共生者坐标干细胞增殖、凋亡和肠道共生器官的形态发生散发恶臭的昆虫Caballeronia共生

介绍

形态学表型的发展可以大大改变了动物和植物生物或非生物因素。的一个驱动力导致真核生物形态的创新和发展可塑性与微生物共生协会(吉尔伯特,2016)。微生物栖息在几乎所有环境和许多与动物和植物宿主紧密相关。而他们中的一些人造成严重疾病的病原体,越来越多的报道显示,许多微生物对宿主有益。在许多情况下,这些微生物伙伴影响主机发展主要通过营养相互作用(道格拉斯1998;万斯,2001)。这些动物和植物获得共生细菌从父母或环境和共生有机体感染刺激特定的发展组织致力于维护共生体,所谓的共生器官(Fronk (goldman Sachs), 2022年)。例如,感染豆科植物固氮根瘤菌共生体通过根头发,诱发一连串的过程导致根瘤发展,共生体开拓并与主机交换营养(普尔et al ., 2018)。一个研究的例子,一个是鱿鱼——animal-microbe共生系统弧菌生物发光的共生关系。在夏威夷短尾猫鱿鱼Euprymna scolopes共生细菌的细胞壁成分促进宿主细胞凋亡的发光器官,导致戏剧性的形态学改变和成熟的共生器官窝藏只发光的费氏弧菌(Visick et al ., 2000;Koropatnick et al ., 2004;巨魔et al ., 2009;Essock-Burns et al ., 2021)。

肠道共生是一种最常见的形式的共生,在大多数动物类群(狄龙和狄龙,2004;李et al ., 2008;Egerton et al ., 2018)。最近的研究在模型动物,如老鼠,斑马鱼,果蝇,显示肠道共生菌对宿主代谢和发展的不同方面,包括肠道形态发生的(Nayak 2010)的开发和体内平衡免疫(吴,吴,2012),甚至行为变化通过brain-gut微生物轴(Liberti和恩格尔,2020;金正日et al ., 2021)。在小鼠肠道微生物刺激肠道绒毛的形态发生通过促进血管网络以及细胞增殖(Stappenbeck et al ., 2002;Nigro Sansonetti, 2015)。在黑腹果蝇细菌感染,引发肠道干细胞的增殖和分化(isc)通过Janus kinase-signal换能器和转录(JAK-STAT)通路的激活,导致肠道内稳态(Buchon et al ., 2009;江et al ., 2009;Bonfini et al ., 2016)。

大多数动物,包括上面的模型系统,获取和保持几十个或有时数以百计的在他们的肠道微生物物种(莫兰et al ., 2019)。另一方面,单特异性肠道共生的例子描述了在臭虫(半翅目:Pentatomomorpha)。大多数食植物的种臭虫开发众多sac-like组织,称为隐窝,后中肠的地区,其中只有一个细菌种类维护(菊池et al ., 2008)。有些臭虫紧密相关的细菌共生体属于Gammaproteobacteria取得了host-symbiont特异性强,发展成熟的垂直传播机制从母亲的后代(Fukatsu细川,2002年;Kaiwa et al ., 2014;细川护熙et al ., 2016)。相比之下,其他臭虫适应具体Caballeronia(洋葱)种Betaproteobacteria水平从环境中获得的每一个新后代一代,包括严格的伴侣选择机制(菊池et al ., 2011 a;Takeshita和菊池,2017)。之前的研究在bean bugRiptortus pedestris(腔上囊,1775)(Pentatomomorpha: Coreoidea:蛛缘蝽科),stinkbug-microbe共生模型系统没有垂直传播,显示host-symbiont特异性是通过至少两个机制。首先,入口crypt-bearing肠道共生地区极其狭窄,充满mucus-like矩阵,防止食品的材料(Ohbayashi et al ., 2015)。这个窄门,命名为狭隘的地区,首选的共生有机体与环境微生物群不同喂养期间摄入。有趣的是,狭隘的地区是完全封闭的共生有机体殖民后中肠隐窝,防止继发感染(菊池et al ., 2020)。第二,一些非共生的细菌可以通过限制区域,但高效microbe-microbe腔的区域内的竞争可以消除他们的蓄水池,只有一个特定群体的共生细菌(例如,Caballeronia共生者物种)能够稳定在共生器官(伊藤et al ., 2019)。

