Arsenophonus nasoniae - Arsenophonus nasoniae

Arsenophonus nasoniae
Vědecká klasifikace
Království:
Bakterie
Kmen:
Proteobakterie
Třída:
Gammaproteobakterie
Objednat:
Enterobacterales
Rodina:
Morganellaceae
Rod:
Arsenophonus

Gherna a kol. 1991
Zadejte druh
Arsenophonus nasoniae[1]

Arsenophonus nasoniae je druh bakterie, ze které byl dříve izolován Nasonia vitripennis, druh parazitoid vosa.[2] Tito vosi jsou obecní, kteří postihují larvy parazitických mrchožravých much, jako jsou mouchy, mouchy domácí a maso letí.[3] A. nasoniae patří do kmene Proteobakterie a rodina Morganellaceae Rod Arsenophonus, má blízký vztah k Proteus (bakterie) spíše než to Salmonella a Escherichia.[2] Rod se skládá z gamaproteobakteriální, sekundární endosymbionty což jsou gramnegativní.[4] Buňky jsou bez bičíku, ne-pohyblivý, ne-výtrus formování a tvarování dlouhé až vysoce vláknitý pruty.[2] Buněčné dělení je vystaveno prostřednictvím septace.[2] Název 'Arsenophonus nasoniae gen. nov., sp. listopad.' Proto byla pro objevenou bakterii navržena její charakteristika a její mikrobiální interakce s N. vitripennis. Typ kmene A. nasoniae je kmen SKI4 (ATCC 49151).[2]

Izolace a genomové profilování

Genom A. nasoniae byla provedena DNA pyrosekvenování a shromáždění genomu. Shromážděný návrhový genom se skládal z 3, 567, 128 základní páry a obsahoval směs obou extrachromozomální DNA a bakteriální chromozomy.[5] Fylogenetické analýzy odhalilo, že nejbližší příbuzní příbuzní A. nasoniae jsou to P. mirabilis a P. luminescens.[5] Analýzy rovněž odhalily, že 67% A. nasoniae otevřené čtecí rámce měl homologní geny v rodech Proteus, Yersinia nebo Photorhabdus. Analýza extrachromozomálního genomu ukázala, že existuje skupina domnělého plazmidy kódování několika skupin Typ IV pili geny; z nichž tyto vykazovaly vysokou homologii s homologií gamaproteobakterie konjugační přenášet geny.[5] Dále fylogenetické analýza pomocí a základní matice odhalil, že rod Arsenophonus tvoří a monofyletický clade.[6]

Pokud jde o bakteriální metabolismus, A. nasoniae je přítomen pouze ve zlomku vosích hostitelů, proto je nepravděpodobné, že by bakterie významně přispěla k výživě hostitelského hmyzu. A. nasoniae byl schopen růst bezbuněčná média ale vyžadovaly další výživové doplňky.[2] Toto zjištění naznačuje, že bakterie si pravděpodobně zachovala řadu klíčů metabolické cesty společné pro volně žijící bakterie; je však také pravděpodobné, že bakterie ztratila geny v cestách, kde hostitelské prostředí (Nasonia vitripennis ) poskytuje požadované metabolity.[5]

A. nasoniae chyběly geny pro metabolismus prolin, histidin a arginin. Ztráta ztráty histidinové dráhy je typická pro řadu obligátních parazitických bakterií.[7] Genomická analýza to ukázala A. nasoniae konzervoval geny pro Transportéry kazet s vazbou ATP pro arginin, methionin a prolin; proto naznačuje, že bakterie je schopna doplnit své snížené biosyntetické schopnosti absorpcí těchto aminokyselin z jejího prostředí.[5] Pokud jde o jiné biologické cesty, A. nasoniae sdílí podobnosti s genomy bakteriálního rodu infikujícího hmyz, Wolbachia, kterým genomová analýza odhalila předpojatost vůči zachování genů kódujících enzymy a proteiny zapojené do metabolismu nukleotidů, kofaktorů, vitamínů a lipidů.[8]

