Nowe badanie sugeruje, że zakorzenione drzewo jest kluczem do zrozumienia ewolucji bakterii

Wyniki opublikowane w czasopiśmie Nauka Dzisiaj wyjaśniam, w jaki sposób połączenie pionowej linii i poziomy transfer genów można wykorzystać do wywnioskowania korzenia drzewa bakteryjnego i natury ostatniego wspólnego przodka bakterii.

Bakterie składają się z bardzo różnorodnych organizmów jednokomórkowych, które można znaleźć prawie wszędzie na Ziemi. Wszystkie bakterie są ze sobą spokrewnione i pochodzą ze wspólnej komórki bakteryjnej progenitorowej. Do tej pory kwestionowano kształt i położenie bakteryjnego drzewa życia, ale są one niezbędne, aby rzucić światło na wczesny rozwój życia na naszej planecie.

Podobnie jak u roślin i zwierząt, w genomach bakterii znajduje się wiele różnych genów. Jednak geny bakteryjne są dziedziczone nie tylko w pionie od matki do córki, ale także wymieniane w poziomie między odległymi członkami rodziny. Spośród wielu funkcji poziome zaangażowanie genetyczne prowadzi do szybkiego rozprzestrzeniania się oporności na antybiotyki wśród bakterii chorobotwórczych.

Połączenie pochodzenia pionowego i poziomego komplikuje nasz sposób myślenia o ewolucyjnych związkach między bakteriami, przy czym ta pierwsza jest lepiej reprezentowana jako drzewo, a druga jako sieć. Zespół zastosował metody genetyczne, które jednocześnie rozważały pionowe i poziome przenoszenie genów i odkrył, że geny przemieszczają się średnio w pionie średnio przez dwie trzecie czasu, co wskazuje, że drzewo zapewnia znaczące ramy do wyjaśnienia ewolucji bakterii.

Współautor Phil Hugenholtz z University of Queensland w Australii zauważył: „Przez lata ewolucję pionową i poziomą postrzegano jako przeciwników naukowców, którzy często wpadają w drzewo lub obóz sieci. Wyjaśniamy tutaj, że można je badać razem, aby odpowiedz na niektóre z najbardziej kłopotliwych pytań we wczesnej ewolucji ”.

„Superpozycja poziomego ruchu genów na pionowym drzewie„ gatunkowym ”pozwoliła nam określić najbardziej prawdopodobny korzeń drzewa oraz zawartość genetyczną ostatniego wspólnego przodka bakteryjnego (LBCA)”. Wyjaśnia współautorkę Gergely Szöllősi z Eötvös Loránd University, Węgry.

Analiza przewiduje korzenie między dwiema głównymi grupami, Terrabacteria (często bakterie jednobłonowe, takie jak Bacillus) i Gracilicutes (często bakterie dwubłonowe, takie jak E. coli). Kontrastuje to z niedawnymi propozycjami umieszczania filtra promieniowania Phyla (CPR) u podstawy drzewa. CPR to niezwykła mała bakteria, której przetrwanie zależy od innych komórek gospodarza.

„Nasze analizy wskazują, że CPR jest przedstawicielem Terrabacteria i siostrą swobodnie żyjącej Chloroflexota, co oznacza, że ​​zależność gospodarza od bakterii CPR jest raczej cechą pochodną niż przodkową” – powiedziała współautorka Anja Spang z Royal Netherlands Institute Badań Morskich (NIOZ) w Holandii.

Autorzy spekulują, że LBCA było bardziej złożone niż wcześniej sądzono, ponieważ miało komórkę z podwójną błoną zdolną do pływania, wykrywania otoczenia i obrony przed wirusami.

Dr Williams Wyjaśnił: „Bakterie mogą mieć jedną lub dwie błony komórkowe, a jednym z głównych pytań we wczesnym rozwoju jest to, w jaki sposób te dwa typy komórek są ze sobą powiązane. Nasza analiza wskazuje, że wspólny przodek wszystkich żywych bakterii miał już dwie błony, więc teraz pytanie brzmi: jak. ”„ Prostsze, pozornie jednobłonowe komórki wyewoluowały z komórek podwójnej błony i jak często zdarzało się to podczas ewolucji. Uważamy, że nasze podejście do integracji pionowego i poziomego transferu genów jest bardzo obiecujące dla odpowiadając na to i wiele innych otwartych pytań z biologii ewolucyjnej ”.

papier:

„Roots Evolution Solves Early Bacterial Evolution” Napisane przez Coleman GA, Daven AA, Mahinderragah T, Spang A, Hugenholtz B, Zollissi JG, Williams TE, opublikowane w Science.