Böcek hücrelerinin içinde yaşayan simbiyotik bakteriler, tıpkı mitokondriye dönüşen eski mikroplar gibi, yüz milyonlarca yıl boyunca DNA’larının çoğunu kaybetmiştir.
Simbiyotik bakteriler, böceklerde bakteriyom adı verilen özel organların içinde yaşar. Bu resimde bitki zararlısının bir kesiti gösterilmektedir Callodictya krueperiüç mikrobu etiketleyen floresan problarla: Vidania (kırmızı), Sodaliler (sarı) ve Sulcia (yeşil)
Böcek hücrelerinin içinde yaşayan simbiyotik bakteriler, herhangi bir organizma için bilinen en küçük genomlara sahiptir. Bulgular, mitokondri gibi hücresel organeller ile doğadaki en basit mikroplar arasındaki ayrımı daha da bulanıklaştırıyor.
Polonya’nın Kraków kentindeki Jagiellonian Üniversitesi’nden Piotr Łukasik, “Bu son derece entegre ortakyaşamın nerede bitip bir organelin tam olarak nerede başladığını söylemek bence çok zor” diyor. “Bu çok bulanık bir sınır.”
Bitki zararlıları, tamamen bitki özsuyuyla beslenen ve simbiyotik bakterilerle olan eski bir ilişki sayesinde besinlerini tamamlayan böceklerdir. Milyonlarca yıl boyunca bu mikroplar, zararlıların karınlarındaki özel hücrelerin içinde yaşayacak ve zararlıların şekerli beslenmeyle elde edemediği besinleri üretecek şekilde evrimleşti. Bu bakterilerin birçoğu tamamen konakçılarına bağımlıdır ve genetik alet takımlarının atalarının boyutlarının çok küçük bir kısmına kadar bozulmasına izin vermiştir.
Łukasik ve meslektaşları bu bakteri-böcek ilişkisinin evrimi ve bu bakteri genomlarının ne kadar küçük olabileceğiyle ilgileniyorlardı. Ekip, 19 bitki zararlısı familyasından 149 ayrı böceği örnekleyerek böceklerin karın dokularından DNA çıkardı. Araştırmacılar, simbiyotik bakterilerin genomlarını yeniden yapılandırarak DNA’yı analiz edip sıraladılar. Vidania Ve Sulcia.
Bakteri genomları son derece küçüktü. Genom uzunluğu, genetik koddaki eşleştirilmiş “harflerin” dizisi olan baz çifti sayısıyla ölçülebilir. Bakteri genomları 181.000 baz çiftinden daha kısaydı. Karşılaştırma için, insan genomu milyarlarca baz çifti uzunluğundadır.
Bazıları Vidania genomlar yalnızca 50.000 baz çifti uzunluğundaydı; bu, herhangi bir yaşam formu için bilinen en küçük miktardı. Daha önce en küçüğü Nasuia100.000 baz çiftinin biraz üzerinde ölçülen, yaprak zararlısı adı verilen bitki zararlısı akrabalarının barındırdığı simbiyotik bir bakteri.
50.000 baz çiftinde, Vidania Genomlar, canlı olduğu kabul edilmeyen virüslerde bulunanlarla aynı ölçektedir: Örneğin, covid-19’un arkasındaki virüsün genomu yaklaşık 30.000 baz çifti uzunluğundadır. Bazıları Vidania Sadece 60 civarında protein kodlayan gen var; bu da kayıtlardaki en düşük sayılardan biri.
Bitki zararlıları, özel diyetlerini desteklemek için simbiyotik bakterilere güveniyor
Bakteriler yaklaşık 263 milyon yıldır böcek konakçılarıyla birlikte evrimleşiyor ve iki farklı bitki zararlısı grubunda bağımsız olarak son derece küçük genom boyutları geliştiriyor. Bu bakterilerin yaptığı birkaç şeyden biri, böcek dış iskeletlerinin yapımı ve güçlendirilmesi için kimyasal bir öncü olan amino asit fenilalaninini üretmektir.
Łukasik ve ekibi, böceklerin eskiden bakteriler tarafından sağlanan besinleri içeren yeni yiyecekleri yemesi veya daha fazla mikropun içeri girip bu rolleri devralması durumunda büyük gen kaybının meydana gelebileceğini düşünüyor.
Oldukça azaltılmış bakteriler, eski bakterilerden türeyen hayvan ve bitki hücrelerinin içindeki enerji üreten organeller olan mitokondri ve kloroplastları andırıyor. Simbiyotik bakteriler de benzer şekilde konakçı hücrelerde bulunur ve nesiller arasında aktarılır.
Araştırmada yer almayan, Austin’deki Texas Üniversitesi’nden Nancy Moran, “‘Organel’ sadece bir kelime, dolayısıyla birisi bunları tanıma dahil etmek isterse bu organelleri adlandırmam benim için sorun değil” diyor. “Ancak mitokondri veya kloroplastlardan farklılıklar devam ediyor.”
Mitokondri çok daha eskidir, 1,5 milyar yıl veya daha önce ortaya çıkmıştır ve genomları daha da küçüktür (yaklaşık 15.000 baz çifti).
Moran, “Bu ortakyaşarlar, mitokondri ve kloroplastlarda görüldüğü gibi organizmadaki çoğu hücrede değil, yalnızca özel konakçı hücrelerde yaşıyor” diyor.
Łukasik, bu bakterilerin ve mitokondrilerin, konakçılarına evrimsel bir “bağımlılık derecesi” üzerinde farklı yerlerde bulunduğunu düşünüyor. Daha küçük ortakyaşam genomlarının bile henüz keşfedilmediğinden şüpheleniyor.
