English
Symbiotické vztahy patří v přírodě k výrazným zdrojům evolučních inovací. Trvalým „ochočením“ endosymbiotických alfaproteobakterií vznikly mitochondrie, malé elektrárny v eukaryotických buňkách. Další zásadní endosymbiotickou inovací je získání plastidů (například chloroplast) u předka rostlin. Tyto organely nutné pro fotosyntézu vznikly pozřením sinice – bakterie z odlišné evoluční větve než dříve získané mitochondrie. Pokud si uvědomíme množství a diverzitu bakterií, jejich důležitost při vzniku symbiotických vztahů vůbec nepřekvapí. Počet bakteriálních buněk na naší planetě je mnohem vyšší než počet hvězd ve vesmíru a například lidské tělo obsahuje přibližně desetkrát více bakteriálních buněk než svých vlastních.
Richard Dawkins:
If you take the standard story for ordinary animals, what’s wrong with it, you’ve got a distribution of animals, you’ve got a promontory or an island or something so you end up with two distributions there, just geographical, and then on either side of this promontory you get different selection pressures so this one starts to evolve that way, this one starts to evolve that way and what’s wrong with that? It’s highly plausible, it’s economical, it’s parsimonious. Why on earth would you want to drag in symbiogenesis when it’s so unparsimonious and uneconomical?
Lynn Margulis:
Because it’s there.
Richard Dawkins:
Předpokládáme-li běžný stav u běžných živočichů, co je s ním špatně, představte si, že máte populaci zvířat; populaci rozdělíte překážkou (pohoří, ostrov, cokoli), takže skončíte se dvěma populacemi rozdělenými pouze geograficky. Na každé straně tohoto předělu jsou poté populace pod odlišnými selekční tlaky – jedna strana se začne vyvíjet jedním způsobem a druhá jiným. A co je na tom špatně? Je to vysoce pravděpodobné, ekonomické, parsimonní. Proč do toho chcete proboha zatahovat symbiogenezi, když je tak neparsimonní a neekonomická?
Lynn Margulis:
Protože tam je.
Úryvek z diskuse na oslavu 150. výročí publikace O vzniku druhů přírodním výběrem Charlese Darwina – dostupné na http://www.voicesfromoxford.com/news/margulisdawkins-debate/158. Trefně vystihuje, že symbióza je v přírodě všudypřítomná, přestože do biologických systémů vnáší někdy až směšně neuvěřitelnou složitost – jako v případě červců.
Obálka červnového čísla časopisu Cell s fotografií samice červce citroníkového (Planococcus citri). Článek okomentovaly odborné časopisy Nature Reviews of Microbiology a také Cell Host & Microbe; pozornost vzbudil i v dalších mezinárodních periodicích – popularizační komentáře vyšly v National Geographic, New York Times, Los Angeles Times nebo Scientific American. U nás jej představil ČRo Leonardo.
Symbiotické vztahy mohou v některých případech vést k zásadním změnám genomů hostitele i symbionta včetně ztráty genů symbionta i hostitele, výměny genetické informace (horizontální genový transfer, HGT) a spolupráce na výrobě esenciálních látek. Červnové číslo biologického časopisu Cell zveřejnilo práci, jejímž prvním autorem je student doktorského studia Přírodovědecké fakulty JU a Parazitologického ústavu AV ČR Filip Husník. Ve studii se mezinárodní tým vědců z Japonska, Velké Británie a USA vedený Johnem McCutcheonem z University of Montana zaměřil na horizontální přenos genů v symbiotickém systému červců.