Aposymbiotic (symbiont-free)豆虫的幼鸟有未开发的中肠隐窝与很少或没有腔,但感染的Caballeronia insecticola(Takeshita et al ., 2018)(Pseudomonadota: Betaproteobacteria: Burkholderiaceae)共生器官触发快速地貌成因的反应,导致放大sac-like隐窝的形成,以及由此产生的宽敞的腔的腔成熟隐窝被殖民的共生有机体(菊池et al ., 2007;菊池和Fukatsu, 2014)。这样一个范围更大的器官symbiont-infected昆虫中肠据报道也在许多其他散发恶臭的昆虫物种(菊池et al ., 2009;恩et al ., 2011;Oishi et al ., 2019)。然而,详细的隐窝细胞过程发展和共生菌共生形态刺激的特点。专注于Riptortus-Caballeronia模型系统,因此我们研究隐窝上皮细胞如何应对共生者感染以及地下室形态发生收益。我们可视化细胞分裂、细胞周期和细胞凋亡通过显微镜观察和量化的分子标记中肠隐窝在共生和aposymbiotic昆虫。我们表明,共生者殖民激活干细胞增殖隐窝和延长细胞寿命的发达上皮细胞通过抑制细胞凋亡,从而建立隐窝的形态的巨大变化,使稳定的共生关系。

材料和方法

昆虫饲养和共生有机体感染

豆虫r . pedestris下被饲养在实验室工作时间长方案(16 h光和黑暗8 h)在培养皿25°C(90毫米直径20毫米高度)。大豆种子和蒸馏水含有0.05%抗坏血酸(DWA)提供给虫子,取而代之的是新的每2天。建立Caballeronia窝藏共生昆虫,在体外培养c . insecticola细胞被稀释在DWA (10⁷细胞/毫升),棉花垫与细菌悬液浸泡,提供给新二龄仙女不毛之地。观察肠道开发或宿主的细胞周期,绿色荧光蛋白(GFP)标记c . insecticola应变RPE225或荧光野生型c . insecticola应变RPE75分别管理bean的bug, (菊池et al ., 2011 b;菊池和Fukatsu, 2014)。

观察肠道形态发生

共生器官的形态aposymbiotic和共生bean bug激光扫描显微镜下观察(TCS SP8;徕卡)。共生昆虫感染c . insecticola应变RPE225细胞可视化共生有机体本地化在活的有机体内。aposymbiotic昆虫被喂养symbiont-free状态保持大豆和消毒DWA。昆虫共生器官的12、24、48和72 h后c . insecticola共生者感染(n每个时间点= 10)解剖在磷酸盐(PBS, pH值7.4)使用立体显微镜下细钳(S8APO;徕卡微系统)。孤立的器官被转移到1.5毫升微型离心机管,与4%多聚甲醛溶液固定PBS (4% PFA-PBS) 15分钟,和孵化30分钟1μg /毫升4′6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)(热费希尔科学)和Alexa萤石™647 phalloidin(热费希尔科学)昆虫的细胞核和细胞骨架染色,分别。中肠样品然后轻轻地放在玻璃盘(Matsunami),沉浸在延长黄金不变色Mountant(热费希尔科学)和盖玻片覆盖观察。共生器官共焦显微镜下观察使用一个×40放大石油目标(×40/1.3 HC PL Apo CS油)。

定量聚合酶链反应

间接估计中肠细胞的数量,一个管家基因的拷贝数,延长因子1α(Ef1ɑ),是通过定量PCR (qPCR)来衡量的。从解剖中提取DNA aposymbiotic和共生昆虫共生器官(n= 18为每个),和执行qPCR使用引物5′有条件现金援助GCA太极拳GTT GCT TTT GT-3′, 5′GGC ATC GAG GGC TTC AAT AA-3′(金正日et al ., 2013),KAPA SYBR快速qPCR大师混合工具(KAPA生物系统公司),和96年罗氏LightCycler系统(罗氏)。PCR温度剖面图40 95°C的周期10年代,60°C 15 s, 72°C 15 s。基因拷贝数是根据标准曲线计算Ef1ɑ基因包含10、10²,10³,10⁴,10⁵,10⁶,10⁷复制/反应目标的PCR产物。

