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Science:发现一种阻止同类相食的小肽---SELF-1

来源:本站原创 2019-04-08 07:22

2019年4月8日讯/生物谷BIOON/---线虫最喜欢吃的食物是它的幼虫,它必须非常小心,不要意外地吃掉自己的后代。在一项新的研究中,来自德国马克斯-普朗克发育生物学研究所的研究人员发现这些仅一毫米长的微小线虫如何能够将自己的后代与其他线虫的后代区分开来,从而避免同类相食(cannibalism)。他们发现Pristionchus属线虫通过一种复杂的机制来识别它的后代。这些线虫在它们的表面上携带着一种较小的高度可变的似乎可由线虫鼻子检测到的蛋白。这种蛋白的可变部分可能起到自我识别代码的作用,即便发生一个氨基酸的变化也会导致同类相食。相关研究结果发表在2019年4月5日的Science期刊上,论文标题为“Small peptide–mediated self-recognition prevents cannibalism in predatory nematodes”。
图片来自MPI f. Developmental Biology/ J. Berger, R. Sommer。

论文通讯作者、马克斯-普朗克发育生物学研究所首席科学家Ralf Sommer说道,“自我识别在动植物王国中随处可见。它处于众多生物过程---从单细胞生物的聚集到各种动物的社会性或攻击性行为---的核心,而且也是负责抵御病原体的人类免疫系统的关键部分。然而,尽管自我识别普遍存在,但是这类有机体自我识别在此之前并没有在线虫中描述过。”Sommer将Pristionchus属线虫建立为与著名的秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)进行比较研究的模式生物。

为了研究Pristionchus属线虫如何能够区分自我和非自我后代,这些研究人员进行了一系列实验来评估它们的猎物偏好性。在多个单独的实验中,他们给不同Pristionchus物种的成年线虫提供了它们自己的幼虫、秀丽隐杆线虫幼虫、不同Pristionchus物种的幼虫或它们自己物种内相关品系的幼虫作为猎物。

身体表面的信号

在所有实验中,成年线虫都避免攻击自己种系的幼虫;但是它们毫不犹豫地攻击秀丽隐杆线虫幼虫、亲缘关系较为密切的物种的后代,甚至是它们自己物种内不同品系的后代。即便将成年线虫与它们自己的幼虫和不同Pristionchus物种的幼虫进行混合培养,这些成年线虫也仅选择“非自我”后代作为猎物。论文第一作者James Lightfoot解释道,“这一发现排除了它们自己的幼虫被释放到环境中的类似信息素的物质,这是因为自我识别在混合培养时也完整无好地保留下来。”进食的成年线虫在吃猎物之前总是首先进行鼻子接触的观察结果进一步证实了这些决定性信号位于身体表面上。

通过靶向突变,Sommer及其团队能够鉴定出一个在区分“自我”和“非自我”方面发挥着重要作用的基因,他们恰当地将它命名为self-1。这个基因编码一个由63个氨基酸组成的小蛋白。这个蛋白的大部分是高度保守的,这意味着即便在亲缘关系较远的物种中,它们在这一部分也具有相同的氨基酸序列。

可变区域

然而,位于这个蛋白末端的一个小区域变化很大,即便在亲缘关系较近的Pristionchus pacificus线虫之间也存在明显差异。在突变实验中,交换这个区域中的单个氨基酸足以阻止自我识别,也并不能阻止同类相食。Sommer解释道,“因此,SELF-1似乎代表了一种 自我识别代码,并在线虫的整个生命周期内保持在它的身体表面上。”

然而,进一步的实验表明拥有物种特异性SELF-1蛋白并不是决定是否发起攻击的唯一信号。在通过基因改造让秀丽隐杆线虫幼虫装备上Pristionchus pacificus线虫的SELF-1蛋白后,Pristionchus pacificus成年线虫仍然能够攻击经过基因改造的秀丽隐杆线虫幼虫。Sommer 说道,“很明显,SELF-1是一种调节‘自我’和‘非自我’区分的更复杂机制的一部分。因此,Pristionchus pacificus线虫提供了一个理想的模型系统来研究这种自我识别背后的机制及其进化以及这种线虫在竞争环境中使用的策略。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

James W. Lightfoot et al. Small peptide–mediated self-recognition prevents cannibalism in predatory nematodes, Science (2019). DOI: 10.1126/science.aav9856
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