Kresba: Laura Ross, archiv autorky
Životní cyklus červců
Červci (Insecta: Hemiptera: Sternorrhyncha: Coccoidea: Pseudococcidae) jsou škůdci rostlin s výrazným pohlavním dimorfismem (samice jsou velmi podobné nymfám a bezkřídlé, samci jsou okřídlení – viz obr. 1, 2, 3). Zástupci této hmyzí skupiny jsou často obaleni voskovými vlákny a sají výhradně rostlinnou šťávu, floém. Tato potrava je ale chudá na esenciální aminokyseliny. Ty si živočichové neumějí sami vyrobit, a proto musejí mít červci v těle bakterie, které jim tyto základní stavební kameny proteinů poskytují. Někteří zástupci této skupiny (například Planococcus citri, Planococcus ficus, Pseudococcus longispinus, Phenacoccus manihoti, Maconellicoccus hirsutus, Paracoccus marginatus, Phenacoccus solenopsis) jsou škůdci okrasných rostlin a hospodářských plodin teplejších oblastí – například citrusů, vinné révy, cukrové třtiny, papáji, ananasovníku, kávovníku, bavlníku a manioku. Škodu způsobují nejen sáním floému, ale také přenosem rostlinných virů a produkováním medovice, která je živnou půdou pro různé plísně.
Foto: Filip Husník, archiv autora
Fotografie samce a nymfálního stadia červce citroníkového
Červci jsou mezi hemipterním hmyzem unikátní symbiotickým systémem, bez něhož nejsou schopni přežít. Ve specializovaném orgánu zvaném bakteriom žijí uvnitř buněk červce symbiotické bakterie rodu Tremblaya. Současná představa je, že Tremblaya je ancestrální symbiont všech červců. Jedna podskupina červců (téměř celá skupina Pseudococcinae) hostí uvnitř těchto symbiontů navíc ještě další, intrabakteriální symbionty. Systém tak připomíná matrjošku. U studovaného druhu Planococcus citri byl tento symbiont pojmenován Moranella endobia podle největší postavy ve výzkumu hmyzích symbióz 21. století – americké evoluční bioložky Nancy A. Moran. Další zástupci červců (skupina Phenacoccinae) hostí v bakteriomu buď pouze symbionty rodu Tremblaya, nebo jiné druhy bakterií, které předchozí symbionty nahradily.
Foto: Tyuichi Koga, archiv autora
Fluorescenční in situ hybridizace bakteriomu červce citroníkového. Modře: jádra hmyzích buněk, červeně: Tremblaya princeps, zeleně: Moranella endobia.
Autoři studovali genetickou informaci z genomu a transkriptomu červců a jejich symbiotických bakterií. Pomocí sekvenace genomu symbionta Tremblaya phenacola z červce Phenacoccus avenae bez intrabakateriálních symbiontů ukázali, že získání intrabakteriálního endosymbionta vede k drastické redukci genomu jeho hostitele, tj. původního symbionta rodu Tremblaya. Ta má jeden z nejmenších osekvenovaných bakteriálních genomů (přibližně 120 genů, 139 tisíc párů bází) a mnoho proteinů pravděpodobně získává od svého symbionta. Celý symbiotický systém P. citri navíc doplňuje přenos nejméně 22 bakteriálních genů přímo do genomu červce. Tyto geny nepocházejí ani z jednoho ze současných symbiontů, ale z několika dalších bakterií, které se již v červcích nevyskytují. Geny v genomu hostitele tak prokazují historickou přítomnost těchto bakterií v systému. Přenesené geny jsou nutné především pro výrobu a metabolismus aminokyselin, B-vitaminů a peptidoglykanu – buněčné stěny symbiontů. Fungování trojčlenného symbiotického systému je tak závislé na genech z hostitele, dvou symbiontů a velkého množství původně bakteriálních genů přenesených do genomu červce.
Pro další výzkum nyní sháníme červce rodu Rhizoecus. Ti se velmi často vyskytují v kořenových systémech kaktusů – máte-li doma takto nakažené kaktusy, dejte vědět autorovi článku na filip@paru.cas.cz.
FILIP HUSNÍK,
Přírodovědecká fakulta Jihočeské univerzity,
Parazitologický ústav
Biologického centra AV ČR, v. v. i.