Language
banner

Блог

Дом > Блог > Содержание
Aug 04, 2023

Скоординированные адаптации определяют онтогенетический сдвиг от червя.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 3287 (2023) Цитировать эту статью

1347 Доступов

93 Альтметрика

Подробности о метриках

Морские конусные улитки привлекают исследователей всех дисциплин, но на ранних стадиях жизни им уделяется ограниченное внимание из-за трудностей с доступом к молодым экземплярам или их выращиванием. Здесь мы документируем культуру Conus magus из яиц посредством метаморфоза, чтобы выявить резкие сдвиги в хищническом пищевом поведении между постметаморфической молодью и взрослыми особями. Взрослые особи C. magus ловят рыбу, используя набор паралитических пептидов яда в сочетании с крючковатым радулярным зубом, используемым для привязывания отравленной рыбы. Напротив, ранние молодые особи питаются исключительно многощетинковыми червями, используя уникальное поведение при поиске пищи «жаля и стебли», чему способствуют короткие радулярные зубы без зазубрин и особый репертуар ядов, вызывающий гипоактивность добычи. Наши результаты демонстрируют, как скоординированные морфологические, поведенческие и молекулярные изменения способствуют переходу от охоты на червей к охоте на рыбу у C. magus, а также демонстрируют молодых конусных улиток как богатый и неизведанный источник новых пептидов яда для экологических, эволюционных и биологических исследований.

На протяжении всей истории жизни эволюционные инновации позволяли развивающимся линиям приобретать новые функции, которые открывают экологические возможности и, во многих случаях, способствуют диверсификации1,2. Понимание того, как произошли эти переходы, может быть сложной задачей, поскольку наблюдаемые черты часто возникают в результате серии эволюционных изменений, которые в конечном итоге приводят к возникновению сложной черты3,4. Ядовитый аппарат морских конусных улиток (Gastropoda: Conidae) является примером эволюционных инноваций, которые развились посредством морфологических модификаций передней кишки5, способствуя обширному распространению этой группы с эоцена, при этом более 1000 современных видов распространены по всему миру6. Эта группа хищных брюхоногих моллюсков эволюционировала в рамках двухфазного жизненного цикла, при этом большинство видов вылупляются как свободно плавающие личинки, которые после метаморфоза становятся донными плотоядными молодью7,8. Питание хищников после метаморфоза основано на выделении мощных нейротоксинов (конотоксинов), секретируемых длинной трубчатой ​​ядовитой железой и вводимых через сильно модифицированные полые радулярные зубы9,10. Эта сложная стратегия питания позволила этим медлительным хищникам первоначально питаться червями, а в последнее время способствовала эволюционному переходу к охоте на моллюсков и рыб11,12.

Из-за недавнего и обширного облучения и множества вырабатываемых ими ядовитых пептидов конусные улитки привлекли интерес биологов-эволюционистов11, фармакологов13 и токсикологов14, но этот широкий интерес контрастирует с нехваткой литературы о ранних стадиях жизни. Наблюдения за молодью в полевых условиях затруднялись из-за их крошечных размеров, а их идентификация часто ограничивалась высоким морфологическим сходством между родственными видами15,16,17. С другой стороны, проблемы с выращиванием конусных улиток ограничили предыдущие исследования исследованием эмбриональных и личиночных стадий18,19,20,21. Из-за этих ограничений экология и биохимия молодых шишковидных улиток в значительной степени упускаются из виду. Это распространяется на широко изученные виды, такие как шишка фокусника (Conus magus Linnaeus, 1758), источник одобренного FDA анальгетика Prialt® (ω-конотоксин MVIIA)22. На основе препарированных экземпляров, пойманных в дикой природе, было высказано предположение, что C. magus претерпел переход от охоты на червей к охоте на рыбу во время онтогенеза23, но эмпирические данные отсутствуют из-за проблем с доступом к ранним стадиям жизни.

Здесь мы культивировали Conus magus от яйцевых капсул до вылупившихся личинок и путем метаморфоза до плотоядных молодых особей. Было замечено, что после метаморфоза молодые особи C. magus охотятся исключительно на многощетинковых червей, используя наследственно-подобные радулярные зубы и уникальный репертуар ядов, прежде чем во взрослом возрасте переключиться на охоту на рыбу. С помощью комбинации экспериментальных подходов мы демонстрируем, как переход от охоты на червей к охоте на рыбу в ходе онтогенеза характеризуется серией скоординированных изменений, охватывающих все уровни биологической организации. Наши результаты показывают, как выращенные в лаборатории образцы могут дать новое представление об экологии скрытных стадий жизни и подчеркнуть потенциал молодых конусных улиток как неиспользованного источника новых биологически активных пептидов яда, которые в противном случае были бы доступны только посредством захвата экзонов или секвенирования генома.