Vražedný syn ve vosách

Mikroorganismy mají často vliv na druhy hmyzu, u kterých některý hmyz vyžaduje přítomnost rezidenta symbiotický bakterie pro normální fyziologickou funkci.[9] V ostatních případech může infikování bakterií způsobit odolnost hmyzu proti přirozeným nepřátelům, a tím pomoci míře přežití hmyzu.[5] Na rozdíl od pozitivních rolí, které některé symbiotické bakterie hrají s ohledem na hmyz, existuje řada mikrobiologických interakcí, které hostiteli brání. V tomto případě se přenáší infikující mikrob vertikálně z rodiče na potomka, ale vede ke snížení kondice hostitele.[5] K této akci dochází změnou hostitelů reprodukční biologie, například způsobit nevyváženost poměr pohlaví v potomek.[5]

A. nasoniae je mateřsky zděděný parazitický bakterie, která infikuje parazitoid vosa druh Nasonia vitripennis.[10] Geneticky jsou potomky vosy samice diploidní a vyvíjet se z oplodněno vejce. Muži na druhé straně jsou haploidní a vyvíjet se z neoplodněných vajíček.[3] A. nasoniae vykazuje vlastnost zabijáka syna, která způsobuje letalitu přibližně 80% mužských embryí produkovaných infikovanými ženskými vosami.[11] A. nasoniae způsobuje inhibici tvorby matky centrosome u mužů N. vitripennis embrya. Mateřský centrosom je organela který je specificky vyžadován pro časný mužský embryonální vývoj. Působení vlastnosti zabijáka a syna A. nasoniae vede k neorganizovanosti mitotická vřetena a vývojová zástava před založením somatický sexuální identita potomků hostitelských vos.[12] Celkový účinek na vosí potomky je indukované zabíjení mužského haploidu embrya; což má za následek vychýlení poměr pohlaví vůči ženským potomkům.[12][10][13]

K přenosu bakterie dochází prostřednictvím přechodné infekce mouchy kukla hostitel. To je způsobeno injekcí do hostitele během bodnutí vosou, což má za následek následné pořízení A. nasoniae infekce během larva krmení vosy.[13] Tento způsob přenosu také vede k pohybu bakteriální infekce horizontálně mezi jednotlivými vosy v N. vitripennis populace po koinfekci v hostitelské kukle.[13] A. nasoniae je poté udržován v populacích hostitelských vos kvůli pokračování horizontální přenos. A. nasoniae lze snadno kultivovat mimo hostitelský organismus, což je u hmyzích symbiontů neobvyklé. Schopnost bakterie žít mimo hostitelské buňky může být adaptivní výhodou pro využití více různých hostitelských organismů a druhů[2]

95% dcer infikované ženy dědí vlastnost zabijáka a syna.[11] Protože mužští hostitelé fungují jako evoluční slepá ulička A. nasoniae, symbiont zvýší svoji zdatnost, pokud způsobí, že infikovaný hostitel vosy produkuje více nebo kvalitnějších dcer ve srovnání s neinfikovaným hostitelem.[14] Zabíjení samců proto poskytuje přírůstkový nárůst kondice infikovaných žen, který je relativní k ženám infikovaným bakteriemi, které nezabíjejí samce.[10] Adaptivní výhody pro ženy mimo jaro zabitím mužů mimo jaro zahrnují sníženou konkurenci sourozenců o zdroje příbuzenské plemenitby a zvýšenou spotřebu místních zdrojů prostřednictvím spotřeby mrtvých sourozenců.[15] Kromě vlastnosti zabijáka syna nebylo zjištěno, že by infekce bakterií měřitelně ovlivňovala hostitele.[14]

Hostitelská rozmanitost

Několik studií zjistilo, že rozmanitost Arsenophonus hostitelský druh je obzvláště velký a to rod Arsenophonus představuje jeden z nejbohatších a nejrozšířenějších shluků symbiotických bakterií, které infikují hmyz.[16][6] Rozmanitost v řadě hostitelů A. nasoniae a další druhy lze vysvětlit bakteriálními přenosovými cestami; kterým může být bakterie přenášena jak vertikálně, tak horizontálním přenosem genů mezi hostitelskými druhy.[16]

