澳大利亚苍蝇的基因组通过进化与杀手细菌共存来击败杀手细菌

我们对生物世界了解得越多，它就越复杂。

这一点在最近关于微生物影响宿主的方式的发现中最为明显。

微生物组的组成 - 即通常存在于肠道中的真菌，细菌和病毒群落 - 会影响其宿主生物的健康。这包括他们对抗疾病的能力，他们可以从食物中提取的营养水平等等。

微生物组的影响在昆虫的情况下尤其显着，其中微生物不仅可以存在于宿主昆虫的肠道中，还可以存在于宿主细胞内。这些细胞内微生物包括从母亲传给后代的细菌。

这些类型的细菌被称为内共生体，可以对其宿主产生一系列影响。

这些可能包括帮助宿主的作用，如为细胞提供营养和保护宿主细胞免受病毒侵害。但它们也有更可疑的结果——包括杀死宿主的胚胎和改变宿主产生的后代的性别比例。

当内共生体对宿主有害时，宿主基因组可能会进化以阻止这些影响。这可能导致宿主与其细菌内共生体之间的进化“军备竞赛”。

我们的研究小组现在已经在一种名为Drosophila pseudotakahashii的澳大利亚特有苍蝇中发现了一个非常复杂的过程的例子，这种苍蝇在澳大利亚东海岸很常见。

我们的工作发表在PLOS Biology杂志上，最初发现这种苍蝇的所有成员都携带一种称为沃尔巴克氏体的内共生细菌，这种细菌从母亲传给后代。

当我们使用抗生素来治疗这种沃尔巴克氏体菌株的苍蝇时，苍蝇可以存活下来。然而，在被沃尔巴克氏体感染的雄性和不再携带感染的雌性之间发生的任何交配中，这些雌性的后代都会死亡。

这对携带感染的雌性造成了巨大的优势，因为它们没有被受感染的雄性绝育。

由于存在第二种沃尔巴克氏体菌株，可以与第一种菌株一起感染苍蝇，整个情况变得更加复杂。

当第二种菌株存在时，雌性苍蝇只产生雌性后代 - 使其成为有效的“雄性杀手”。

在某些情况下，这可能会通过减少对资源的竞争并帮助它们避免近亲繁殖而使苍蝇受益。但雄性杀手可能意味着苍蝇的巨大成本，因为苍蝇如果不交配就无法产生后代。

在没有雄性的情况下，苍蝇种群将灭绝。

因此，这引发了另一场军备竞赛，宿主必须进化出一种抑制雄性杀手细菌的方法。

在Drosophila pseudotakahashii中，我们看到了这种军备竞赛，在苍蝇基因组的特定区域产生了非常迅速的变化 - 这是生物体中完整的DNA(遗传物质)。

基因组开始获胜。

在几周内，尽管存在第二种沃尔巴克氏体菌株，但具有雄性杀手细菌的苍蝇种群能够再次开始产生雄性。我们能够确定一些可能参与这种“男性杀手抑制”的基因。

我们当地的苍蝇物种可以为我们提供一堂课，了解宿主和微生物之间相互作用的复杂性质，这些相互作用塑造了生物体生命的许多方面。此外，它说明了正在进行的进化变化，这些变化可以很快发生，以改变这些内部相互作用。

但这些具体的教训具有更广泛的影响，因为我们希望操纵生物体的微生物组以鼓励有益的影响。

例如，生活在蚊子体内的沃尔巴克氏体菌株被故意传播到世界各地，因为细菌实际上可以阻止登革热等一些蚊媒疾病的传播。

但是，如果宿主的基因组进化以阻止这些影响呢?或者，如果可以释放杀死雄性的细菌来抑制害虫种群呢?

当涉及到微生物时，我们正处于旅程的开始，我们了解得越多，我们就越需要期待意想不到的事情。