Бактеріальні спільноти різноманітних Дрозофіла Вид: Екологічний контекст модельної системи хост-мікроб

Співпрацювали в цій роботі з Джеймсом Ангусом Чандлером, Дженною Морган Ленг

Афілійований центр біології населення, Департамент еволюції та екології, Каліфорнійський університет, Девіс, Девіс, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки

Співпрацювали в цій роботі з: Джеймсом Ангусом Чандлером, Дженною Морган Ленг

Афілійований центр біології населення, Департамент еволюції та екології, Каліфорнійський університет Девіса, Девіс, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки, Центр геному UC Davis, Каліфорнійський університет Девіса, Девіс, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки, Департамент медичної мікробіології та Імунологія, Медичний факультет, Каліфорнійський університет, Девіс, Девіс, штат Каліфорнія, США, Департамент енергетики США, Інститут спільного геному, Волн-Крік, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки

Приналежність UC Davis Genome Center, Каліфорнійський університет, Девіс, Девіс, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки

Афілійований центр біології населення, Департамент еволюції та екології, Каліфорнійський університет Девіса, Девіс, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки, Центр геному UC Davis, Каліфорнійський університет Девіса, Девіс, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки, Департамент медичної мікробіології та Імунологія, Медичний факультет, Каліфорнійський університет, Девіс, Девіс, Каліфорнія, США, Департамент енергетики США, Інститут спільного геному, Уолн-Крік, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки

Джеймс Ангус Чандлер,
Дженна Морган Ленг,
Сріжак Бхатнагар,
Джонатан А. Айзен,
Артем Копп

Цифри

Анотація

Підсумок автора

Цитування: Chandler JA, Morgan Lang J, Bhatnagar S, Eisen JA, Kopp A (2011) Бактеріальні спільноти різноманітних видів дрозофіл: екологічний контекст модельної системи хост-мікроб. PLoS Genet 7 (9): e1002272. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002272

Редактор: Харміт С. Малік, Фред Хатчінсон, Центр дослідження раку, Сполучені Штати Америки

Отримано: 21 березня 2011 р .; Прийнято: 18 липня 2011 р .; Опубліковано: 22 вересня 2011 р

Це стаття з відкритим доступом, що розповсюджується згідно з умовами декларації Creative Commons Public Domain, яка передбачає, що після розміщення у загальнодоступному доступі цей твір може вільно відтворюватися, розповсюджуватися, передаватися, модифікуватися, будуватися або іншим чином використовуватися з будь-якою законною метою.

Фінансування: Ця робота була підтримана грантом NSF IOS-0815141 АК (www.nsf.gov), грантом Лабораторної програми досліджень та розробок від Національної лабораторії Лоуренса Берклі JAE (www.lbl.gov), Фондом Гордона та Бетті Мур грант № 1660 для JAE (www.moore.org) та Центру біології популяції UC Davis (www.cpb.ucdavis.edu). Деяка робота була проведена в Спільному інституті геному Міністерства енергетики США, який підтримується Управлінням науки Міністерства енергетики США за контрактом № DE-AC02-05CH11231 (www.jgi.doe.gov). Фінансисти не мали жодної ролі у розробці досліджень, зборі та аналізі даних, прийнятті рішення про публікацію чи підготовці рукопису.

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

Склад спільнот бактеріальних симбіонтів визначається як генотипом хазяїна, так і його раціоном. У мишей та плодових мух мутацій одного гена-хазяїна може бути достатньо для зміни складу мікробіомів [20], [21]. Взаємні трансплантації кишкових мікробіомів між даніо та мишами виявляють, що середовище проживання кишок цих господарів відбирається для різних спільнот [22]. Ці відмінності менші за коротші еволюційні часові шкали, оскільки види, що мають більш тісний зв’язок, часто мають більше подібних бактеріальних спільнот. Ця тенденція спостерігалася у смердючих клопів [23], термітів [24] та ссавців [12]. Дієта також відіграє важливу роль у формуванні бактеріального мікробіому кишечника у багатьох системах. Коли люди переходять на дієту з низьким вмістом вуглеводів з низьким вмістом жиру, їх кишкові спільноти переходять до більш високого відсотка типу Bacteroidetes [11]. Кишкові спільноти європейських та африканських популяцій людей формуються, принаймні частково, різними способами харчування [25].

D. melanogaster природним чином з’являється як модель взаємодії мікробів-господарів. Генетичні експерименти виявили деякі гени, що сприяють гомеостазу кишкової спільноти. Ген PIMS активно пригнічує імунну відповідь, коли мухи піддаються дії комменсальних непатогенних кишкових спільнот [26]. Подібним чином, зниження регуляції хвостового шару суттєво змінює цю бактеріальну спільноту, дозволяючи, як правило, рідкісним бактеріям збільшуватися в кількості [21]. Однак мало відомо про вплив бактерій кишечника на фізіологію дрозофіли. Аксенічні штами D. melanogaster життєздатні, принаймні на багатих середовищах. Хоча деякі дослідження припускали, що симбіонти кишечника збільшують тривалість життя D. melanogaster [27], інші дослідження не змогли відтворити цей ефект [21], [28]. Коменсальні бактерії можуть навіть впливати на вибір партнера у D. melanogaster в лабораторії [29], хоча еволюційне значення цього ефекту в дикій природі не ясне.

На відміну від нашого дедалі глибшого розуміння взаємодій дрозофіл і мікробів у лабораторії, про мікробні спільноти, пов’язані з природними популяціями дрозофіл, мало що відомо. В інших комах показано, що личинки, що вирощуються в лабораторіях, містять значно менше різноманітних бактеріальних мікробіомів, ніж їх дикі аналоги [30], [31]. Як повідомляється, лабораторні штами D. melanogaster переносять бактеріальні роди Lactobacillus, Acetobacter та Enterococcus [21], [27], [28], [32]. Хоча ці таксони присутні у більшості досліджень, існує також можливий «лабораторний ефект», коли різні лабораторії мають різні бактерії [28]. Багато однакових родів бактерій (хоча і не завжди однакових видів) виявлено в природних популяціях D. melanogaster на сході США [32], [33]. Однак, зважаючи на поширення дрозофіли у всьому світі та величезні зміни в екології дрозофіли, ці таксони можуть представляти лише незначну частину бактеріальних спільнот, пов’язаних з мухами в дикій природі. Краще знання цих спільнот необхідно для розуміння ролі симбіозу у фізіології дрозофіли, екології та еволюції.

Результати

Зведення даних

Зразки дрозофіли збирали за допомогою багатьох колег по всьому світу (див. Подяки, таблиця 1 та набір даних S1). Мух або промивали у стерильній воді (для видалення кутикулярних бактеріальних клітин), або розтинали, щоб отримати лише їх посіви та травні шляхи. Після екстракції ДНК проводили ампліфікацію рДНК-ПЛР за допомогою бактеріально-специфічних праймерів. Амплікони 16S рДНК клонували, трансформували та секвенували Сангер з обох кінців. Для 50% клонів два зчитування не перекривались, тому зв’язане зчитування було зроблено шляхом вставки символів пропуску в простір між двома зчитуваннями.