Infekce A. nasoniae byl detekován u řady dalších druhů vos, včetně dvou dalších členů rodu Nasoniae, Nasonia longicornis a Nasonia giraulti. Infekce byla také zjištěna u druhů vos Spalangia cameroni rodu Spalangie a v druhu Muscidifurax uniraptor rodu Muscidifurax.[17] Zabití mužů bylo pozorováno u všech čtyř druhů, což odráží schopnost A. nasoniae infikovat řadu různých hostitelských organismů a přenášet se vertikálně i horizontálně.[17] A. nasoniae byl také zjištěn u různých druhů much, včetně Muscidifurax raptor a Pachycrepoideus vindemmiae.[17] Mikroskopické studie odhalily morfologicky podobný symbionty na A. nasoniae z různých tkání sajících krev triatomin hmyz.[6] Několik členů rodu Arsenophonus bylo také zjištěno, že infikují tvrdé klíště druh, mšice, antliony, včely, vši a dva druhy rostlin.[6][18]

Potenciální výhoda infekce hostitele A. nasoniae je určen ke snížení velikosti populace parazitů, které negativně ovlivňují potenciálně ohrožené nebo ekologicky významné druhy.[19] Byla například provedena studie, kterou parazitoidní vosa Pteromalus venustus byl infikován vodorovně A. nasoniae. Tato vosa infikuje populace vojtěška listová včela, Megachile rotundata. Bylo pozorováno, že infekce vyvolává rys zabijáka a syna P. venustus, tedy snížení podílu mužské vosy mimo jaro a negativně ovlivňující úspěch páření u žen mimo jaro. Celkově lze říci, akce A. nasoniae může pomoci snížit P. venustus populace včel, s potenciálem aplikace týkající se ochrany důležitých nebo ohrožených druhů.[19]