4 mm23. Additionally, the methods used for the identification of small specimens are not mentioned and the high morphological similarity between juvenile cone snails suggests the sampling could have included other species. The present study provides empirical evidence of strict vermivory in juvenile C. magus. The feeding behaviour of juveniles was initiated by extension of the proboscis which probed the surface of the worm in preparation for venom injection. After several minutes, a radular tooth held at the tip of the proboscis was stabbed into the worm and the proboscis rapidly withdrawn inside the rostrum, leaving the prey untethered. Envenomation induced hypoactivity in worm prey, characterised by the loss of normal swimming, hiding and escape behaviours. The snail then stalked its prey for several minutes before extending its rostrum and engulfing the worm whole (Supplementary Movie 2). Occasionally, worms were stung a second time. The same feeding sequence was observed in all juveniles from 10 dps, although histology and rapid shell growth between 6–10 dps suggest carnivory may have started earlier (Fig. 1d). This “sting-and-stalk” foraging behaviour was consistent with the juvenile radular tooth lacking apical barbs, blades and serrations (Fig. 4b; Supplementary Fig. 2a), as seen in wild-caught specimens23. The hooked accessory process and the basal ligament seen in the adult tooth were also absent. The juvenile radular tooth was short in absolute and relative length, measuring 69.7 ± 1.15 µm (n = 5) in length for a shell length (SL) of 1.71 ± 0.08 mm (n = 5) (4.1% of SL). It had a waist and a broad base with a wide opening, as typically seen in vermivorous species. Interestingly, similar teeth are also found in juvenile worm-27 and mollusc-hunters (Rogalski, A. et al., manuscript in preparation), indicating that this trait has been retained in early life stages across Conidae. Morphometric analyses confirmed similarity with radular teeth from vermivorous cone snails (Supplementary Fig. 3; Supplementary Data 1), and the presence of similar teeth in related conoidean lineages such as Mitromorphidae and Borsoniidae28,29 suggests this trait may be plesiomorphic within the group./p>4 kDa restricted to the adult VG (Fig. 5c; Supplementary Fig. 8a; Supplementary Data 4). Furthermore, the different MS patterns obtained from proximal and distal VG support the heterogenous distribution of conotoxins along the adult VG. While MALDI-MS is a useful technique for whole venom profiling, this approach suffers a number of limitations, including low dynamic range and ion suppression effects, preventing the detection of the full venom complexity58. To complement MALDI-MS, we additionally performed liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) on the juvenile and adult C. magus VG extracts. Considering the complexity of cone snail venoms and the typical mass range of conotoxins, only monoisotopic masses between 1–10 kDa and covering ≥0.1% of relative intensity were considered to facilitate ecological interpretation (Supplementary Data 4). A total of 123 masses (104 unique) were detected in the adult VG, while 92 masses (86 unique) were found in the juvenile VG. Comparison of mass lists revealed only a single mass (1438.01 Da) was shared between both venom proteomes, supporting the differences observed by MALDI-MS. While the juvenile VG proteome was largely dominated by peptides falling into the 1–2 kDa mass range (n = 53, 57.6% of masses), the adult VG proteome contained a large proportion of 4–6 kDa peptides (n = 48, 39% of masses) compared to juveniles (n = 10, 10.9% of masses) (Fig. 4d; Supplementary Fig. 8b)./p> 10-fold the tissue volume of RNA later (Invitrogen) and stored at –80 °C until extraction. The maternal VG was dissected and divided into proximal- and distal-regions of equal sizes to investigate spatial distribution of conotoxins along the VG and RNA extracted from fresh tissue. Three segments corresponding to proximal, central and distal regions were kept in a solution of 30% acetonitrile (ACN)/1% FA for proteomics, and two small segments (proximal and distal) were placed in 2.5% glutaraldehyde and processed for histology as described above. Total RNA was extracted from all samples using TRIzol (Invitrogen) following the manufacturer’s instructions to yield 0.4–2.72 μg of purified mRNA from each sample. The RNA quality and concentration were assessed on a 2100 Bioanalyzer using the RNA 6000 Nano kit (Agilent). Complementary DNA library preparation and sequencing were performed by the Institute for Molecular Bioscience Sequencing Facility (University of Queensland). Libraries were constructed using the Illumina Stranded mRNA Prep kit. Samples were pooled in a batch of 6 and 600-cycle (2 × 300 bp) paired-end sequencing was performed on an Illumina MiSeq instrument. Raw sequencing data have been deposited in the NCBI Sequence Read Archive under BioProject accession number PRJNA943605./p>
ДЕЛИТЬСЯ

Пред: Ожидается, что мировой рынок ортодонтических товаров будет расти в среднем на 7% в год.

Следующий: Разновидность

ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