深海鱼类的发光细菌揭示了进化的“第三类”共生关系

你可能会从热门电影“海底总动员”的戏剧性外观中认出琵琶鱼，因为它几乎是小丑鱼马林鱼和蓝塘鱼Dory的消亡。它的大部分时间都生活在距海洋表面1000多米的完全黑暗中。雌性琵琶鱼在它们的额头上运动着一个发光的诱饵，基本上是一个灯泡，它的末端有生物发光细菌。发光诱饵吸引鱼类的猎物和潜在配偶。

尽管它最近声名鹊起，但人们对琵琶鱼及其与这些明亮细菌的共生关系知之甚少，因为鱼很难获得和研究。

科学家们第一次测序并分析了生活在琵琶鱼鳞茎中的细菌的基因组。这些细菌来自墨西哥湾收集的鱼类标本。

研究人员在一项发表在mBio期刊上的新研究中报告了他们的发现。分析显示，细菌已经失去了在水中自由生活所需的一些基因。这是因为鱼类和细菌形成了一种紧密的，互利的关系，细菌在这里产生光，而鱼则为微生物提供营养。

康复大学微生物学助理教授兼论文的第一作者托里·亨德利说：“这个具体例子的特别之处在于，我们看到这种演变仍在进行中，尽管鱼类本身已经在大约1亿年前进化。”“细菌仍在失去基因，目前还不清楚为什么。”

生物体和细菌之间的大多数已知共生关系介于宿主和自由生活细菌之间，这些细菌不会进化以维持共生，或宿主和细胞内细菌生活在宿主细胞内并通过其基因组大幅减少演化。

琵琶鱼中的细菌内部的细菌代表了第三种类型的共生关系，其中初步数据表明这些细菌可能从琵琶鱼球茎移动到水中。“这是我们对共生共识的一种新范式;这是第三种类型的情况，即细菌实际上并没有被它们的宿主困住，但它们正在进化，”亨德利说。

基因测序表明，与自由游泳亲属相比，这些琵琶鱼生物发光细菌的基因组减少了50%。细菌已经失去了大部分与制造氨基酸和分解除葡萄糖以外的营养相关的基因，这表明鱼可能为细菌提供营养和氨基酸。

同时，细菌保留了一些在宿主外的水中有用的基因。它们有完整的通道可以制作鞭毛，用于在水中移动的螺旋形尾部。细菌已经失去了大部分涉及感染环境中化学信号的基因，可能会导致食物或其他有用的化合物，尽管还有一些仍然存在，留下了他们仍然响应的一部分化学物质。“他们被削减到他们关心的事情，”亨德利说。