果蝇的微生物组塑造了它们的进化

“你就是吃什么”这个词已经具有了新的含义。在果蝇或黑腹果蝇的实验中，宾夕法尼亚大学的研究人员发现，在苍蝇的食物中添加不同种类的微生物会导致种群在遗传上发生分化，仅在五代中就会产生显着的基因组变化。

“我们的工作非常暗示微生物群落组成至少部分驱动了它们所生活的生物体是如何进化的，”宾夕法尼亚大学的生物学家，该作品的高级作者保罗施密特说，该文章刊登在PNAS期刊上。“事实上，我们可以在如此短的时间内完成的实验中看到这种效应，这表明微生物对健康影响的程度令人难以置信。”

与实验室实验不同，环境的每个可能方面都受到控制，从苍蝇本身的遗传到温度和饮食，为了放大治疗之间的差异，这组实验在宾夕法尼亚州宾夕法尼亚大学的Pennovation工厂进行。设置更接近自然，受天气，季节变化，甚至奇怪的蜘蛛或侵入外壳的污垢斑点。

Schmidt说，尽管存在这些外部因素的潜在影响，研究人员仍然发现微生物组的变化对苍蝇种群的基因组产生了重大影响，这使得这一发现更加引人注目。

他说：“我认为我们保留尽可能多的生态现实主义，而不是检测大的影响，这是公平的。”“我们只是在苍蝇的饮食中改变了这些微生物的相对丰富程度，这足以看出效果。”

Schmidt和博士后研究员Seth Rudman是该论文的第一作者，他利用了苍蝇与人类等其他生物相比具有相对简单的微生物群落的事实。

“如果你对哺乳动物微生物组进行调查，你在肠道中发现的许多细菌都是未知的，”鲁德曼说。“但果蝇的情况并非如此。只是果蝇的微生物群落中只有大约100种。”

果蝇对这类研究的其他好处包括它们的生成时间短 - 可以在几个月内研究几代 - 以及它们可以饲养到极高的种群规模。在这种情况下，这意味着每个实验中有数十万只苍蝇。

从早期的工作开始，科学家们就发现微生物组与苍蝇的适应性变化有关。来自更多北纬地区的苍蝇往往有更多的乳杆菌属细菌作为其微生物组的一部分，并且寿命更长，鸡蛋更少，更能忍受压力。另一方面，更多的南方种群往往含有更多的醋杆菌，它们的寿命更短，产卵更多，耐受性更差。实验室的工作表明，将苍蝇暴露于这两种细菌会引发这些相同的特征。

但微生物能否推动整个蝇群的进化?为了测试这一点，Schmidt，Rudman及其同事设计了一个实验装置来操纵苍蝇的微生物组。他们在几个室外网罩中引入了一千只苍蝇，大小为2立方米，装饰有地被和桃树。他们在一些围栏中改变食物，用醋酸杆菌或乳酸杆菌补充它。

研究人员证实，喂食改变了苍蝇的微生物组，尽管只是略微改变。然而，这足以影响他们的基因。将研究开始时的果蝇基因组与结论进行比较，经过五代，研究小组可以发现某些等位基因频率的明显变化 - 基因的一种变体 - 与已经看到的一致在苍蝇的自然种群中。

“我们发现在乳酸杆菌溶液笼中更常见的等位基因也是在北方更常见的等位基因，其中乳杆菌本身更常见，”Rudman说。“在Acetobacter笼子中更常见的等位基因也是在南方更常见的等位基因，其中醋杆菌更常见。”

对于研究人员来说，这一发现打击了微生物影响的重要性。

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