测量的数值参数中肠隐窝

aposymbiotic和共生昆虫共生器官(n每个= 10)在PBS立体显微镜下解剖和整个共生器官拍摄的数码相机连接到显微镜(S8APO配备EZ3;徕卡微系统)。共生器官的总长度和宽度测量使用ImageJ软件的行选择工具(施耐德et al ., 2012;Rueden et al ., 2017)和中肠隐窝被放置点手动计算隐窝。测量的面积中肠隐窝,微观部分放大的图像从三个昆虫中肠个体,与DAPI染色和phalloidin如上所述的共焦显微镜(TCS SP8;徕卡微系统)和随机选择的隐窝的面积(n= 9)测量使用ImageJ软件的区域选择工具(补充图S1)。

isc的量化

isc的共生器官被染色和胸苷类似物EdU可视化,纳入新合成的DNA复制的细胞,通过点击它™EdU成像设备与Alexa萤石™594(热费希尔科学)。这一分析,aposymbiotic和共生bean bug在第二和第三龄若虫阶段在PBS和共生器官解剖分离从腹部(n为每个)= 3。孤立的中肠样品转移到1.5毫升微型离心机管和孵化20μM解决EdU格蕾丝的昆虫媒介(热费希尔科学)1 h。共生器官被洗了三次PBS和固定在4% PFA-PBS 15分钟。固定中肠洗了三次PBS和permeabilized 10分钟0.5% Triton x - 100在PBS (PBST)。检测EdU阳性细胞(isc) permeabilized中肠样本与点击它孵化^Ⓡ反应混合物(100μl点击它反应缓冲区,800μl CuSO₄,100μl 1 x点击它^Ⓡ反应缓冲区添加剂)在黑暗条件下30分钟。中肠样品然后孵化与赫斯特33342年10分钟复染色主机中肠细胞的细胞核。染色中肠转移到杯底碟和共焦显微镜下观察到。isc决心通过计算EdU的数量⁺细胞在整个共生器官或每个中肠隐窝。测量isc的数量在一个墓穴,图像被放大的隐窝的一部分,和EdU的数量⁺从随机选择9隐窝细胞数。

有丝分裂细胞的量化

的有丝分裂细胞共生器官被可视化phospho-histone 3 (PH3)与一个组织化学染色anti-phospho组蛋白H3 (Ser10)多克隆抗体(anti-PH3)(细胞信号技术)。共生器官从aposymbiotic解剖和共生昆虫在第二或第三龄(n为每个)= 3,转移到1.5毫升微型离心机管,固定在4% PFA-PBS 15分钟,permeabilized PBST 30分钟。中肠样品被阻塞,阻塞的解决方案(1%牛血清白蛋白(BSA)在PBST] 30分钟和孵化1/2000稀释anti-PH3抗体在屏蔽解决方案1 h rt,释放主要抗体与PBS和中肠洗样本进一步孵化1/500稀释山羊Anti-rabbit免疫球蛋白(h和l) Alexa萤石™488(热费希尔科学)屏蔽解决方案1 h在黑暗条件下室温。中肠是洗了三次PBS和孵化与赫斯特33342年(热费希尔科学)10分钟。准备样本放在玻璃盘和PH3-derived信号共焦显微镜下观察使用一个×40放大石油目标(×40/1.3 HC PL Apo CS油)。有丝分裂细胞的数量由计数PH3决定⁺9细胞随机选择中肠隐窝。

凋亡细胞的量化

共生器官细胞凋亡是可视化的TdT-mediated dUTP-biotin缺口末端标记(TUNEL)测定使用点击它™+ TUNEL分析工具包(热费希尔科学)。的解剖共生器官aposymbiotic和共生昆虫(n为每个)被固定在4% = 3 PFA-PBS与PBS 15分钟,洗了三次。固定的中肠样品被PBST permeabilized 15分钟,用去离子水清洗。permeabilized器官被孵化的负反应缓冲10分钟37°C。孵化后,负反应缓冲被和中肠的样本处理TdT反应混合物1 h在37°C,然后洗了三次,立即用点击它孵化™+ TUNEL反应鸡尾酒为30分钟37°C在黑暗条件下。然后用PBS和中肠是洗了三次孵化与赫斯特33342(热费希尔科学)10分钟宿主细胞核染色。凋亡细胞的荧光信号的共焦显微镜下观察使用一个×40放大石油目标(×40/1.3 HC PL Apo CS石油)镜头。凋亡细胞的数量是由计数fluorescence-labeled 9细胞随机选择中肠隐窝。

