Vi khuẩn symbionts phân hủy gỗ cho mối cũng ràng buộc khí quyển nitơ cho họ • Alexey Gilyarov • Tin tức khoa học về "yếu tố" • Sinh học, Di truyền học

Vi khuẩn cộng sinh phân hủy gỗ cho mối cũng liên kết nitơ khí quyển với chúng.

Lính mối Coptotermes formosanus. Binh lính bảo vệ thuộc địa. Họ không nhận thức ăn và không thể tự ăn. Chúng được nuôi dưỡng bởi các cá nhân làm việc. Ảnh từ www.entomology.msstate.edu

Cho đến gần đây, nó vẫn là một bí ẩn làm thế nào mối đe dọa quản lý để sống (và thậm chí phát triển mạnh), ăn trên cùng một gỗ. Nó được biết rằng sự phân hủy của cellulose tiêu thụ bởi chúng được thực hiện bởi vi khuẩn – các cộng sinh nội bào của động vật nguyên sinh, trong đó, lần lượt, sống trong ruột mối. Nhưng cellulose là một chất nền thực phẩm kém; hơn nữa, nó không thể phục vụ như là một nguồn nitơ, mà mối cần trong số lượng lớn hơn nhiều so với nó được chứa trong các mô thực vật. Tuy nhiên, một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản, người đã nghiên cứu về thành phần bộ gen của hệ gen vi khuẩn cộng sinh, gần đây đã có một kết luận nổi bật. Cùng với các gen chịu trách nhiệm tổng hợp cellulase, một enzyme phá hủy các phân tử cellulose, các gen mã hóa các enzyme chịu trách nhiệm về cố định đạm – sự liên kết của nitơ tự do trong khí quyển N – nằm trong hệ gen.2 và biến nó thành một hình thức thích hợp để sử dụng không chỉ bởi chính vi khuẩn mà còn bởi các lá cờ và mối mọt.

Những người xa sinh học đôi khi lẫn lộn với kiến, vì cả hai đều sống theo lối sống thuộc địa, xây dựng các tòa nhà lớn (quân sự và nhân văn), và bên cạnh đó, chúng được đặc trưng bởi sự phân chia lao động giữa các nhóm cá nhân: họ có công nhân, binh lính, và cũng sản xuất con cái cái (queens) và con đực.

Mối người lớn Coptotermes formosanus. Ảnh từ www.sdnr.org

Tuy nhiên, sự giống nhau của kiến ​​với mối là hoàn toàn bên ngoài, do cách sống xã hội đã phát sinh trong cả hai nhóm. Trong thực tế, những con côn trùng thuộc về khác nhau, xa các lệnh liên quan. Kiến là những người kiếm tiền, họ hàng của ong bắp cày và ong. Mối tạo thành một đội đặc biệt, và, không giống như màng trinh, chúng thuộc về côn trùng với sự biến đổi không hoàn chỉnh (chúng không có một con nhộng, và ấu trùng qua một loạt các mol liên tiếp dần trở nên ngày càng giống côn trùng trưởng thành).

Mối không được tìm thấy trong ôn đới, đặc biệt là vĩ độ phía bắc, nhưng chúng cực kỳ lớn ở vùng nhiệt đới, nơi chúng là những người tiêu dùng chính của các mảnh vụn thực vật. Không giống như nhiều loài động vật khác, mối có thể ăn cùng một loại gỗ – chính xác hơn, chất xơ (cellulose),xử lý cực kỳ nhanh chóng. Bất kỳ cấu trúc bằng gỗ nào được dựng lên ở vùng nhiệt đới đều phải chịu các hoạt động phá hoại của mối. Một ngôi nhà không có sự bảo vệ đặc biệt có thể bị ăn mòn bởi mối mọt trong vài năm tới.

