Candidatus Carsonella ruddii — ендосимбиот с най-малък известен геном
Candidatus Carsonella ruddii — ендосимбиот с най-малък известен геном (159.6 kb, 182 гена). Открийте уникалната адаптация към живот и възможния му статут на органела при псилиди.
Candidatus Carsonella ruddii е ендосимбиотична гама-протеобактерия, известна с най-малкия описан до момента геном от всички бактерии. Това е некултивируем вид, отбелязан с префикса Candidatus, което означава, че е известен само от секвениране и микроскопски наблюдения, но не е отглеждан изкуствено в лабораторни култури.
Видът е ендосимбионт, който се среща в определени насекоми, хранейки се с флоемни сокове — т.нар. псилиди (jumping plant lice). Ендосимбионтът се локализира в специализирана структура в тъканите на гостоприемника, известна като бактериом (или бактериоцит), и се предава вертикално по майчиното поколение чрез яйцата.
Геном и редукция
През 2006 г. геномът на един от щамовете на Ca. Carsonella ruddii беше секвениран в RIKEN в Япония и в Университета на Аризона. Геномът представлява кръгова хромозома от 159 662 базови двойки и характеризира с изключително висока плътност на кодиране (ок. 97 %) — много гени припокриват един друг и средната дължина на гените е значително намалена. Броят на предсказаните гени е 182, което според записите в NCBI-Genome е един от най-ниските регистрирани брой гени при бактерии.
Геномът на Carsonella ruddii е пример за крайна геномна редукция: липсват множество гени, смятани за есенциални за автономния живот (включително части от основни метаболитни пътища и гени за поддръжка на клетъчни функции). Това налага гостоприемникът и ендосимбионтът да разчитат един на друг — гостоприемникът осигурява липсващи функционалности, а ендосимбионтът често доставя на насекомото бедни на аминокиселини флоемни сокове с жизненоважни съединения.
Роля в биологията на гостоприемника
- Партньор за хранене: Carsonella се смята за ключов доставчик на някои есенциални аминокиселини и други хранителни вещества, които псилдите не могат да синтезират сами или да получат от флоемата.
- Тясна ко-еволюция: Силната зависимост води до дългосрочна коеволюция между бактериите и техните насекомни гостоприемници; филогенетичните дървета на Carsonella често съответстват на еволюционните дървета на псилдите.
- Вертикална трансмисия: Предаването от поколение на поколение (через яйцата) допринася за стабилност на симбиотичната асоциация, но и за ускорена генна редукция поради ограничен обмен на гени с външни популации.
Възможно преходно състояние към органел
Поради силната геномна редукция и абсолютната зависимост между Carsonella и гостоприемника, някои изследователи предполагат, че този ендосимбионт може да е в процес на еволюция към статут близък до органел (аналогично на митохондриите и пластидите в еукариотите). Това понятие обхваща сценарий, при който бактериалните функции постепенно се интегрират и заменят от клетъчните механизми на гостоприемника.
Сравнения с други организми
За сравнение, геномът на Mycoplasma genitalium, който е най-малкият геном от всички свободно живеещи организми, съдържа 521 гена — значително повече от 182-те гена, предсказани при Carsonella. Други крайно редуцирани ендосимбионти също имат много малки геноми, но Carsonella остава сред най-екстремните случаи по отношение на размер и брой гени.
Значение за науката
- Изучаването на Carsonella ruddii дава ценна информация за границите на минималния набор от гени, необходими за поддържане на живот в контекста на симбиоза.
- Този ендосимбионт е модел за изучаване на процесите на геномна редукция, коеволюция и възможна интеграция към органелоподобен статус.
- Разбирането на асоциациите между ендосимбионти и растително-смучещи насекоми има и практически приложения в контрола на вредители и в агрономията.
В обобщение, Candidatus Carsonella ruddii е пример за крайно специализиран ендосимбионт с уникално свит геном и критична роля за физиологията и еволюцията на своите насекомни гостоприемници.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява Candidatus Carsonella ruddii?
О: Candidatus Carsonella ruddii е ендосимбиотична гама-протеобактерия, която присъства във всички видове насекоми, хранещи се с флоемни сокове, известни като псилиди.
В: Какъв е размерът на генома на Candidatus Carsonella ruddii?
О: Геномът на Candidatus Carsonella ruddii е най-малкият известен геном на която и да е бактерия и представлява кръгова хромозома от 159 662 базови двойки.
В: Колко гена се очаква да има в Candidatus Carsonella ruddii?
О: Броят на предсказаните гени в Candidatus Carsonella ruddii е 182, което е най-малкият регистриран брой (NCBI-Genome).
В: Каква е гъстотата на кодиране в генома на Candidatus Carsonella ruddii?
О: Геномът на Candidatus Carsonella ruddii има висока плътност на кодиране - 97 %.
В: Какво представлява бактериомът?
О: Бактериомът е специализирана структура, в която се срещат ендосимбионтите в Candidatus Carsonella ruddii.
В: Какво липсва в генома на Candidatus Carsonella ruddii?
О: Изглежда, че в генома на Candidatus Carsonella ruddii липсват многобройни гени, считани за съществени за живота, което предполага, че видът може да е постигнал статут на органел.
В: Как се сравнява геномът на Candidatus Carsonella ruddii с този на Mycoplasma genitalium?
О: Геномът на Mycoplasma genitalium, който има най-малкия геном от всички свободно живеещи организми, има 521 гена, което е значително повече от броя на предсказаните гени в Candidatus Carsonella ruddii.
обискирам