生活在蝾螈细胞内的藻类是已知的第一种脊椎动物内共生体

2020-09-22 223藻类

美国和加拿大的科学家在本周的《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果,他们说,一种长期以来被认为与斑点蝾螈有关的藻类被发现生活在发育中的胚胎细胞内。

生活在蝾螈细胞内的藻类是已知的第一种脊椎动物内共生体,这是已知的第一个真核藻类在脊椎动物细胞内稳定生活的例子。

研究意义

印第安纳大学布卢明顿分校生物学家罗杰·汉加特(Roger Hangarter)是PNAS报告的唯一美国合著者,他说:“这增加了我们不知道的更多动物/藻类共生体存在的可能性。”由于其他蝾螈和一些青蛙物种具有类似的藻类/卵子共生体,其中一些也可能具有我们在斑点蝾螈身上看到的内共生体类型。”

新斯科舍省哈利法克斯市达尔豪西大学的生物学家瑞安·克尼、恩苏·金、亚伦·海斯和布赖恩·霍尔,以及新斯科舍省安提戈尼什圣弗朗西斯·泽维尔大学的科里·毕肖普是研究小组的其他成员。克尼是该报告的主要作者。

“生活在蝾螈细胞内的藻类是已知的第一种脊椎动物内共生体,我们特别兴奋地发现斑点蝾螈胚胎中的这种关联,因为这种物种是早期实验胚胎学研究的模式生物,是北美东部当地常见的蝾螈,”克尼说我们希望这项研究能够突出北美常见物种的生物多样性研究,这些物种很容易被忽视,甚至被认为是过度研究。”

研究背景

脊椎动物是脊椎动物。这个群体包括两栖动物,如斑点蝾螈,以及哺乳动物、鸟类和爬行动物。脊椎动物罕见的内共生现象,被称为细胞内共生,被认为是动物严格的排外免疫系统的结果。任何一个能够突破细胞膜的外来细胞通常都会引发一系列的死亡,并在以后的基因系统中提出问题。

100多年前,博物学家首次注意到斑点蝾螈卵和绿藻之间的联系。这种关系在1927年由兰伯特·普林茨(Lambert Printz)正式定名,他将藻类物种Oophilia amblystoma命名为Oophilia amblystoma。这种共生体的本质直到20世纪80年代才为人所知,当时的实验表明,在没有绿藻的情况下,蝾螈的胚胎发育得并不那么迅速或充分。同样,与胚胎分开生长的藻类,在暴露于胚胎中的水的存在下,也生长得更健壮。

生活在蝾螈细胞内的藻类是已知的第一种脊椎动物内共生体

尽管经过几十年的研究,当克伦尼去年在一次科学会议上提出初步信息时,发现两栖动物和藻类之间的内共生关系还是让许多人感到惊讶。汉加特说,原因是用传统的光学显微镜观察藻类细胞并不容易。由于藻类中的叶绿素具有很强的荧光性,科学家们能够利用现代荧光显微镜对蝾螈进行探测。

他们还使用了短串的核酸靶向并结合到嗜卵癖(18srrna)特有的核糖体RNA分子上,通过一种称为荧光原位杂交的可视化技术,他们发现藻类RNA普遍存在于斑点蝾螈胚胎细胞中。

汉加特说:“有了使用基因特异性探针的能力,现在可以确定是否存在标准光学显微镜不容易看到的生物体。”过去,研究人员用比现在更简单的光学显微镜技术来观察蝾螈体内的藻类

斑点蝾螈和亲卵蜥蜴之间的共生关系是互利的,因为这两种生物都受益。共生是一种普遍的物种-物种相互作用的范畴,其中有机体共享空间的时间较长。共生体可以使一个有机体受益而伤害另一个有机体(寄生),两者都受益(互惠互利),或使一个生物受益而另一个不受影响(共生体)。

内共生

内共生是一种特殊类型的共生,需要一种有机体生活在另一种有机体的细胞内。目前尚不清楚蝾螈胚胎细胞的内共生浸润如何影响蝾螈或藻类。任何事情都是可能的,尽管事实上两个物种之间的整体关系是建立在互惠互利的基础上的。

内共生也有着特殊的进化意义,因为生物学家们认为它是在某些细胞器(如线粒体和叶绿体)完全整合之前发生的,这些细胞器是在细胞内执行独特功能的特殊结构,并拥有自己的染色体。

Kerney和Hangarter说他们希望他们正在进行的研究能够激发人们对当地生物学的兴趣和对环境保护的尊重。

科尼说:“我们希望这项工作能引起人们对一种迷人但普通的后院蝾螈的关注,并希望它既能提高人们对该物种的认识,又能促进保护它们脆弱的繁殖栖息地。”

汉加特同意这一点,并补充说:“我认为人们意识到你不需要去异国他乡去做有趣的科学发现是很重要的。蝾螈交配的春季池塘对许多其他两栖动物和其他生物来说也是必不可少的,但当人类在森林地区发育时,这种池塘往往是最先被破坏的东西之一。一个500平方英尺的池塘可以容纳几千只交配的蝾螈和青蛙,它们可能栖息在几英亩的林地上。”

引用

Indiana University. "Algae that live inside the cells of salamanders are the first known vertebrate endosymbionts." ScienceDaily. ScienceDaily, 4 April 2011. www.sciencedaily.com/releases/2011/04/110404151349.htm.

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