Làm việc mối ăn gỗ. Ảnh từ www.hiltonpond.org

Các nhà nghiên cứu từ lâu đã quan tâm đến câu hỏi: làm thế nào mối mọt đối phó với sự phân hủy chất xơ (sau khi tất cả, nó luôn được coi là đặc quyền của vi khuẩn và nấm!) Và làm sao họ có thể quản lý quá ít thức ăn? Trong một thời gian dài người ta tin rằng trong việc xử lý các mối sợi giúp đơn giản nhất – đại diện của một nhóm đặc biệt của các flagellates mà sống trong ruột của mối. Nhưng sau đó hóa ra chính bản thân họ cần sự giúp đỡ của endosymbionts – vi khuẩn sống trong tế bào của họ (endosymbiont ngụ ý "sống trong một tế bào"), tạo ra cellulase – một loại enzyme làm giảm cellulose.

Vì vậy, toàn bộ hệ thống cộng sinh được xây dựng trên nguyên tắc của con búp bê: các lá cờ sống trong ruột của mối, và các vi khuẩn bên trong lá cờ. Mối tìm thức ăn (mảnh vỡ thực vật hoặc các tòa nhà bằng gỗ), bột giấy chặt và mang nó đến trạng thái tốt, trong đó nó có thể hấp thụ các flagellates.Sau đó, vi khuẩn sống bên trong lá cờ được đưa vào tài khoản, và chúng thực hiện các phản ứng hóa học chính để chế biến sản phẩm ăn được ban đầu kém thành một dạng hoàn toàn tiêu hóa.

Tuy nhiên, phần lớn hệ thống này vẫn chưa rõ ràng. Ví dụ, người ta không biết mối liên hệ nào nhận được nitơ mà họ cần (và hàm lượng tương đối của nó trong cơ thể động vật, bao gồm mối, cao hơn đáng kể so với các mô thực vật). Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học Nhật Bản đã cho phép trả lời câu hỏi này.

Đối tượng nghiên cứu, Yuichi Hongoh và các đồng nghiệp từ Viện Khoa học Tiên tiến RIKEN, Saitama và các viện nghiên cứu khác của Nhật Bản, là một hệ thống cộng sinh chấm dứt hàng loạt ở Nhật Bản Coptotermes formosanus. Loài này, dẫn đầu con đường ngầm của cuộc sống, được biết đến như một loài sâu hại độc hại, gây thiệt hại to lớn cho các cấu trúc bằng gỗ, không chỉ ở quê hương của nó, ở Đông Nam Á, mà còn ở Mỹ, nơi nó vô tình được giới thiệu. Để chiến đấu với Coptotermes formosanus ở Nhật Bản, hàng trăm triệu đô la được chi tiêu hàng năm và ở Hoa Kỳ – khoảng một tỷ đô la.

Pseudotrichonympha grassi – đại diện của động vật nguyên sinh cộng sinh (một nhóm đặc biệt của các chất gắn cờ – hypermastigin) sống trong ruột của mối. A – dưới kính hiển vi trong pha tương phản. B – giống như khi nhuộm với thuốc nhuộm huỳnh quang, để lộ lõi. C – tương tự khi sử dụng phương pháp FISH (huỳnh quang) tại chỗ lai tạo); màu xanh lá cây vi khuẩn được tiết ra – các sinh vật đơn bào nội bào, màu vàng – khối lượng gỗ được chế biến. Chiều dài của thanh tỷ lệ 100 micron. Ảnh từ các tài liệu bổ sung cho bài viết đang được thảo luận trongKhoa học

Cờ hiệu ở lại Pseudotrichonympha grassii thuộc về chi, mà người đại diện thường được tìm thấy trong các mối khác nhau dẫn đầu cuộc sống dưới lòng đất. Khoảng 100 nghìn vi khuẩn thuộc về thứ tự Bacteroidales và có tên mã "phylotype CfPt1-2" liên tục cư trú trong mỗi lá cờ.

