Вертикальная передача
Вертикальная передача симбионтов – это передача микробного симбионта от родителя непосредственно потомству. [ 1 ] Многие виды многоклеточных животных несут симбиотические бактерии , которые играют мутуалистическую , комменсальную или паразитическую роль. [ 1 ] Симбионт передается хозяину путем горизонтальной , вертикальной или смешанной передачи. [ 2 ]
Преимущества фитнеса
[ редактировать ]Вертикальная передача, передача симбиотической микрофлоры от родителей к потомству, распространена у видов животных, находящихся под опекой родителей . Есть преимущества для фитнеса, если на раннем этапе предоставить молодым людям устоявшееся сообщество микроорганизмов. [ 3 ]
- Развитие иммунной системы: родительские микробы укрепляют молодую иммунную систему.
- Устойчивость к болезням: поскольку кожа уже колонизирована родительскими микробами, патогенной флоре труднее прижиться.
- Помощь пищеварению: родительские микробы могут помочь пищеварению, в результате чего детеныши могут выжить на диете, которая в противном случае не удовлетворила бы их потребности в питательных веществах.
- Экологическая адаптация: микрофлора может помочь справиться с экологическим стрессом.
- Повышенная социальная сплоченность: микробиом может производить неврологические или химические сигналы, которые изменяют социальное поведение. [ 4 ]
Эволюционные последствия
[ редактировать ]Между хозяином и симбионтом возникает сложная взаимозависимость. [ 5 ] Генетический фонд симбионтов обычно меньше и более подвержен генетическому дрейфу . [ 6 ] При истинной вертикальной передаче результаты эволюции хозяина и симбионта связаны. [ 7 ] При смешанной передаче новый генетический материал . может быть введен [ 8 ] Как правило, симбионты занимают определенные ниши и могут даже переносить часть своего генома в ядро хозяина.
Преимущества
[ редактировать ]Этот механизм способствует тесно связанному эволюционному давлению, которое заставляет хозяина и симбионта функционировать как холобионт . [ 9 ]
Недостатки
[ редактировать ]Эволюционные узкие места симбионтов приводят к уменьшению разнообразия и, следовательно, к уменьшению устойчивости . Аналогичным образом, это значительно уменьшает эффективную численность населения . В конечном итоге без притока нового генетического материала популяция становится клональной . Мутации имеют тенденцию сохраняться у симбионтов и накапливаться с течением времени. [ 10 ]
Режимы передачи
[ редактировать ]матрилинейный
[ редактировать ]Зародышевая линия
[ редактировать ]Поскольку яйцо содержит органеллы и имеет больше места и возможностей для внутриклеточных симбионтов последующим поколениям, это очень распространенный метод вертикальной передачи. передачи [ 1 ] Внутриклеточные симбионты могут мигрировать из бактериоцитов в яичники и внедряться в половые клетки. [ 11 ]
У растений вертикальная передача микробных эндофитов по зародышевой линии может происходить по материнской линии через семена. [ 12 ] Существует несколько механизмов, с помощью которых семена могут заразиться эндофитами по материнской линии. Материнское растение может производить сосудистые связи от своих соматических микробиомов с эндоспермом . [ 12 ] Альтернативно, эндофиты могут передаваться непосредственно во время развития репродуктивных органов в апикальной меристеме побега . [ 12 ]
Живорождение
[ редактировать ]Человеческие младенцы получают свой микробиом от своих матерей, из каждой сферы, где есть контакт. матери Это потенциально включает в себя влагалище , желудочно-кишечный тракт , кожу , ротовую полость и грудное молоко . [ 13 ] Эти пути являются типичными, если роды являются вагинальными и ребенок находится на грудном вскармливании. Когда происходят другие действия, такие как кесарево сечение , кормление из бутылочки или прием антибиотиков во время кормления грудью, эти пути вертикальной передачи нарушаются. [ 14 ] [ 15 ]
отцовский
[ редактировать ]встречаются крайне редко, Хотя риккетсии они передаются Nephotettix cincticep по отцовской линии в сперме . [ 16 ]
У растений вертикальная передача микробных эндофитов по зародышевой линии может происходить по отцовской линии через пыльцу . [ 12 ] Предполагается, что передача по отцовской линии является распространенным механизмом передачи грибковых эндофитов. [ 12 ] а также бактерии. [ 17 ]
Родительская забота
[ редактировать ]Микробы могут передаваться в результате действий родителей, заботящихся о своем потомстве, например, при культивировании кишечных микробов при срыгивании . [ 18 ] Этот тип вертикальной передачи не всегда происходит из-за поведения генетического родителя; вместо этого другие члены социальной или семейной группы могут передавать микробное сообщество, что приводит к родственному отбору . [ 4 ] [ 19 ]
Апосимбиотический
[ редактировать ]У дождевых червей (Eisenia) есть внеклеточный симбионт Verminephrobacter . Вместо того, чтобы проходить через яйцо в зародышевой линии, детеныши являются апосимбиотическими , пока еще находятся в яйцевой капсуле; однако они приобретают Verminephrobacter до разрыва яйцевой капсулы, поэтому передача все равно происходит по вертикали. [ 20 ]
Примеры
[ редактировать ]Беспозвоночные
[ редактировать ]Вертикальная передача эндосимбиотических бактерий очень распространена у насекомых. [ 21 ]
Вольбахия
[ редактировать ]Подсчитано, что около 70% всех насекомых являются носителями бактерий Wolbachia , которые могут передаваться как вертикально, так и горизонтально . [ 22 ] В зависимости от вида хозяина он может функционировать как мутуалист или патоген. [ 23 ] Чтобы поддерживать инфекцию внутри вида-хозяина, она должна проникнуть в формирующуюся яйцеклетку и передаться через зародышевую линию. Чтобы улучшить скорость вертикальной передачи, вольбахия может изменить репродуктивную систему своего хозяина. [ 23 ] в разнообразных механизмах, таких как индуцированный партеногенез , убийство самцов или феминизация . [ 24 ] Все это увеличивает долю инфицированных женщин, что благоприятствует распространению инфекции по материнской линии.
Гороховая тля и Бухнера
[ редактировать ]Гороховая тля не получает всех необходимых аминокислот из своего рациона. их облигатный симбионт, Бухнера . Остальное синтезирует [ 11 ] [ 25 ]
Головные вши и Candidatus Riesia pediculicola.
[ редактировать ]Головная вошь ( Pediculus humanus ) находится в облигатном симбиотическом отношении с Candidatus Riesia pediculicola. Вошь обеспечивает убежище и защиту, а бактерии обеспечивают необходимые витамины группы B. C. riesia живет в бактериоцитах , но перемещается в яичники и передается следующему поколению. [ 26 ] [ 27 ]
Мухи цеце и Wigglesworthialossinidia.
[ редактировать ]У мух цеце увлекательный жизненный цикл. Цеце рождает жизнь, что среди насекомых встречается крайне редко. Муха оплодотворяла одно яйцо за раз, и в течение первых трех личиночных стадий единственное потомство развивалось внутри матки матери, питаясь веществом молока, поступающим из молочных желез в матке. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] Через «молоко» молодняк получает родительскую микрофлору, в том числе Wigglesworthialossinidia , бактерии, обеспечивающие хозяина витаминами B, которых не хватает в рационе мухи цеце, состоящем только из крови. [ 32 ] [ 33 ]
Социальные пауки
[ редактировать ]Социальные пауки Stegodyphus dumicola обитают в Намибии и Ботсване. Большинство самок в колонии — девственницы, но участвуют в уходе за потомством для воспроизводства самок. [ 34 ] Потомство вылупляется без симбионтов, а бактериальные симбионты передаются вертикально из поколения в поколение в результате социальных взаимодействий с началом срыгивания, кормления (приемными) матерями на ранних стадиях развития. [ 19 ]
Позвоночные животные
[ редактировать ]захватывающий
[ редактировать ]Цецилии питают молодняк через кожу матери, передавая им микрофлору , которая колонизирует кожу и кишечник молодняка. [ 35 ] Кожа матери приспособлена для этой цели: она заранее утолщается и быстро восстанавливается после употребления в пищу, чтобы продолжать обеспечивать потомство. На раннем этапе развития она повторяет этот процесс несколько раз без существенного вреда для себя. Повторяющийся характер питания через кожу означает, что молодые особи несколько раз подвергаются воздействию микробиома матери , что повышает вероятность успешной колонизации кишечника и кожи микроорганизмами.
