Необычная эволюция генов у бактерий-симбионтов цикад

Исследователи из Университета Монтаны изучили уникальные бактерии, живущие внутри цикад с тех пор, как по Земле ходили динозавры — около 70 миллионов лет.

За это время бактерии претерпели экстремальную адаптацию к жизни в теле насекомых, потеряв от 95 до 97% своих генов. В результате у них сформировались одни из самых маленьких известных геномов, и они утратили способность жить вне цикад.

«Симбиотические комплексы цикад сильно отличаются от любых других известных организмов», — отметил аспирант Мэтт Кэмпбелл.

Многие насекомые существуют в тесной связи с полезными симбиотическими бактериями, которые производят незаменимые аминокислоты и витамины. Исследования UM подтвердили, что бактерии цикад выполняют именно эту функцию.

Изучая южноамериканский вид цикад, постдок Пиотр Лукасик обнаружил, что у многих видов одиночная симбиотическая бактерия эволюционировала в комплекс из нескольких различных типов бактерий внутри одного насекомого.

«В этом процессе отдельные бактерии потеряли множество генов и теперь зависят друг от друга, поскольку каждый тип содержит уникальные, необходимые гены, — пояснил Лукасик. — Разные типы должны работать вместе, чтобы обеспечить цикаду-хозяина аминокислотами и витаминами».

У другого вида цикад из восточной части США обнаружены десятки мелких, быстро эволюционирующих типов бактерий. Их индивидуальные геномы содержат мало узнаваемых генов, а распределены они по клеточным компартментам цикады не до конца понятным образом.

Исследователи полагают, что такая эволюция бактерий произошла случайно. Несмотря на то что это не оптимально для цикады, микроорганизмы теперь остаются с ней навсегда, так как насекомое зависит от них для выживания.

«Действительно, цикады с самым долгим жизненным циклом — это как раз те, у которых самые странные бактериальные симбионты», — заключил Лукасик.

Исследования опубликованы в статьях «Idiosyncratic Genome Degradation in a Bacterial Endosymbiont of Periodical Cicadas» (Current Biology) и «Multiple Origins of Interdependent Endosymbiotic Complexes in a Genus of Cicadas» (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America).