透射电子显微镜法

aposymbiotic和共生bean的共生器官缺陷在第三龄若虫阶段认真分析在一个固定的解决方案(0.1米磷酸钠缓冲区包含2.5%戊二醛,pH值7.4)。孤立的中肠pre-fixed在一夜之间固定剂的解决方案在4°C和2%你找找四氧化锇在4°C 1 h。固定中肠样本连续用乙醇脱水,然后嵌入Epon812树脂(TAAB)。超薄的部分是通过一个超微切片机(EM UC7;徕卡微系统),安装在一个铜网,沾染了醋酸双氧铀及柠檬酸铅,和透射电子显微镜下观察(h - 7600;日立)。

统计分析

分析统计区别aposymbiotic和共生bean bug, Mann-WhitneyU测试是应用于地下室大小、隐窝数,Ef1ɑ基因拷贝数,中肠长度、宽度中肠和核号码。所有统计分析使用程序棱镜9 (https://www.graphpad.com)。

结果

Caballeronia共生有机体产生发展的共生器官

豆虫获得Caballeronia共生者在第二个龄期阶段从土壤环境的仙女。共生中肠机关二龄仙女之前获得共生菌是原始的、透明的,短,薄的形态(补充数据S1, S2)。昆虫的肠道形态学symbiont-free aposymbiotic仍未开发在昆虫生长,直到第三龄女神(图1一个)。然而,当bean获得的bugCaballeronia共生者,共生器官发起激烈的形态分化。殖民的共生器官Caballeronia共生者口服后迅速进行细菌。GFP-labelled的共生有机体的细胞立即通过了M1 M4B和进入中肠区域共生器官在24 h (M4图1一个)。的Caballeronia然后迅速地扩散在M4并占领了大部分空间的中肠隐窝在48 h后感染(图1一个)。再将整个共生器官完全殖民地Caballeronia细胞在第三龄少女阶段(图1一个)。的形态发展共生器官与这种快速的共生有机体殖民同步。已经24小时后感染,共生器官方面的改变,将部分不透明(补充图S2)。48小时内的共生有机体感染,共生器官的颜色变得非常黄,M4共生器官的总长度和宽度相比变得更长和更广泛的器官aposymbiotic昆虫(补充数据S2、S3)。在第三龄少女阶段,共生器官进一步发展共生昆虫,变得明显更长和更广泛的比aposymbiotic昆虫(补充数据S3A S3B)。这些结果显然证明的形态发展共生器官豆虫中引发的感染肠道共生有机体。

形态改变的中肠隐窝在回应Caballeronia殖民

豆虫的共生器官包括数以百计的隐窝。因此,最初的形态发展中肠隐窝在回应他们的殖民的Caballeronia肠道共生有机体进一步进行共焦激光扫描显微镜(LSM)和透射电子显微镜(TEM)。我们的LSM的观察显示,中肠隐窝aposymbiotic昆虫的原始和上皮细胞仅仅是没有形成一个内腔(对齐图1一个)。同样,尽管一小部分Caballeronia共生有机体的细胞已经达到的主要管道共生器官,共生昆虫中肠隐窝的尚未开发的共生者12 h后感染(图1一个)。然而,共生者感染后24 h,中肠隐窝开始宽敞的内腔和形式Caballeronia共生有机体的细胞进入新生成的地穴内腔(图1一个)。M4区域共生昆虫不断成熟,形成sac-like隐窝Caballeronia共生体激增,完全殖民后48小时内隐窝内部感染(图1一个)。相比之下,中肠隐窝aposymbiotic昆虫没有修改在整个二龄少女阶段,只有一条狭窄的空间内腔创建第三龄女神(图1一个)。TEM图像还显示,内腔aposymbiotic昆虫中肠隐窝的限制,但这些共生昆虫拥有一个巨大的腔完全的殖民地Caballeronia共生体(图1一个)。

然后,我们测量的数值参数中肠隐窝更详细地描述他们的发展。所观察到的LSM,中肠隐窝在共生昆虫比明显增大aposymbiotic昆虫在第二和第三龄少女阶段(图1 b)。的总数中肠隐窝通过共生器官aposymbiotic和共生昆虫之间是一致的,表明了Caballeronia共生者诱发每个肠隐窝的发展但不触发额外的隐窝的形成(图1 c)。然而,所有的隐窝扩大共生昆虫共生器官的共同使整个aposymbiotic昆虫中肠更长和更广泛的比较(补充数据S3A S3B)。

