生物发光细菌和夏威夷短尾鱿鱼已经形成了长期互利的关系。宾夕法尼亚州立大学的研究人员在一项新的研究中详细介绍了细菌是如何通过细胞信号和环境信号协调它们的行为来定居乌贼的。
一篇描述这项研究的论文发表在《eLife》杂志上。研究人员还表明，他们所描述的机制可能在广泛的细菌中广泛存在，并且理解细胞信号的这种协调对于理解细菌如何更普遍地在宿主中定植非常重要。
“我们研究的细菌，被称为费氏弧菌，与许多不同的海洋宿主有关，但它与夏威夷短尾乌贼的关系是最好的特征，”宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院生物化学和分子生物学副教授、研究小组的负责人蒂姆·宫史罗说。
鱿鱼有一个特殊的发光器官，藏在它们的外套下面，被细菌占据。这种细菌的发光被认为有助于在乌贼被潜在的捕食者从下面看到时伪装自己。反过来，这些细菌从鱿鱼那里获得营养来支持它们的生长。然而，鱿鱼的发光器官中并没有与生俱来的细菌。环境中的细菌必须在乌贼孵化后进入感光器官。
Miyashiro说:“细菌在光器官中的行为已经被表征，但是允许细菌首先在鱿鱼中定居的细胞机制仍然知之甚少，所以我们开始研究细菌是如何开始定植的。”
在光器官内部，细菌的行为是通过“群体感应”来协调的。细菌释放的信号分子随着细菌数量的增长和密度的增加而浓度增加。当有足够的细菌存在时——当达到一定数量时——一个信号通路被激活，细菌将开始产生生物发光，它们的移动能力被抑制。在定植光器官之前，细菌也会形成大量的细胞聚集，但如果群体感应途径被激活，它们可能没有足够的运动能力进入光器官。
“所以，问题是，当细菌在鱿鱼外面形成这些大聚集体时，它们是如何避免群体感应途径的，而是启动促进定植的行为?”’”宫城说。“我们看到的是，聚集途径激活了一种小RNA分子的产生，这种小RNA分子通常被群体感应抑制。因此，当导致聚集的信号通路在鱿鱼外部被激活时，RNA分子就会被表达，这使得细胞能够绕过群体感应，保持运动和黑暗。”
这种被称为qrr1的小rna是群体感应途径的一部分，它抑制细菌产生生物发光的能力，并促进运动，直到达到群体数量。当达到一定数量时，Qrr1的表达随后被关闭。
“Qrr1也被证明对促进殖民很重要，”Miyashiro说。“你可能会认为Qrr1在聚集过程中会被抑制，就像在群体感应过程中一样，但事实并非如此。因此，我们进行了一系列旨在表征聚集过程中Qrr1表达的分子控制的实验。”
研究人员表明，Qrr1可以被一种转录因子激活——一种控制细胞中基因何时何地被激活的蛋白质——这种转录因子也控制着参与聚集的基因。转录因子-一种被称为SypG的蛋白质-与通过群体感应途径调节Qrr1的蛋白质相似，这种相似性使SypG在定植过程中促进Qrr1在聚集体中的表达，并确保Qrr1在进入光器官后不表达，从而允许生物发光。
Miyashiro说:“这种控制Qrr1表达的复杂调控结构允许它发挥这两个重要作用，并帮助协调从定植到生物发光的行为转变。”“当我们观察包括费氏弧菌在内的细菌家族时，我们看到非常相似的结构，这向我们表明，这种类型的协调可能对许多共生细菌很重要。”
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