研究揭示共生关系对宿主基因表达的影响

2013-10-17

弧菌和夏威夷短尾鱿鱼之间的专一的伙伴关系是终生的,但它必需在每个小鱿鱼在海洋中孵化后在其发光器官中被再造.

弧菌和夏威夷短尾鱿鱼（Euprymna scolopes）之间的专一的伙伴关系是终生的，但它必需在每个小鱿鱼在海洋中孵化后在其发光器官中被再造。这种复杂的过程涉及最初附着在发光器官表面的黏膜纤毛上皮上的仅仅3到5个费氏弧菌细胞，随后通过这种生物在发光器官毛穴的聚集，以及后来迁移到发光器官的腺窝，在这里它们开始增殖。来自高多样性海洋细菌群落的费氏弧菌的富集之前被证明依赖于上皮黏液，包括一个梯度的壳二糖(甲壳素分解产物)的形成，它促进了定居。

为了确定是否宿主基因表达的变化伴随着共生关系的开始，Kremer等人比较了共生发光器官（暴露在数以千计的环境细菌下，并且平均是5个费氏弧菌细胞）的转录组，以及非共生发光器官（仅暴露在环境细菌下）。结果表明，蛋白酶和水解酶转录在少量共生的费氏弧菌细胞存在的情况下被增强了，特别是那些与几丁质的代谢和最显着的基因编码壳三糖酶有关的酶。

在其他副产物中，来自其他物种的壳三糖酶是一种分泌的酶，能够裂解甲壳素聚合物并释放壳二糖。净化的夏威夷短尾鱿鱼壳三糖酶也表现出了催化活性——在酸性pH值的上皮粘液中表现最佳。此外，免疫显微镜检查定位了费氏弧菌在发光器官中积聚区域的编码转录物和蛋白质，并且甲壳素副产物在发光器官的毛穴被富集，后者是费氏弧菌感知甲壳素梯度的地方。

在毛穴积聚后，但在迁移进腺窝之前，因为准备一个新的环境条件，费氏弧菌细胞好像暂停了，就像一个化学引诱物梯度。Kremer等人指出，费氏弧菌对壳二糖的预曝光放大了沿着一个壳二糖梯度的转移。这意味着聚集细胞在发光器官毛穴上早期暴露于壳二糖（由壳三糖酶的活动产生）使它们为潜入腺窝做好了准备。

总的来看，这些发现明确了支撑导致费氏弧菌-鱿鱼共生关系建立的初始事件的分子机制和时空动力学。发光器官的粘膜纤毛上皮对第一批少量相互作用的共生体进化出了高度敏感和选择性的转录响应——这导致了促进随后定居的局部化学环境的一次改变。这项研究阐明了发起一个有益共生关系所需的关键分子策略，其中很可能是广泛的原则。

研究揭示共生关系对宿主基因表达的影响

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