基因发生罕见进化，共生细菌“联合”为宿主提供氨基酸和维生素

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图中为智利蝉，在其体内发现了特殊的共生细菌。

近日，美国蒙大拿州大学的研究人员在研究与恐龙同一时代诞生的智利蝉体内的共生细菌时取得了分子水平的新成果，这将有助于解释地球上最基本的生命进程。在过去的7000万年中，这些细菌为了在昆虫体内存活，经历了极端的适应过程——大约有95%~97%的基因消失了，导致部分最小基因组对于任何有机体都是已知的。在这个过程中，它们失去了在蝉体外生存的能力。

“蝉共生细菌与其他已知有机体截然不同。”蒙大拿州大学生物学副教授John McCutcheon实验室主要从事蝉的研究的Matt Campbell讲道。

大多数昆虫和与其有益的（或称为“共生”）细菌“亲密地”生活在一起。这种共生关系对于只食用单一食物（这意味着可能缺失某些必需营养成分）的昆虫来讲十分重要。例如吸血的虱子和以植物汁液为生的蚜虫、叶蝉等。

蒙大拿州大学的研究结果表明，共生细菌可以产生对其宿主（蝉）的发育和繁殖极为重要的氨基酸和维生素。通过对一种南美蝉三个季节的野外考察，蒙大拿州大学博士后研究员Piotr Lukasik发现，在同一蝉的体内，许多该种类的单一共生细菌进化成了若干种不同种类细菌的复合体。

“在这一进化过程中，单个细菌丢失了许多基因，开始‘抱团取暖’——每种类型的细菌都包含独特的必需基因，”Lukasik解释道，“每种细菌都必须相互协作，才能提供蝉宿主需要的维生素和氨基酸。”另一种生活在美国东部的蝉，其体内有许多小型、快速进化的细菌。在蝉体内，单个类型的细菌只包含少量已知基因，并以一种不太明确的方式分布于不同的细胞区间。

“与蝉共生的细菌不是单独的‘乖乖’细菌，而是复合体，这将成为该物种的一个挑战，”Lukasik说道，“毕竟，当你需要吃一顿时——无论是蝉需要的维生素还是饥肠辘辘的学生渴望的披萨，从单一源获取总归比从多来源获取容易得多。”

研究人员认为细菌的这种进化是偶然发生的。尽管这对于蝉本身来讲是毫无益处的，但这些微生物仍然必须长期存活下去，因为其宿主蝉离不开它们。“事情就是这样，这种古老的蝉是一直与这些‘疯狂’的细菌共生的。”

编译：雷鑫宇 编辑：张梦

来源：https://www.sciencedaily.com


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