探讨如何Caballeronia共生者触发器中肠发展,我们估计间接的相对数量核出现在整个共生器官aposymbiotic和共生昆虫的量化看家基因的拷贝数延长因子1α(ef1ɑ通过定量PCR (qPCR)。原子核的总数估计在aposymbiotic昆虫共生昆虫高于在第二个龄期蛹阶段,和中肠细胞进一步扩散在第三龄少女阶段与aposymbiotic昆虫相比,这表明symbiont-mediated地下室发展可能与细胞周期的规定在隐窝上皮细胞(图1 d)。

Caballeronia共生者诱发ISC扩散

昆虫的肠道上皮是由多功能isc维护。我们调查的数量和本地化的isc共生器官aposymbiotic和共生昆虫用胸苷类似物,5-ethynyl-2′脱氧尿苷(EdU),纳入新合成的DNA的细胞分裂。LSM图像显示,EdU的数量⁺isc沿整个aposymbiotic昆虫共生器官是低于共生昆虫(图2一个)。事实上,EdU的两倍以上⁺isc被数的共生器官共生昆虫比aposymbiotic昆虫,证明肠道殖民Caballeronia共生有机体产生的扩散isc (图2 b)。我们进一步确定isc的本地化的中肠隐窝bean的bug。在第二个龄期仙女的早期发展阶段,大部分的isc发现地下基地aposymbiotic和共生昆虫虽然EdU的数量⁺isc每地穴aposymbiotic相比要高得多在共生昆虫昆虫(图2 c, E)。同样,EdU的数量⁺isc每个墓穴在aposymbiotic昆虫共生昆虫高于第三龄仙女,和无数isc隐窝的底部发现了虽然有些Edu⁺细胞也观察到在中间或顶端侧隐窝(图2 d, E)。这个结果表明gut-colonizingCaballeronia共生者刺激isc的扩散。

接下来,共生器官观察有丝分裂细胞的有丝分裂细胞组织化学染色Phospho-Histone H3标志。PH3的数量⁺细胞基本上是小(图3 a, B)和aposymbiotic之间没有明显差异和共生昆虫在第二和第三龄女神(图3 c)。然而,核的数量每中肠隐窝在共生昆虫显著高于aposymbiotic昆虫(补充图S3C),强烈建议Caballeronia共生者刺激细胞分裂,尽管有丝分裂细胞几乎没有检测到PH3抗体r . pedestris。

Caballeronia共生者抑制细胞凋亡在中肠隐窝

因为老或过剩在哺乳动物和昆虫中肠上皮细胞凋亡,我们可视化共生器官的凋亡细胞TUNEL染色。而不是isc,凋亡细胞检测到顶端一侧aposymbiotic和共生昆虫(图4 a, B)。然而,有更多TUNEL-derived凋亡细胞的荧光信号在aposymbiotic昆虫共生昆虫(图4 c)。aposymbiotic昆虫共生器官的凋亡细胞甚至观察到中间侧隐窝,而细胞凋亡发生只在一边在共生昆虫(图4 a, B)。尤其是强烈荧光信号在细胞中发现位于aposymbiotic昆虫中肠隐窝(中间图4 a, B)。TEM图像的中肠隐窝证实,大量细胞形态学异常积累在aposymbiotic提示侧隐窝的昆虫(图4 d)。凋亡细胞位于中肠隐窝似乎从共生器官进入血淋巴。然而,在共生昆虫,凋亡细胞中肠隐窝刚刚TEM观察到,只有少数细胞被释放从隐窝(图4 e)。