Pseudotrichonympha grassi dưới độ phóng đại cao khi sử dụng nhuộm cá (huỳnh quang) tại chỗ lai tạo). Xanh lục vi khuẩn được nhuộm màu – các hợp chất đơn bào nội bào, màu vàng – khối lượng gỗ được chế biến. Chiều dài của thanh tỷ lệ 10 micron. Ảnh từ các tài liệu bổ sung cho bài viết đang được thảo luận trongKhoa học

Trong quá trình làm việc, các lá cờ đã được loại bỏ khỏi ruột ruột, màng tế bào của chúng bị phá hủy và 10 màng được giải phóng ra khỏi mỗi ruột.3-104 tế bào vi khuẩn endosymbiotic.Khối lượng kết quả của vi khuẩn đã bị khuếch đại (tăng số lượng bản sao của các phân tử DNA hiện diện ở đó), sau đó chúng tìm kiếm các chuỗi gen cụ thể. Trong nhiễm sắc thể vòng có 1.114.206 cặp base, 758 trình tự đã được xác định có lẽ là protein được mã hóa, 38 gen của RNA vận chuyển và 4 gen của RNA ribosome. Bộ gen được phát hiện đã làm cho nó có thể tái tạo lại trong các thuật ngữ chung toàn bộ hệ thống trao đổi chất của vi khuẩn endosymbiotic.

Đề án cho thấy hệ thống các mối quan hệ cộng sinh bên trong tế bào của lá cờ Pseudotrichonympha grassiisống trong mối mọt ruột Coptotermes formosanus. Đường viền ngoài – lumen của mối mọt ruột sau; hình bầu dục màu xanh – ô đánh dấu; màu vàng vi khuẩn cộng sinh (CfPt1-2 symbiont) được thể hiện bên trong lá cờ. Các hạt gỗ từ ruột của mối được nuốt bởi đơn giản nhất và được tiếp tục trong thực phẩm không bào (thực phẩm không bào), nơi lysis của cellulose và hemicellulose xảy ra. Monosaccharide và hydro được hình thành trong quá trình phân hủy cellulose được sử dụng làm nguồn năng lượng để cố định đạm (N2 cố định), được thực hiện bởi vi khuẩn. Làm thế nào các hợp chất nitơ có nguồn gốc là chưa rõ ràng. Hình từ các tài liệu bổ sung cho bài viết được thảo luận trongKhoa học

Nổi bật nhất là khám phá các gen chịu trách nhiệm tổng hợp các enzym cần thiết cho quá trình cố định đạm – quá trình liên kết khí quyển N2 và biến nó thành một dạng phù hợp để sử dụng bởi cơ thể. Đặc biệt, có các gen chịu trách nhiệm cho quá trình tổng hợp nitơase, enzyme quan trọng nhất phân tách một liên kết ba mạnh trong phân tử N.2, cũng như các gen mã hóa các protein khác cần thiết cho việc cố định đạm.

Các tác giả của tác phẩm đang thảo luận lưu ý rằng, trên thực tế, khả năng xác định nitơ đã được phát hiện trước đó, nhưng không rõ các sinh vật cộng sinh nào chịu trách nhiệm về nó. Việc xác định các gen chịu trách nhiệm về cố định nitơ trong vi khuẩn endosymbiotic được nghiên cứu là một điều bất ngờ, vì trước đây loại cố định đạm này chưa bao giờ được quan sát thấy ở vi khuẩn thuộc nhóm này (Bacteriodales). Ngoài ràng buộc N2 và chuyển nó sang NH3 Các vi khuẩn nghiên cứu dường như có khả năng sử dụng những sản phẩm chuyển hóa nitơ, được hình thành trong quá trình chuyển hóa của những đơn giản nhất. Đây là một điểm quan trọng, vì sự ràng buộc của N2 đòi hỏi chi phí năng lượng cao, và nếu có đủ lượng nitơ trong thực phẩm, cường độ cố định nitơ có thể giảm.

Nguồn: Yuichi Hongoh, Vineet K. Sharma, Tulika Prakash, và cộng sự. Bộ gen của một khớp nối nội soi N2 Cố định để phân hủy tế bào trong các tế bào Protist trong Termite Gut // Khoa học. 2008. V. 322. P. 1108-1109.

Alexey Gilyarov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: