8284_8448사회적 진딧물식물 조직의 형태곤충둥지가 적에 의해 파괴 될 때바카라 유충8590_8636 | 다량의 응고 된 유체를 바카라하여 구멍을 차단합니다
바카라 유충의 체액은 특수한 혈액 세포로 채워지며, 방출되면 세포가 무너지고 일련의 화학 반응이 시작됩니다 먼저, 방출 된 지질 성분은 빠르게 고형화되고 체액이 뒤 따릅니다멜라닌 화및 단백질브리지강한 갈색 고형 물질을 형성하는 것이 발생합니다 다시 말해, 바카라 유충은 신체 표면에 상처를 차단하는 딱지의 형성 메커니즘을 크게 향상시켜 외부에 매우 높은 응고 활동을 갖는 다량의 신체 유체를 방출하여 독특하고 정교한 사회적 행동의 메커니즘을 드러 냈습니다
이 결과는 곤충 물집 수리라고 불리는 바카라 진딧물의 사회적 행동의 전반적인 분자 메커니즘을 보여 주며 곤충의 놀라운 생물학적 기능과 사회적 행동의 진화를 이해하는 데 중요한 통찰력을 제공합니다
이 성과에 대한 자세한 내용은 2019 년 4 월 15 일 (Eastern Time) 이후 미국 학술 저널을 참조하십시오National Academy of Sciences USA의 절차에 온라인으로 게시되었습니다 (국립 과학 아카데미의 절차)
지구상의 다양한 생물은 각각의 환경에 적응하고 서로 상호 작용함으로써 진화했습니다 그 과정에서 등장한 생물학적 기능 중에는 독특하고 고도의 정교한 기능이 많이 있으며, 기본 생물학적 세계에서도 흥미로울뿐만 아니라 새로운 기능이 있습니다생물학적 활성 물질YA MedicineLED 화합물그러나 지금까지 발견되고 사용 된 생물은 존재하는 방대한 양의 생물 다양성과 비교할 때 빙산의 일각이며 여전히 탐험의 여지가 많이 있습니다
Aitoken Biological Process Research Division Division은 다양한 곤충, 공생, 기생충 및 사회성에 중점을 두지 않았습니다작동와 같은 유기체 간의 진보 된 상호 작용을 포함하는 생물학적 현상에 초점을 맞추고 있으며 다양한 생물학적 기능을 명확하게하기 위해 노력하고 있습니다 전 세계에는 약 5,000 종의 진딧물, 식물 해충, 그리고이 종 중 약 80 종이 꿀벌, 개미 및 흰개미와 같은 사회에 살고 있습니다 이러한 사회적 진딧물에서, 그룹 (식민지)의 일부를 형성하는 바카라 애벌레는 식민지 방어 및 둥지 유지와 같은 사회적 행동에 참여하여 동료들이 생존하고 번식하도록 돕습니다 많은 사회적 진딧물은 식물 조직을 확대, 변형 및 재배하여 특수 구조로 벌레를 형성합니다 곤충은 외국의 적의 침략을 방지하고 식물도 포함합니다여성 파이프 액체흡연으로 사는 진딧물을위한 고품질 식품 공급원입니다 바카라는 벌레를 형성하는 사회적 진딧물에 대한 일련의 연구를 수행했습니다 (AIST : 바카라 룰 바카라,AIST : 곤충에 의한 안전한,AIST : 로투스 바카라은 식물의 본질을 수정하여 궁극적 인 ")
Monzenis 진딧물은Islander(그림 1A-C) 식물 조직으로 구성된 곤충이 우디가되어 매우 강력한 둥지가되지만 봄에는 식물 조직에서 여전히 얇고 부드럽기 때문에 나방 유충과 같은 외부 적 곤충에 의해 공격을 받고 먹습니다 대조적으로, Monzenis 진딧물은 동일합니다1st Instar의 바카라 애벌레는 즉시 벌레에서 나와 입으로 공격하고 입으로 적을 찌르고 다른 바카라들은 속이 빈 근처에서 모여 몸의 꼬리 끝에서 많은 양의 밀키 체액을 방출하고 다리로 저어주고 구멍을 채 웁니다 분비 된 액체는 점차적으로 고화되고 구멍이 완전히 차단된다 (도 1d-F) 곤충 물집은 위험한 행동이며, 개인은 비밀 액체에 묻히거나 곤충 물집 외부에 남아있는 사람들은 죽습니다 다른 사람들은 또한 유동적 인 분비로 인해 신체의 대부분을 잃고 나중에 자라거나 자랄 수 없어서 그들의 삶을 축소 한 유충으로 남겨 둡니다 그런 다음 벌레의 병사들은 계속해서 벌레 조직을 자극하여 식물 세포의 성장을 촉진하고 약 한 달 후에 벌레 벽이 완전히 재생됩니다 이 일련의 행동은 자기 희생 곤충 치료법이라고 불 렸으며, 진딧물이 식물 상처를 치료하는 흥미로운 현상으로보고되었습니다 (AIST : 곤충에 의한 안전한 바카라 사이트 조직 복구 및) 그러나 병사들이 분비 한 체액에 어떤 종류의 물질이 포함되어 있는지, 왜 강화되는지는 확실하지 않았으므로 우리는 지금 이것을 명확히하기 위해 노력해 왔습니다
이 연구 중 일부는 교육 문화, 스포츠, 과학 및 기술 과학 연구 부 (18K06373)와 공공 관심사 신탁 인 Hayashi Women 's Natural Scientists Research Grant Fund에 대한 연구 보조금과 함께 수행되었다
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| 그림 1 : Monzenius 진딧물로 곤충 물린 수리 |
| (a) 바카라 애벌레와 성인 곤충 (b) 곤충 (c) 곤충 물기 내부 (d) 유체 분비 직후 바카라 유충 (e) 바카라 유충의 스캐닝 전자 미세한 이미지 화살표는 분비 된 유체를 나타냅니다 (f) 분비 체액으로 인한 곤충 물집 (화살)의 흉터 응고 된 분비액은 어두워졌습니다 |
이번에는 Monzenius Aphids, 특히 분비 유체의 응고 메커니즘에 의해 형성된 곤충 물기의 복구에 관여하는 분자 메커니즘을 명확히하기 위해 다양한 실험이 수행되었습니다
먼저, 우리는 분비 유체의 단백질 성분을 조사한 결과, 약 6 개의 주요 단백질 만 있다는 것을 발견했으며 (그림 2A), 이들은 분비 유체의 응고에 관여한다고 생각되었다 자세한 분석에서, 이것들입니다페놀 산화 효소멜라닌 합성에서 중요한 역할을하는 효소 (RCP :repeat-ContainingPRotein) 및 지방산 신타 제인 것으로 밝혀졌습니다 또한, 분비 유체는 페놀 옥시 다제의 활성이 매우 높으며, 분비 유체는 시간이 지남에 따라 멜라닌 화을 진행하고 갈색이된다 (도 2B) 이러한 결과는 페놀 옥시 다제가 분비 응고에서 중요한 역할을하는 것으로 보인다
RCP는 8 개의 아미노산의 반복 서열을 가지고 있습니다비밀 단백질, 상이한 수의 반복 서열을 갖는 2 개의 상이한 RCP (도 2A, 밴드 4, 6)가 종종 한 벌레로부터 바카라 분비 유체에서 발견되었으며, 또한 상이한 웜으로부터 각각의 식민지에 대해 상이한 수의 반복 서열이 검출되었다 (도 2C)
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| 그림 2 분비 유체의 단백질 성분의 분석 |
| (a) 바카라 분비 유체의 단백질 전기 영동 밴드 5는 페놀 옥시 다제이고, 밴드 4 및 6은 반복 서열을 함유하는 단백질이고, 밴드 3은 지방산 신타 제이다 밴드 1과 2는 식별되지 않습니다 (b) 수리 직후에서 6 시간으로 분비 유체의 멜라닌 화 (c) 8 개의 곤충 물집 (A-H)에서 유래 한 바카라 분비액의 단백질 전기 영동 RCP의 반복 서열 (밴드 4, 6)의 수는 한 벌레와 다른 웜마다 상당히 달랐다 |
곤충 멜라닌 합성 경로에서, 일반적으로티로신| 페놀 산화 효소라고하는 아미노산dopa로 변환됩니다 그런 다음 산화 및 중합과 같은 복잡한 반응을 겪고 최종 생성물 멜라닌을 생성합니다 진딧물 바카라 분비 유체의 아미노산 분석은 티로신이 매우 높은 농도로 존재하여 총 아미노산의 대략 3/4를 차지하는 것으로 나타났습니다 (그림 3) 다시 말해, 바카라의 체액은 멜라닌 합성 (페놀 산화 효소) 및 기질 (티로신)에 관여하는 많은 양의 효소를 포함하는 것으로 밝혀졌다
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| 그림 3 분비 유체의 유리 아미노산 조성 |
| 바카라 분비물의 티로신 농도는 총 아미노산의 759%를 차지하는 317 ± 55 mmol (mm)이었다 (총 아미노산 농도는 418 ± 70 mm) 가축성 축은 아미노산의 비율과 수직 축에서 %의 풍부도를 보여줍니다 그래프는 각 9 개의 시편의 평균 ± 표준 편차를 보여줍니다 |
바카라 애벌레의 Hisological 관찰은 바카라의 복부 캐비티가 수많은 세포 내 과립을 함유하는 독특한 거대 세포 (거대한 과립 세포)로 채워져 있음을 밝혀 냈습니다 완충액에서 바카라 유충에 의해 분비 유체가 방출되었을 때, 많은 양의 거대한 과립 세포가 몸 밖에서 방출 된 후 파열되었다 (도 4A, B) 또한, 투과 전자 현미경에 의해 거대한 과립 세포의 세포질에서 수많은 소포가 관찰되었다 (도 4C) 이들 소포는 분비 유체의 응고에 관여하는 물질을 저장하는 것으로 추측되었으며, 거대한 과립 세포는 벌레를 복구하는 데 특화된 세포라고 강력하게 제안되었다
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| 그림 4 바카라 애벌레의 복강에 존재하는 거대한 과립 세포 |
