsymbionts mereka yang tinggal di saluran pencernaan. Tetapi tidak semestinya.Jadi, telah terbukti bahawa sesetengah kumpulan serangga mempunyai pektinase sendiri (lihat Pectinase), mampu mengekang pektin dan analogi bakteria. Pemilik gembira seperti pectinases termasuk wakil-wakil kumbang daun, weevils dan serangga batang, dan selain itu, beberapa nematoda yang tinggal di akar tumbuh-tumbuhan telah memperoleh asas pectinase mereka sendiri. Di manakah kumpulan ini berasal dari pectinases?

Dua hipotesis yang jelas dicadangkan pada ketika ini. Yang pertama – analog pektinase hadir dalam nenek moyang molting (jangan lupa bahawa nematoda dan kumpulan serangga yang tidak berkaitan mempunyai pectinases); semasa evolusi semua garis arthropod yang lebih suka diet protein, pectinases hilang, hanya tinggal di kalangan ahli phytophagous. Hipotesis kedua adalah HGP, kerana kumpulan haiwan yang jauh menerima gen pektinase secara berasingan antara satu sama lain. Sumber gen pektinase boleh menjadi pelbagai kumpulan bakteria. Hipotesis ini boleh diuji. Jika yang pertama adalah benar, maka semua pectinases yang ada dalam nematoda dan serangga akan sama. Asal mereka boleh diperoleh dari mana-mana satu baris leluhur.Sekiranya hipotesis kedua adalah benar, maka ketiga-tiga kumpulan akan mempunyai persamaan yang sama dalam asalnya set pektinase: mereka mungkin membina semula dua atau tiga akar asli.

Para saintis memilih semua data mengenai urutan nukleotida pectinases serangga dari pangkalan data genetik GenBank, menambah data mereka sendiri yang diperoleh dari transkrip enam wakil serangga kayu, empat daripadanya diteliti dengan teliti. Ternyata kira-kira 90 varian pectinases. Kemudian mereka dibandingkan antara satu sama lain dan dengan pectinases pelbagai garis bakteria. Hasil perbandingan menunjukkan bahawa nematoda, kumbang daun dan serangga batang dikumpulkan secara berasingan, dan setiap kelompok mempunyai pectinases bakterinya sendiri. Pectinases nematoda hampir dengan enzim gamma dan beta proteobacteria, pectinases kumbang adalah sama dengan pectinases bakteria dari jenis Bacteroidetes, dan serangga batang mirip dengan proteobacteria gamma yang tidak berkaitan dengan pembawa pectinases nematod.

Phylogeny gen pektinase dalam serangga, nematoda dan bakteria. Pelekat – cluster hijau, kumbang daun – cluster orennematod – cluster merah. Ia dapat dilihat bahawa setiap kumpulan haiwan dekat dengan garis bakterinya (mereka ditunjukkan biru). Gambar dari artikel dibincangkan di Laporan Saintifik

Ini adalah bukti tanpa syarat tentang pemerolehan bebas gen pektinase daripada bakteria. Ini bermakna bahawa senario kehadiran awal pectinases pada nenek moyang bersama haiwan molting tidak disahkan. Serangga dan nematoda meminjam gen pektinase apabila mereka menjadi perlu dan, kemungkinan besar, dengan nasib. Pemegang hak gen ini adalah sama ada bakteria simbiotik atau bakteria hidup bebas yang mendiami tumbuhan forage.

Pectinases didapati dalam empat daripada lima kumpulan kecil serangga kayu. Aktiviti pectinases dalam setiap empat subkumpulan ini mempunyai ciri-ciri sendiri, membentuk kluster yang jelas. Dalam erti kata lain, dengan aktiviti pektinase, adalah mungkin untuk menunjukkan dengan tepat keluarga yang mana wakil serangga kayu yang dikaji itu dimiliki, atau, sebaliknya, satu set pectinases dapat diramalkan untuk setiap wakil serangga batang. Tetapi perkara yang paling aneh dalam gambar ini bukan kehadirannya, tetapi tidak adanya pektinase dalam kumpulan kelima tongkat serangga. Subkumpulan ini ialah Timematidae, serangga kayu primitif.

Phylogeny kumpulan serangga yang berkaitan serangga dan kehadiran pectinases di dalamnyakawasan hijau). Pada serangga kayu Timema pectinase no. Skala kiri bawah menunjukkan masa pemisahan cawangan (dalam juta tahun yang lalu). Gambar dari artikel dibincangkan di Laporan Saintifik

Para saintis betul-betul percaya bahawa gen pektinase mencapai serangga batang selepas pembentukan keluarga ini, tetapi sebelum bermulanya spesiasi yang kuat dalam kumpulan ini. Timematidae wujud selama 60 juta tahun menggunakan perkhidmatan pektin pembahagi bakteria. Kemudian, selepas menerima gen pektinase / gen daripada mereka untuk kegunaan peribadi, spesiasi liar serangga batang bermula. Akibatnya, beratus-ratus spesies baru terbentuk dengan cepat. Spesies ini digabungkan menjadi unit berasingan. Tetapi tidak diketahui apa yang dilakukan oleh sistematik, jika semua serangga kayu mereka hanya diketahui Timema. Mungkin akan terikat pada perintah embing atau lipas yang berkaitan.

Tetapi, satu cara atau yang lain, kita berhadapan dengan skuad yang pelbagai, yang telah terbentuk, tidak kurang dari hasil pengambilalihan ciri biokimia yang berguna. Dia memberi mereka peluang untuk mengatasi lebih banyak, tetapi sukar untuk mencerna makanan. Ciri ini tidak berkembang secara beransur-ansur dalam perjalanan evolusi, tetapi diperolehi daripada jiran bakteria yang menggunakan HGT.Acara ini – pemindahan gen mendatar yang berjaya – berlaku pada masa yang tepat (radiasi tumbuhan berbunga) dan dalam kumpulan yang betul (terdahulu untuk catuan tanaman).

Sumber: Matan Shelomi, Etienne G.J Danchin, David Heckel, Benjamin Wipfler, Sven Bradler, Xin Zhou & Yannick Pauchet. Bacteria Preceded Stick and Leaf Insects Laporan Saintifik. 2016. DOI: 10.1038 / srep2638.

Elena Naimark


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