アブラムシの義務的内膜存在であるブフネラの進化的損失と交換

生物間の共生相互作用は、新しい生態学的ニッチを生み出します。たとえば、多くの昆虫は、この食事に欠けている必須栄養素を提供する母体が伝染した細菌の共生生物の助けを借りて、植物の頂上で生き残ります。共生パートナーは、多くの場合、系統の共進化的運命が相互依存している長期的な関係に入ります。厳密に母性伝達された義務的な共生生物は、遺伝的ドリフトとゲノム分解を経験し、共生機能を妥協し、宿主がこれらの赤字を補うことができない限り、宿主の適合性を低下させます。1つの進化的解決策は、機能的に無傷のゲノムを備えた新規共生生物の獲得です。ほぼすべてのアブラムシが古くから獲得した細菌内膜内膜アブジコラ（ガンマプロテオバクテリア）を宿しているのに対し、静脈膜種はブクネラを失い、代わりに細菌性胸肉植物からのいくつかの既知の昆虫の共生物に密接に関連する母体を伝達した共生生物を含んでいます。完全なゲノム配列は、共生生物が多くの先祖の遺伝子を失い、自由生活と共生バクテロイド類のそれの間にゲノムサイズの中間体をもたらしたことを示しています。Geopemphigus Symbiontは、ブフネラや他の昆虫共生のように、アミノ酸とビタミンの生合成経路を保持しています。Buchneraの進化的置換のこの症例は、共生の進化と機能的ゲノミクスをさらに理解する機会を提供します。

Symbiotic interactions between organisms create new ecological niches. For example, many insects survive on plant-sap with the aid of maternally transmitted bacterial symbionts that provision essential nutrients lacking in this diet. Symbiotic partners often enter a long-term relationship in which the co-evolutionary fate of lineages is interdependent. Obligate symbionts that are strictly maternally transmitted experience genetic drift and genome degradation, compromising symbiont function and reducing host fitness unless hosts can compensate for these deficits. One evolutionary solution is the acquisition of a novel symbiont with a functionally intact genome. Whereas almost all aphids host the anciently acquired bacterial endosymbiont Buchnera aphidicola (Gammaproteobacteria), Geopemphigus species have lost Buchnera and instead contain a maternally transmitted symbiont closely related to several known insect symbionts from the bacterial phylum Bacteroidetes. A complete genome sequence shows the symbiont has lost many ancestral genes, resulting in a genome size intermediate between that of free-living and symbiotic Bacteroidetes. The Geopemphigus symbiont retains biosynthetic pathways for amino acids and vitamins, as in Buchnera and other insect symbionts. This case of evolutionary replacement of Buchnera provides an opportunity to further understand the evolution and functional genomics of symbiosis.