Undersøgelse viser, at regenererende orme har genetisk kontrol over deres algepartnere

Splittende orme

Fordi holobiont er et relativt nyt koncept, er videnskabsmænd stadig ikke sikre på, hvad arten af ​​nogle forhold er. Det mærkelige navn "acoel" er græsk for "ingen tarm", da ormene ikke har nogen mave at tale om. I stedet går alle ting, de spiser, direkte ind i deres indre væv - hvilket også er der, hvor alger flyder og fotosynteserer inde i deres kroppe. Dette forhold giver en sikker zone for algerne og ekstra energi fra fotosyntese til acoel.

"Der var ingen garanti for, at der var kommunikation, fordi algerne ikke er inde i acoels celler, de flyder rundt om dem," siger James Sikes, en forsker ved University of San Francisco og co-senior forfatter af papiret. Sikes har arbejdet med acoels i omkring 20 år, og deres symbiotiske forhold adskiller dem fra andre dyr, der regenererer, såsom planariske fladorme og axolotler.

Når disse acoels formerer sig ukønnet, halverer de først sig selv. Hovedregionen vokser en hale og bliver til en ny acoel. Halen opfører sig imidlertid som den mytologiske Hydra og får to nye hoveder til, som derefter deler sig i to separate dyr.

Dyregenerering kræver kommunikation på tværs af mange forskellige celletyper, men i dette tilfælde kan det også involvere en anden organisme fuldstændigt.

Forskere var nysgerrige efter, hvordan algekolonierne indeni reagerede på denne proces - især om de fortsatte med at fotosyntetisere som normalt, og hvis ikke, hvad var det, der styrede det? Dette var især forvirrende, da holdet fandt ud af, at fotosyntese ikke var påkrævet for at acoels kunne regenerere - de kunne gøre det i mørke. Men der skal være en samtale mellem arterne for deres langsigtede overlevelse.

"At teste, om fotosyntesen var påvirket, var et eventyr. Ingen af ​​os vidste, hvad vi lavede," siger Dania Nanes Sarfati, hovedforfatter af papiret, som var doktorand i Wangs laboratorium og Stanford Bio-X Bowes Fellow. "Noget af det mest spændende var, at vi faktisk kunne måle algefotosyntesen, der sker inde i dyret."

Derudover var holdet gennem sekventering i stand til at differentiere generne fra de to arter og finde ud af, hvilke veje der reagerede på skade. Disse målinger hjalp dem med at indse, at algerne indeni undergik en større rekonstruktion af deres fotosyntesemaskineri under regenereringen - men processen, hvorved den blev kontrolleret, var chokerende.

Rollen som 'runt'

Da resultaterne kom tilbage, sagde Wang, at det uforudsigelige skete. Under regenerering så både acoels genvækst og algefotosyntesen ud til at være styret af en fælles transkriptionsfaktor i acoel kaldet "runt."

I det tidlige stadie, lige efter skaden, aktiveres "runt", hvilket starter regenereringsprocessen. I mellemtiden falder algefotosyntesen, men der er en opregulering i algegener forbundet med fotosyntese - sandsynligvis for at kompensere for tabet i fotosyntese på grund af splittelsen. Men da forskerne slog "runt" ned, standsede det både regenerering og algereaktionerne.

Det særlige ved runt er, at det er meget konserveret, hvilket betyder, at den samme faktor er ansvarlig for regenerering i mange forskellige organismer, inklusive ikke-symbiotiske acoels. Men nu er det klart, at i stedet for blot at kontrollere acoelens regenerative proces, styrer den også kommunikationen med en anden art.

Hvordan holobionter kommunikerer

At forstå, hvordan partnere i symbiotiske relationer kommunikerer på molekylært niveau, åbner op for mange nye spørgsmål for dette forskningsfelt. "Er der regler for symbiose? Findes de?" sagde Nanes Sarfati. "Denne forskning sætter gang i den slags spørgsmål, som vi kan knytte til andre organismer."

Wang mener, at det introducerer flere måder at undersøge, hvordan symbiotiske arter interagerer og kobler med hinanden for at danne holobionter. Nogle af disse interaktioner kan potentielt være drevet af kemikalier, proteiner eller miljøfaktorer. Men mere bekymrende er disse interaktioner nu ved at blive sårbare punkter under udfordringen med klimaændringer, hvilket får symbiotiske partnere til at adskilles.

Sikes fremhævede, at han, Wang og Nanes Sarfati alle startede fra dyrenes side af det symbiotiske forhold, men indså, at alger også reagerer på værtsskader, hvilket potentielt kan udløse lignende spørgsmål i andre systemer.

"Vi antager ofte, at vi ved meget, men vi er ydmyge, når vi ser på forskellige arter," sagde Wang. "De kan gøre ting på helt uventede måder, hvilket fremhæver behovet for at studere flere organismer og bliver muligt med teknologi."

Flere oplysninger: Dania Nanes Sarfati et al., Koordinerede sårreaktioner i en regenerativ animal-alge holobiont, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48366-2

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Stanford University