讨论

散发恶臭的昆虫,Caballeronia的昆虫,中肠隐窝明显分化和成熟以及共生有机体殖民(菊池et al ., 2007;2011 b)。虽然形态变化特征明显,地穴形态发生的详细的细胞过程和细胞学特征仍不清楚。通过观察细胞增殖、有丝分裂和细胞凋亡的中肠隐窝的分子标记Riptortus- - - - - -Caballeronia模型系统,我们在这项研究证明:1)女性在共生器官位于地下室基础和扩散;2)沿着地下室轴向上分化肠上皮细胞迁移中肠发达,apoptotsis年龄的肠上皮细胞发生在地下室,和凋亡细胞最终似乎从隐窝进入血淋巴流;3)的增殖率isc aposymbiotic昆虫很低,反之,凋亡率高,导致未开发,短隐窝;另一方面,4)gut-colonizingc . insecticola促进扩散isc的地下室基础,同时抑制细胞凋亡在隐窝的尖端,导致放大隐窝。这些结果清楚地表明Caballeronia共生者刺激和协调发展的中肠隐窝通过调节上皮细胞周期,从而促进稳定和充足的共生有机体殖民到生成bean的宽敞的隐窝虫宿主。这个地穴发育反应我们描述加起来两个symbiosis-induced发育反应我们之前确定的中肠。狭隘的地区的第一个是关闭几小时后通过最初的细菌殖民者,防止后续共生器官由其他细菌的感染(菊池et al ., 2020)。第二个发展的一个广泛的网络由导管,信封共生器官,以应对其殖民,使氧化的共生有机体人口在隐窝(张成泽et al ., 2021)。

鱿鱼,弧菌共生是一种最well-investigated animal-microbe共生模型系统,其中symbiont-stimulated激烈的形态学改变发光共生器官被描述(1991年McFall-Ngai和Ruby;蒙哥马利和McFall-Ngai, 1994年;McFall-Ngai 2014)。鱿鱼的主机,共生者感染诱发细胞凋亡前肢的发光器官,这并不是必不可少的共生有机体住宿但诱发其他共生器官的成熟(福斯特和McFall-Ngai, 1998年;促进et al ., 2000)。bean的现象我们发现错误相当但同时截然不同:凋亡细胞丰富的尖端部分欠发达隐窝在aposymbiotic昆虫,而细胞凋亡强烈抑制Caballeronia共生者殖民。与乌贼-弧菌共生,抑制细胞凋亡有可能扮演一个关键角色的扩大和成熟豆虫宿主共生器官。值得注意的是,许多病原菌事实上抑制细胞凋亡过程中感染,这样他们可以稳定殖民和宿主细胞内增殖(Faherty Maurelli, 2008)。细胞凋亡通常通过激活半胱天冬酶家族的发生包括caspase-3和病原菌抑制caspase-activation通路通过各种分子抑制剂(Faherty Maurelli, 2008)。比较这些致病细菌的生存策略可以给一个提示澄清的互动机制Caballorinia共生体与中肠上皮细胞。而抑制细胞凋亡的中肠隐窝可能加强之间的债券Riptortus和Caballeroniaaposymbiotic凋亡率高的缺陷可能意味着过度隐窝细胞细胞溶解和招募营养补偿缺失的共生细菌的作用是补充主机饮食(Ohbayashi et al ., 2019 a)。散发恶臭的昆虫——这样的表型可塑性Caballeronia共生,也可能导致伙伴选择的灵活性在面对各种环境的细菌有可能感染的地下区域中肠隐窝,允许调整形态,直到主机仙女找到最好的合作伙伴(伊藤et al ., 2019)。

除了抑制细胞凋亡在隐窝的一部分,gut-colonizingCaballeroniaisc的共生有机体同时诱发细胞分裂地下室基础,揭示主要由增强的信号从DNA复制的EdU标记。PH3另一方面是一个著名的有丝分裂的标志(副大臣et al ., 2005;林et al ., 2008;Buchon et al ., 2009)和免疫染色的PH3已广泛应用于许多昆虫包括果蝇、白蚁和生境揭示有丝分裂细胞(Buchon et al ., 2009;苏萨et al ., 2019;郭et al ., 2020)。在这项研究中,我们进行免疫染色的PH3揭示有丝分裂细胞的定位在中肠隐窝。只有少数PH3⁺细胞分布在底部和共生的尖端部分器官因为组蛋白H3 Ser-10磷酸化发生在细胞凋亡以及有丝分裂(华林et al ., 1997;Fullgrabe et al ., 2010),但有共生和aposymbiotic昆虫之间没有显著差异。EdU-staining这个结果,这是不同的,可能表明细胞分裂是一个快速的过程aposymbiotic和共生昆虫,因此有丝分裂细胞G2和M之间的阶段可能是稀缺的细胞群中肠隐窝。同样,PH3⁺细胞几乎没有观察到其他昆虫的肠道(博et al ., 2019;Janeh et al ., 2019;田et al ., 2022),甚至没有观察到(黄et al ., 2016)。在这种情况下,应该注意的是,每个肠隐窝细胞数量显著增加在共生昆虫aposymbiotic昆虫相比,表明Caballeronia共生者促进肠隐窝细胞增殖。