Борнейские лягушки, гнездящиеся в пене
[ редактировать ]Борнейские лягушки, гнездящиеся в пене, головастики Leptomantis harrissoni получают микробы как от родителей (вертикально), так и от окружающей среды (горизонтально). [ 3 ] Первоначально у них есть микробиомы, напоминающие их родителей и внешний вид пенопластового гнезда, но через неделю в пруду головастики подхватывают новые микробы из прудовой среды.
Имитатор лягушки-дротолета
[ редактировать ]Лягушка -дролотик -имитатор ранитомеи кормит головастиков неоплодотворенными трофическими яйцами. Анаэробные парабазальные протисты передаются головастикам посредством вертикальной передачи. В кишечнике эти протисты экспрессируют пищеварительные ферменты протеиназы. [ 36 ] Поступая таким образом, они помогают молодым особям переваривать жир и белок в материнской яйце, а не растительные остатки в мини-пруде, в котором они живут. Гены, кодирующие протеиназы, отсутствуют в геноме ранитомеи. Симбиоз позволяет имитатору ранитпомеи занять новую экологическую нишу, а головастикам расти более активно. [ 36 ] Другой механизм вертикальной передачи через родительскую опеку возникает, когда отец переносит головастика на спине из яйца в бассейн для размножения, что дает головастику возможность получать микрофлору по отцовской линии. [ 37 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Брайт М., Булгереси С (март 2010 г.). «Сложное путешествие: передача микробных симбионтов» . Обзоры природы. Микробиология . 8 (3): 218–230. дои : 10.1038/nrmicro2262 . ПМЦ 2967712 . ПМИД 20157340 .
- ^ Кога Р., Беннетт ГМ, Крайан Дж.Р., Моран Н.А. (июль 2013 г.). «Эволюционная замена облигатных симбионтов в древней и разнообразной линии насекомых». Экологическая микробиология . 15 (7): 2073–2081. Бибкод : 2013EnvMi..15.2073K . дои : 10.1111/1462-2920.12121 . ПМИД 23574391 .
- ^ Перейти обратно: а б МакГрат-Блазер С., Штеффен М., Графе Т.У., Торрес-Санчес М., Маклеод Д.С., Мулетц-Вольц Ч.Р. (декабрь 2021 г.). «Траектория микробов кожи на раннем этапе жизни как функция вертикальной передачи и передачи в окружающей среде у борнейских лягушек, гнездящихся в пене» . Микробиом животных . 3 (1): 83. дои : 10.1186/s42523-021-00147-8 . ПМЦ 8686334 . ПМИД 34930504 .
- ^ Перейти обратно: а б Арчи Э.А., Тунг Дж (01 декабря 2015 г.). «Социальное поведение и микробиом» . Современное мнение в области поведенческих наук . Интегративное изучение поведения животных. 6 : 28–34. дои : 10.1016/j.cobeha.2015.07.008 . ISSN 2352-1546 .
- ^ Перотти М.А., Кларк Х.К., Тернер Б.Д., Брэйг Х.Р. (ноябрь 2006 г.). «Риккетсии как облигатные и мицетомные бактерии» . Журнал ФАСЭБ . 20 (13): 2372–2374. doi : 10.1096/fj.06-5870fje . ПМИД 17012243 . S2CID 30841294 .
- ^ Вернегрин Дж. Дж., Моран Н. А. (январь 1999 г.). «Доказательства генетического дрейфа у эндосимбионтов (Бухнера): анализ генов, кодирующих белки» . Молекулярная биология и эволюция . 16 (1): 83–97. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026040 . ПМИД 10331254 .
