内共生体与生殖细胞的相互作用是木蚁进化新特征的基础

《Evolution & Development》：Endosymbiont Interactions With the Germline Underlie a Case of Evolutionary Novelty in Carpenter Ants

　　生殖囊的形成机制及进化适应性研究。通过转录组、形态学与发育比较分析，揭示白蚁生殖囊由生殖细胞与细菌胞融合形成，具有独特基因表达谱（自噬相关基因上调，翻译活性下调），其发育受共生菌环境影响，且oskar基因表达模式在物种间保守。

　　

摘要

进化上的新特性通常是通过遗传、发育和生态过程之间的复杂相互作用产生的，然而它们的起源仍然知之甚少。在这里，我们以Camponotus（木蚁）中的生殖线囊泡为例，研究这种进化新特性。通过结合转录组学、形态学和比较发育学的方法，我们对其分子特征、细胞结构及发生过程进行了分析。研究发现，与细菌细胞相邻的生殖线基因表达细胞会融合形成一个多核的生殖线囊泡，该囊泡随后会发育成生殖腺。尽管生殖线囊泡内含有类似细菌细胞的共生细菌，但其基因表达谱具有独特性。此外，其表型变化受到细菌存在的调控。通过分析多个Camponotus物种中生殖线特异性基因(oskar)的表达情况，我们验证了该囊泡的生殖功能及其进化保守性。基于这些发现，我们提出了一种模型：生殖线囊泡是通过发育可塑性实现的细胞融合事件演化而来的，并受到宿主生殖线决定因子与共生细菌相互作用的影响。这项研究展示了如何通过整合分子生物学、发育生物学和生态学视角来揭示进化创新的机制。

总结

• 在木蚁中，发现了一种称为生殖线囊泡的新细胞类型，这种细胞类型与该属其他已知细胞类型不同。我们将其作为可能的进化新特性的案例进行了研究。

• 生殖线囊泡可能在生殖系的垂直传递中发挥着特殊作用。

• 转录组分析显示，生殖线囊泡具有独特的转录特征，表现为自噬相关基因和内膜成分的上调，以及翻译和核糖体活性的下调。

• 在Camponotus floridanus中，生殖线囊泡表现出发育可塑性，并对细菌微环境敏感；其表型在Camponotus属的不同物种间存在差异。

• 生殖线基因oskar和vasa的潜在共表达，以及较低的细菌负荷，促进了与细菌细胞相邻的生殖线细胞的融合，从而促进了生殖线囊泡的演化。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

转录组分析的详细信息可在GitHub仓库https://github.com/ZellOz/RNAseq---C.fl中找到。不同样本的转录组数据存储在SRA PRJNA1370284中。