Reference

  1. ^ LPSN lpsn.dsmz.de
  2. ^ A b C d E F G Gherna RL, Werren JH, Weisburg W, Cote R, Woese CR, Mandelco L, Brenner DJ (1991). „POZNÁMKY: Arsenophonus nasoniae gen. Nov., Sp. Nov., Původce znaku zabití syna u parazitické vosy Nasonia vitripennis“. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 41 (4): 563–565. doi:10.1099/00207713-41-4-563.
  3. ^ A b Werren, John H .; Loehlin, David W. (říjen 2009). „Parasitoidní vosa Nasonia: rozvíjející se modelový systém s haploidní mužskou genetikou“. Cold Spring Harbor Protocols. 2009 (10): pdb.emo134. doi:10.1101 / pdb.emo134. ISSN  1940-3402. PMC  2916733. PMID  20147035.
  4. ^ Trowbridge RE, Dittmar K, Whiting MF (leden 2006). "Identifikace a fylogenetická analýza bakterií typu Arsenophonus a Photorhabdus od dospělých Hippoboscidae a Streblidae (Hippoboscoidea)". Journal of bezobratlých patologie. 91 (1): 64–8. doi:10.1016 / j.jip.2005.08.009. PMID  16289111.
  5. ^ A b C d E F G h Darby AC, Choi JH, Wilkes T, Hughes MA, Werren JH, Hurst GD, Colbourne JK (únor 2010). "Vlastnosti genomu Arsenophonus nasoniae, zabijácké bakterie vosy Nasonia". Molekulární biologie hmyzu. 19 Suppl 1: 75–89. doi:10.1111 / j.1365-2583.2009.00950.x. PMID  20167019.
  6. ^ A b C d Nováková, Eva; Hypša, Václav; Moran, Nancy A (2009). „Arsenophonus, rozvíjející se clade intracelulárních symbiontů se širokou distribucí hostitelů“. Mikrobiologie BMC. 9 (1): 143. doi:10.1186/1471-2180-9-143. ISSN  1471-2180. PMC  2724383. PMID  19619300.
  7. ^ Zientz E, Dandekar T, Gross R (prosinec 2004). „Metabolická vzájemná závislost obligátních intracelulárních bakterií a jejich hmyzích hostitelů“. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie. 68 (4): 745–70. doi:10.1128 / MMBR.68.4.745-770.2004. PMC  539007. PMID  15590782.
  8. ^ Wu M, Sun LV, Vamathevan J, Riegler M, Deboy R, Brownlie JC a kol. (Březen 2004). „Fylogenomika reprodukčního parazita Wolbachia pipientis wMel: racionální překročení genomu mobilními genetickými prvky“. PLoS Biology. 2 (3): E69. doi:10.1371 / journal.pbio.0020069. PMC  368164. PMID  15024419.
  9. ^ Wernegreen, Jennifer J. (2017). "Starověké bakteriální endosymbionty hmyzu: Genomy jako zdroje vhledu a odrazové můstky pro dotaz". Experimentální výzkum buněk. 358 (2): 427–432. doi:10.1016 / j.yexcr.2017.04.028. PMID  28454877.
  10. ^ A b C Balas MT, Lee MH, Werren JH (listopad 1996). „Distribuční a fitness účinky bakterie zabijáka v Nasonii“. Evoluční ekologie. 10 (6): 593–607. doi:10.1007 / bf01237709.
  11. ^ A b Skinner, S. W. (duben 1985). „Zabiják synů: třetí extrachromozomální faktor ovlivňující poměr pohlaví u parazitoidní vosy, Nasonia (= Mormoniella) vitripennis“. Genetika. 109 (4): 745–759. ISSN  0016-6731. PMC  1202505. PMID  3988039.
  12. ^ A b Ferree, Patrick M .; Avery, Amanda; Azpurua, Jorge; Wilkes, Timothy; Werren, John H. (2008-09-23). „Bakterie se zaměřuje na mateřské zděděné centrosomy, aby zabíjeli muže v Nasonii“. Aktuální biologie. 18 (18): 1409–1414. doi:10.1016 / j.cub.2008.07.093. ISSN  0960-9822. PMC  2577321. PMID  18804376.
  13. ^ A b C Huger AM, Skinner SW, Werren JH (listopad 1985). „Bakteriální infekce spojené se znakem zabijáka u parazitoidní vosy Nasonia (= Mormoniella) vitripennis (Hymenoptera: Pteromalidae)“. Journal of bezobratlých patologie. 46 (3): 272–80. doi:10.1016/0022-2011(85)90069-2. PMID  4067323.
  14. ^ A b Taylor GP, Coghlin PC, Floate KD, Perlman SJ (březen 2011). „Řada hostitelů symbionta zabíjejícího muže Arsenophonus nasoniae u parazitioidů špíny.“ Journal of bezobratlých patologie. 106 (3): 371–9. doi:10.1016 / j.jip.2010.12.004. PMID  21147118.
  15. ^ Hurst, G. D .; Jiggins, F. M. (2000). „Bakterie zabíjející muže u hmyzu: mechanismy, výskyt a důsledky“. Vznikající infekční nemoci. 6 (4): 329–336. doi:10,3201 / eid0604,000402. ISSN  1080-6040. PMC  2640894. PMID  10905965.
  16. ^ A b Mouton, Laurence; Thierry, Magali; Henri, Hélène; Baudin, Rémy; Gnankine, Olivier; Reynaud, Bernard; Zchori-Fein, Einat; Becker, Nathalie; Fleury, Frédéric (18.01.2012). „Důkazy o rozmanitosti a rekombinaci v symbiontech Arsenophonus komplexu druhů Bemisia tabaci“. Mikrobiologie BMC. 12 (Suppl 1): S10. doi:10.1186 / 1471-2180-12-S1-S10. ISSN  1471-2180. PMC  3287507. PMID  22375811.
  17. ^ A b C Duron, Olivier; Wilkes, Timothy E .; Hurst, Gregory D. D. (září 2010). „Mezidruhový přenos bakterie zabíjející samce v ekologickém časovém měřítku“. Ekologie Dopisy. 13 (9): 1139–1148. doi:10.1111 / j.1461-0248.2010.01502.x. ISSN  1461-0248. PMID  20545734.
  18. ^ Bohacsova, Monika; Mediannikov, Oleg; Kazimirova, Maria; Raoult, Didier; Sekeyova, Zuzana (22.02.2016). "Arsenophonus nasoniae a Rickettsiae Infekce Ixodes ricinus v důsledku parazitické vosy Ixodiphagus hookeri". PLOS ONE. 11 (2): e0149950. doi:10.1371 / journal.pone.0149950. ISSN  1932-6203. PMC  4762546. PMID  26901622.
  19. ^ A b Goerzen, D.W .; Erlandson, M.A. (2018-05-01). „Infekce chalcidového parazitoida Pteromalus venustus Walker (Hymenoptera: Pteromalidae) samcem zabíjejícím symbiontem Arsenophonus nasoniae (Gamma-Proteobacteria: Enterobacteriaceae).“ Journal of bezobratlých patologie. 154: 24–28. doi:10.1016 / j.jip.2018.03.013. ISSN  0022-2011. PMID  29588209.

externí odkazy