父母告诉你不要过多吃糖是有原因的：吃太多对你不好。但一种被称为蚜虫的小吸树虫，尽管它们无法从零开始制造重要的营养物质，但在以糖为基础的饮食中，它们可以很好地存活下来。它们成功的关键是共生细菌，它们生活在蚜虫细胞内，并制造氨基酸，这是生长所需蛋白质的组成部分。在发表在《G3:基因、基因组、遗传学》(G3: Genes, genome, Genetics)上的研究中，加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的研究人员指出，细菌细胞(寄生于共生细菌的特定蚜虫细胞)，根据蚜虫所消耗的植物汁液的类型，有不同的DNA甲基化模式。DNA甲基化是一种调节基因表达的方式，不涉及对DNA序列本身的改变，这意味着基因可以根据环境因素“打开”或“关闭”。
博科园-科学科普：这项研究首次表明，共生昆虫细胞中的DNA甲基化模式与宿主植物的饮食有关。UCR的昆虫学助理教授Allison Hansen说，DNA甲基化的差异和基因表达的变化表明了蚜虫与其共生细菌之间共享的代谢途径。通过改变基因表达，蚜虫可以确保这些细菌拥有从富含糖分的饮食中产生必需营养素所需的成分。这项研究为蚜虫与共生细菌之间的密切关系提供了有趣的见解，因为蚜虫与共生细菌共同进化了大约1.5亿至2亿年。细菌细胞的DNA甲基化很可能使蚜虫与它们的寄生细菌共同生存，特别是当它们转换到不富含营养的植物汁液时。汉森和杜海普·金(Dohyup Kim)是UCR昆虫学系的一名博士生，也是这篇论文的第一作者。这对夫妇使用的是一种昆虫-微生物模型，包括豌豆蚜虫和细菌细菌。
加州大学河滨分校的研究人员首次证明共生蚜虫细胞中的DNA甲基化模式与宿主植物的饮食有关。图片：Daniel Villafruela
研究人员发现，与营养共生相关的关键蚜虫基因在低营养饮食中被细菌细胞激活。其中一种基因是用来制造一种能将氨重新转化为谷氨酸的蛋白质，这种蛋白质是细菌维持低氮饮食中的蚜虫所需的基本成分。另一种基因编码一种蛋白质，该蛋白质将谷氨酸胺转运到细菌细胞中，细菌可以利用这种蛋白质。在长期共同进化的动物微生物关系中，许多微生物与它们的动物宿主形成了共同的代谢途径，但这些过程是如何相互调节的仍然是个谜。”“我们的研究表明，通过DNA甲基化来调节表观遗传基因，是诱导这种调控反应的一种方式。然而需要做更多的工作来充分理解我们的观察。
可以从动画电影《海底总动员》中生动的画面中认出这条琵琶鱼，因为它几乎是小丑鱼马林鱼和蓝塘鱼多莉的死亡。它的大部分生命都生活在海面下1000多米的黑暗中。雌性琵琶鱼的额头上有一个发光的诱饵，基本上是一根杆子，末端有一个灯泡，那里有生物发光的细菌。发光的诱饵吸引猎物和潜在的伴侣。尽管最近名声大噪，但人们对琵琶鱼及其与这些亮菌的共生关系知之甚少，因为这种鱼很难获得和研究。科学家们第一次对生活在anglerfish灯泡中的细菌的基因组进行了测序和分析。这些细菌是从墨西哥湾采集的鱼类标本中提取的，研究人员在《mBio》上发表的一项新研究中报告了他们的发现。
在墨西哥湾捕获的雌性深海琵琶鱼。图片：Danté Fenolio
分析显示，这些细菌已经失去了在水中自由生活所需的一些基因。这是因为鱼和细菌形成了一种紧密的互利关系，在这种关系中，细菌产生光，而鱼为微生物提供营养。康奈尔大学微生物学助理教授、这篇论文的第一作者托里·亨德利说：这个特别的例子特别有趣的是，看到了证据，表明这种进化仍在进行中，尽管鱼本身在大约1亿年前就已经进化了。细菌仍在失去基因，原因尚不清楚。生物体和细菌之间的大多数已知的共生关系，要么是宿主细菌和不进化以维持共生关系的自由活菌之间的共生关系，要么是宿主细胞内的宿主和细胞内细菌之间的共生关系，通过进化，它们的基因组会大幅减少。
琵琶鱼鳞茎内的细菌代表了第三种共生关系，初步数据显示这些细菌可能会从琵琶鱼鳞茎转移到水中。这是我们理解共生关系的新范式；这是第三种情况，细菌实际上并没有和它们的宿主粘在一起，但它们正在进化。基因测序显示，与他们的自由游动的亲戚相比，这些角鱼发光细菌的基因组减少了50%。这些细菌失去了与制造氨基酸和分解除葡萄糖以外的营养物质有关的大部分基因，这表明鱼类可能为细菌提供营养和氨基酸。与此同时，这些细菌保留了一些在宿主外部的水里有用的基因。它们有完整的路径来形成鞭毛，在水中活动的螺旋尾。细菌已经失去了大部分与感知环境中的化学线索有关的基因，这些线索可能会导致食物或其他有用的化合物，尽管还有一些残留下来，留下了一部分它们仍能做出反应的化学物质。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《G3: Genes, Genomes, Genetics》,《mBio》｜研究/来自：加州大学河滨分校，康奈尔大学
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