Микробиом плодовых мушек формирует их эволюцию
Исследователи из Пенсильванского университета обнаружили, что добавление разных видов микробов в пищу плодовых мушек (Drosophila melanogaster) привело к генетическому расхождению популяций. Значительные геномные изменения накопились всего за пять поколений.
«Наша работа убедительно свидетельствует, что состав микробного сообщества, по крайней мере отчасти, определяет, как эволюционируют организмы, в которых они живут», — говорит биолог Пол Шмидт, старший автор работы в журнале PNAS.
Эксперимент проводился на открытом воздухе, в условиях, близких к естественным, что усиливает значимость результата, несмотря на влияние внешних факторов (погода, сезонные изменения).
«Мы просто изменили относительное содержание этих микробов в рационе мух, и этого было достаточно, чтобы увидеть эффект», — отмечает Шмидт.
Исследователи использовали плодовых мух, так как их микробиом относительно прост (около 100 видов), поколение сменяется быстро, а популяции можно выращивать до огромных размеров (сотни тысяч особей в эксперименте).
Предпосылки и дизайн эксперимента
Из предыдущих работ было известно, что микробиом связан с изменениями приспособленности мух:
- Северные популяции (больше бактерий Lactobacillus) — живут дольше, меньше яиц, более устойчивы к стрессу.
- Южные популяции (больше бактерий Acetobacter) — короче жизнь, больше яиц, менее устойчивы к стрессу.
Чтобы проверить, могут ли микробы управлять эволюцией целых популяций, ученые поместили по тысяче мух в несколько уличных сетчатых вольеров (2 м³). В пищу в некоторых вольерах добавляли либо Acetobacter, либо Lactobacillus.
Результаты
Кормление незначительно, но изменило микробиом мух. Этого хватило, чтобы повлиять на их гены. Сравнение геномов в начале и после пяти поколений выявило отчетливые изменения в частоте определенных аллелей, соответствующие картине в природных популяциях.
«Мы обнаружили, что аллель, более распространенный в вольерах с Lactobacillus, также чаще встречается на севере, где больше самого Lactobacillus. А аллель, более распространенный в вольерах с Acetobacter, также чаще встречается на юге, где больше Acetobacter», — объясняет ведущий автор Сет Радман.
Вывод и перспективы
«Суть в том, что микробы вызывают быструю адаптацию», — заключает Шмидт.
В будущих работах ученые планируют:
- Проверить, влияют ли генетические изменения мух на состав их микробиома.
- Более глубоко изучить механизмы влияния измененного микробиома на организм-хозяина.