- ^ Вотрен Э., Вавр Ф. (март 2009 г.). «Взаимодействия между вертикально передающимися симбионтами: сотрудничество или конфликт?». Тенденции в микробиологии . 17 (3): 95–99. дои : 10.1016/j.tim.2008.12.002 . ПМИД 19230673 .
- ^ Куигли К.М., Уорнер П.А., Бэй Л.К., Уиллис Б.Л. (декабрь 2018 г.). «Неожиданная смешанная передача и умеренная генетическая регуляция сообществ Symbiodinium у насиживающего коралла» . Наследственность . 121 (6): 524–536. дои : 10.1038/s41437-018-0059-0 . ПМК 6221883 . ПМИД 29453423 .
- ^ Моррис Джей-Джей (19 октября 2018 г.). «Что такое гологеномная концепция эволюции?» . F1000Исследования . 7 : 1664. doi : 10.12688/f1000research.14385.1 . ПМК 6198262 . ПМИД 30410727 .
- ^ Смит Н.Х., Гордон С.В., де ла Руа-Доменек Р., Клифтон-Хэдли Р.С., Хьюинсон Р.Г. (сентябрь 2006 г.). «Узкие места и метлы: молекулярная эволюция Mycobacterium bovis». Обзоры природы. Микробиология . 4 (9): 670–681. дои : 10.1038/nrmicro1472 . ПМИД 16912712 . S2CID 2015074 .
- ^ Перейти обратно: а б Симонет П., Гажет К., Бальманд С., Рибейро Лопес М., Паризо Н., Бюлер К. и др. (февраль 2018 г.). «Гибель бактериоцитов в симбиотической системе гороховая тля/ Buchnera » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (8): E1819–E1828. Бибкод : 2018PNAS..115E1819S . дои : 10.1073/pnas.1720237115 . ПМЦ 5828623 . ПМИД 29432146 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Фрэнк А.С., Салдиерна Гусман Дж.П., Шей Дж.Э. (декабрь 2017 г.). «Передача бактериальных эндофитов» . Микроорганизмы . 5 (4): 70. doi : 10.3390/microorganisms5040070 . ISSN 2076-2607 . ПМЦ 5748579 . ПМИД 29125552 .
- ^ Бэкхед Ф., Розвалл Дж., Пэн Ю., Фэн К., Цзя Х., Ковачева-Датчари П. и др. (май 2015 г.). «Динамика и стабилизация микробиома кишечника человека в течение первого года жизни» . Клетка-хозяин и микроб . 17 (5): 690–703. дои : 10.1016/j.chom.2015.04.004 . ПМИД 25974306 .
- ^ Кокс Л.М., Яманиши С., Сон Дж., Алексеенко А.В., Леунг Дж.М., Чо И. и др. (август 2014 г.). «Изменение микробиоты кишечника в критический период развития имеет долгосрочные метаболические последствия» . Клетка . 158 (4): 705–721. дои : 10.1016/j.cell.2014.05.052 . ПМЦ 4134513 . ПМИД 25126780 .
- ^ Домингес-Белло М.Г., Костелло Э.К., Контрерас М., Магрис М., Идальго Г., Фирер Н. и др. (июнь 2010 г.). «Режим доставки формирует приобретение и структуру начальной микробиоты во многих средах обитания в организме новорожденных» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (26): 11971–11975. Бибкод : 2010PNAS..10711971D . дои : 10.1073/pnas.1002601107 . ПМК 2900693 . ПМИД 20566857 .
- ^ Ватанабе К., Юкухиро Ф., Мацуура Ю., Фукацу Т., Нода Х. (май 2014 г.). «Внутриспермальная вертикальная симбионтная передача» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (20): 7433–7437. Бибкод : 2014PNAS..111.7433W . дои : 10.1073/pnas.1402476111 . ПМК 4034255 . ПМИД 24799707 .