| (a) 완충액에서 분비물을 방출하는 바카라 진딧물 신체로 방출 된 거대한 과립 세포는 흰색 과립으로 보입니다 (b) (a)의 거대한 과립 세포의 확대 된 견해 (c) 거대한 과립 세포의 전자 전자 미세한 이미지 |
Monzenis Aphid의 거대한 과립 세포의Transcriptome Analysis수행되었고, 많은 양의 페놀 산화 효소 및 RCP 유전자가 발현되었다 다른 진딧물 및 다른 곤충에서, 페놀 옥시 다제는 혈액 세포에 의해 생성되며, 이는 거대한 과립 세포가 특수 혈액 세포 일 수 있음을 시사한다 또한, 거대한 과립 세포에서, 지질 합성에 관여하는 많은 유전자의 발현이 증가 하였다 분비 유체의 화학적 분석은 고농도를 제공합니다Triglyceride검출되었고, 그 풍부는 거대한 과립 세포의 소포로부터 유래 된 것으로 생각되었다 (도 4C,도 5A) 세포 내 세포, 액체 트리글리세리드가 신체 및 세포 파열로 바카라되도록 고형화되는 것으로 추측되었다
다양한 분석에 따르면 페놀 옥시 다제는 거대한 과립 세포 내에 국소화되는 반면, RCP는 세포 내 분비되고 혈액 림프에 존재한다는 것이 밝혀졌다 (도 5A) 시험관의 페놀 산화 효소재조합 단백질, 재조합 RCP 단백질 및 티로신이 혼합 될 때, 반응 용액은 멜라닌이되어 응고를 초래하고, RCP를 가교하여 중합체를 형성 하였다 (도 5D) 이러한 결과로부터, 바카라 분비 유체로 벌레를 복구하는 과정에서, 체액이 분비 될 때, 거대한 과립 세포 파열 및 지질 (트리글리세리드)은 먼저 빠르게 응고합니다 이 시점에서 페놀 옥시 다제가 활성화 될 것으로 추측된다 이어서, 체액이 멜라니 화에서 진행함에 따라, 단백질은 멜라니 화 과정에서 발생하는 퀴논의 작용에 의해 가교된다 또한, 우리는 세포 잔기가 또한 관여하고 고체 응고 질량이 형성되는 분자 메커니즘에 대한 모델을 제안했다 (도 5A-C)
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| 그림 5 : 곤충 물린 수리에서 바카라 분비 유체의 응고 메커니즘 |
| (a) 유체 분비 전에 바카라 신체 내의 각 요인의 현지화에 대한 개략도 (b) 체액의 분비 후, 거대한 과립 세포가 파열되고 지질이 고형화된다 이 시점에서 페놀 옥시 다제가 활성화 될 것으로 추측된다 (c) 멜라닌 생산 공정 동안 발생하는 퀴논의 작용은 단백질이 서로 교차하여 세포 잔기를 얽히게하여 강한 응고 질량을 초래한다 (d) 시험관에서 실험 응고 재생 실험의 결과 생성 된 응고는 튜브의 측벽에서 관찰되었다 |
이번에는 몬제니우스 진딧물의 바카라 애벌레가 곤충 물집으로부터 상처를 복구하기 위해 몸에서 극도로 응고되는 많은 양의 체액을 방출하는 메커니즘을 명확히했습니다 진화 과정에서, 병사 유충에 대한 유체 응고의 메커니즘 (딱지 형성)은 자신의 신체 표면에서 상처를 치유하기위한 유성 유충의 메커니즘이 증가 된 멜라닌 합성 활동, 타이 로신의 대량 축적 및 대량의 복합체의 질량 축적을 통해 분자, 세포 및 대사 수준에서 향상되었으며, 새로운 기능을 습득하여 새로운이 biologic blow resought를 획득 한 것으로 밝혀졌다
티로신은 일반적으로 불충분하게 가용성이 없으며, 바카라 유충의 분비 된 액체에 고농도로 어떻게 축적되는지는 불분명합니다 앞으로, 우리는 결합 단백질 검색을 포함하여 Monzenis 진딧물 병사 내에서 티로신의 가용화 메커니즘을 조사 할 것입니다
종이 이름 : 사회 방어를위한 타고난 면역의 과장 및 협력
저자 : Kutsukake Mayako1, Moriyama Minoru1, 2, Shigenobu hideharu3, Meng Kenhing1, Nikawa Naruo4, Noda Chiyo5, Kobayashi Satoru6, Fukatsu Takema1, 7, 8
제휴 : 1 생물학적 프로세스 연구 부서, 국립 고급 산업 과학 기술 연구소, 2 생물학적 시스템 빅 데이터 분석 오픈 혁신 실험실 (CBBD-Oil), 3 생물학적 기능 분석 센터, 기본 생물학 연구소, 4 Okazaki Integrated University, 6 (Tara), 7 도쿄 대학교 과학 대학원, 8 쓰쿠바 대학교 생활 환경 과학 대학원
잡지 이름 :National Academy of Sciences USA의 절차(국립 과학 아카데미의 게시판)
doi : 101073/pnas1900917116