- ^ Ходжсон С., де Кейтс К., Ходжсон Дж., Морли Нью-Джерси, Саттон BC, Ганг AC (апрель 2014 г.). «Вертикальная передача грибных эндофитов широко распространена у разнотравья» . Экология и эволюция . 4 (8): 1199–1208. Бибкод : 2014EcoEv...4.1199H . дои : 10.1002/ece3.953 . ISSN 2045-7758 . ПМК 4020682 . ПМИД 24834319 .
- ^ Миллер СиДжей, Бейтс С.Т., Гилда Л.М., Крейтон Дж.К. (2 декабря 2019 г.). «Изучение передачи кишечных бактерий консервированной туше через анальные выделения Nicrophorus defodiens» . ПЛОС ОДИН . 14 (12): e0225711. Бибкод : 2019PLoSO..1425711M . дои : 10.1371/journal.pone.0225711 . ISSN 1932-6203 . ПМК 6886834 . ПМИД 31790470 .
- ^ Перейти обратно: а б Роуз С., Лунд М.Б., Сёгорд А.М., Буск М.М., Бехсгаард Дж.С., Шрамм А. и др. (июнь 2023 г.). «Социальная передача бактериальных симбионтов гомогенизирует микробиом внутри и между поколениями пауков, живущих группами» . ИСМЕ Коммуникации . 3 (1): 60. дои : 10.1038/s43705-023-00256-2 . ПМЦ 10276852 . ПМИД 37330540 .
- ^ Дэвидсон С.К., Шталь Д.А. (январь 2006 г.). «Передача нефридиальных бактерий дождевого червя Eisenia fetida» . Прикладная и экологическая микробиология . 72 (1): 769–775. Бибкод : 2006ApEnM..72..769D . дои : 10.1128/АЕМ.72.1.769-775.2006 . ПМЦ 1352274 . ПМИД 16391117 .
- ^ Феррари Дж., Вавр Ф. (май 2011 г.). «Бактериальные симбионты у насекомых или история сообществ, влияющих на сообщества» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 366 (1569): 1389–1400. дои : 10.1098/rstb.2010.0226 . ПМК 3081568 . ПМИД 21444313 .
- ^ Чубдар Н., Каримян Ф., Куша М., Неджати Дж., Шабани Кордшули Р., Азарм А. и др. (20 апреля 2023 г.). Пьетри Дж (ред.). «Инфекция Wolbachia в местных популяциях Blattella germanica и Periplaneta americana» . ПЛОС ОДИН 18 (4): e0284704. Бибкод : 2023PLoSO..1884704C . дои : 10.1371/journal.pone.0284704 . ПМЦ 10118093 . ПМИД 37079598 .
- ^ Перейти обратно: а б Корреа CC, Баллард Дж.В. (2016). «Ассоциации вольбахии с насекомыми: победа или поражение от мастера-манипулятора» . Границы экологии и эволюции . 3 . дои : 10.3389/fevo.2015.00153 . ISSN 2296-701X .
- ^ Вавр Ф., Мутон Л., Паннебаккер Б.А. (01.01.2009), «Глава 12 Сообщества дрозофилы и паразитоидов как модельные системы для взаимодействий хозяина и вольбахии» , «Достижения в паразитологии», том 70 , том. 70, Academic Press, стр. 299–331, номер документа : 10.1016/s0065-308x(09)70012-0 , ISBN. 978-0-12-374792-1 , PMID 19773076 , получено 6 мая 2024 г.
- ^ Дуглас А.Е. (январь 1998 г.). «Пищевые взаимодействия в насекомо-микробном симбиозе: тли и их симбиотические бактерии Buchnera». Ежегодный обзор энтомологии . 43 (1): 17–37. дои : 10.1146/annurev.ento.43.1.17 . ПМИД 15012383 .
- ^ Сасаки-Фукацу К., Кога Р., Нико Н., Ёсидзава К., Касаи С., Михара М. и др. (ноябрь 2006 г.). «Симбиотические бактерии, ассоциированные с желудочными дисками человеческих вшей» . Прикладная и экологическая микробиология . 72 (11): 7349–7352. Бибкод : 2006ApEnM..72.7349S . дои : 10.1128/АЕМ.01429-06 . ПМЦ 1636134 . ПМИД 16950915 .
- ^ Человеческая ДНК, извлеченная из гнид древних мумий, проливает свет на южноамериканское происхождение . SciTechDaily, 28 декабря 2021 г. Источник: Университет Рединга.
- ^ Бенуа Ж.Б., Аттардо Г.М., Бауманн А.А., Михалкова В., Аксой С. (январь 2015 г.). «Аденотрофное живорождение у мух цеце: потенциал для контроля над популяцией и как модель лактации у насекомых» . Ежегодный обзор энтомологии . 60 (1): 351–371. doi : 10.1146/annurev-ento-010814-020834 . ПМЦ 4453834 . ПМИД 25341093 .
- ^ Лэнгли, Пенсильвания (декабрь 1977 г.). «Физиология мух цеце (Glossina spp.) (Diptera: Glossinidae): обзор» . Бюллетень энтомологических исследований . 67 (4): 523–574. дои : 10.1017/S0007485300006933 . ISSN 1475-2670 .
- ^ Денлингер Д.Л., Ма В.К. (июнь 1974 г.). «Динамика цикла беременности у цеце Glossina morsitans». Журнал физиологии насекомых . 20 (6): 1015–1026. дои : 10.1016/0022-1910(74)90143-7 . ПМИД 4839338 .
- ^ Аттардо Г.М., Тэм Н., Паркинсон Д., Мак Л.К., Занле XJ, Аргуэльес Дж. и др. (сентябрь 2020 г.). «Интерпретация морфологических адаптаций, связанных с живорождением мухи цеце Glossina morsitans ( Вествуд ), посредством трехмерного анализа» . Насекомые . 11 (10): 651. doi : 10.3390/insects11100651 . ПМЦ 7650751 . ПМИД 32977418 .
- ^ Аксой С (октябрь 1995 г.). «Wigglesworthia gen. nov. и Wigglesworthialossinidia sp. nov., таксоны, состоящие из ассоциированных с мицетоцитами первичных эндосимбионтов мух цеце». Международный журнал систематической бактериологии . 45 (4): 848–851. дои : 10.1099/00207713-45-4-848 . ПМИД 7547309 .
- ^ Вайс Б.Л., Рио Р.В., Аксой С. (сентябрь 2022 г.). «Микробный профиль: Wigglesworthialossinidia : вторая половинка мухи цеце» . Микробиология . 168 (9). дои : 10.1099/mic.0.001242 . ПМЦ 10723186 . ПМИД 36129743 .
- ^ Юнгханс А., Холм С., Шу М.Ф., Соренсен А.Б., Уль Г., Бильде Т. (октябрь 2017 г.). «Чрезвычайная материнская забота и неравное участие в задачах не состоящих в браке самок у совместно размножающегося паука» . Поведение животных . 132 : 101–107. дои : 10.1016/j.anbehav.2017.08.006 .
- ^ Куэте MT, Блетц MC, ЛаБумбард BC, Вудхэмс, округ Колумбия, Блэкберн, округ Колумбия (май 2023 г.). «Родительская забота способствует вертикальной передаче микробов у червяг, питающихся кожей и прямо развивающихся» . Микробиом животных . 5 (1): 28. дои : 10.1186/s42523-023-00243-x . ПМЦ 10184399 . ПМИД 37189209 .
- ^ Перейти обратно: а б Вайнфуртер К.Д., Штукерт А.М., Мускарелла М.Е., Перальта А.Л., Саммерс К. (июнь 2023 г.). «Доказательства существования парабазального кишечного симбиота у головастиков ядовитых лягушек, питающихся яйцами, в Перу» . Эволюционная биология . 50 (2): 239–248. Бибкод : 2023EvBio..50..239W . дои : 10.1007/s11692-023-09602-7 . ISSN 0071-3260 .
- ^ Маседо Р.Х., Мачадо Дж., ред. (2014). Половой отбор: перспективы и модели Неотропов . Амстердам; Бостон: Эльзевир, AP. ISBN 978-0-12-416028-6 . OCLC 854749429 .