在一些动物模型,肠道微生物群对ISC增殖和肠道内稳态。在果蝇的情况下d .腹当消化道受到致病细菌,ISC扩散激活通过JAK-STAT通路,导致肠道上皮的修复(Apidianakis et al ., 2009;Buchon et al ., 2009;江et al ., 2009;Bonfini et al ., 2016)。有趣的是,同桌的肠道细菌也激活ISC扩散通过免疫途径(Buchon et al ., 2009;Bonfini et al ., 2016)。然而,不同的文中描述bacterial-induced地穴分化r . pedestrisISC肠上皮细胞的增殖和凋亡之间的平衡变化的更多细胞生成,从而增大隐窝,在吗d .腹维护肠道、细胞增殖和细胞凋亡在稳态代偿机制保护肠道形态(Ohlstein Spradling, 2006;Apidianakis et al ., 2009;Loudhaief et al ., 2017)。另一个显著的区别是,尽管中肠d .腹通过分层的凋亡细胞失去细胞进入肠道流明(Ohstein Spradling, 2006;Loudhaief et al ., 2017),凋亡细胞r . pedestris隐窝似乎另一侧,进入血淋巴。应该明确进一步研究如何减少凋亡细胞的血腔在基板的存在可能发生中肠隐窝。在哺乳动物中,肠道共生的也参与干细胞增殖和组织再生(Nigro et al ., 2014;Nigro Sansonetti, 2015),促进发展的血管系统(Stappenbeck et al ., 2002;Hooper 2004)。在哺乳动物肠道,isc局部肠隐窝的底部,和祖细胞迁移的绒毛和摆脱从到腔的区域(Gehart和聪明,2019)。尽管迁移和腔的腔的方向逆转豆虫隐窝,类似的细胞增殖和脱落模式似乎控制细胞营业额中肠隐窝(图5)。

我们的观察倒置的本地化的isc底部而不是隐窝的尖端,定位面临的isc隐窝的腔而不是血淋巴和血淋巴中的凋亡细胞的脱落而不是地下室腔建议我们的M4地下室区域r . pedestris肠道实际上倒置的取向与正常相比,消化昆虫中肠。这种反演可以要求这种共生的不同功能区域的中肠。的确,在昆虫中肠的消化区域,从腔上皮细胞吸收营养并分泌到血淋巴(Miguel-Aliaga et al ., 2018),在共生中肠地区,没有食物是传递和消化(Ohbayashi et al ., 2015),但恰恰相反,营养物质的通量是逆转,从血淋巴定向向地穴内腔以饲料共生细菌host-provided营养(Ohbayashi et al ., 2019 b)。这种“反向肠假说”的含义是,apical-basal肠道上皮细胞的极性逆转的隐窝上皮细胞:顶端膜(面对中肠内腔)和基底膜(面对血淋巴)有不同的运输系统保证养分通量从消化腔向血淋巴中肠和我们预测,这个方向是倒在共生中肠地区,导致运输营养物质从血淋巴腔的隐窝。这个假设可以测试在未来通过比较在M4上皮细胞和上皮细胞中肠的消化区域的亚细胞分布可用的极性标记(陈et al ., 2018)。

中肠隐窝中常见食植物的散发恶臭的昆虫物种属于infraorder Pentatomomorpha,虽然有一定的形态变化(菊池et al ., 2008;2011年,一个)。总科的成员Pentatomidae开发中肠隐窝在四行,其中垂直传播gammaproteobacterial共生体殖民(菊池et al ., 2012;Karamipour et al ., 2016;Oishi et al ., 2019;Cossolin et al ., 2020)。总科的成员Coreoidae港口Caballeronia在两行共生体在中肠隐窝组织(Ohbayashi et al ., 2019 b;Ishigami et al ., 2021;Ohbayashi et al ., 2022豆虫),如图所示。总科的成员Lygaeoidea携带Caballeronia在细长的管状共生体中肠隐窝(菊池et al ., 2011 a;Ishigami et al ., 2022)。尽管形态多样性,考虑到发展的隐窝是常见的后地区中肠(例如M4地区),这是合理的,类似的symbiont-mediated感应地下室发展发生在不同散发恶臭的昆虫物种。尽管还不清楚散发恶臭的昆虫宿主识别他们的共生细菌在肠道共生器官和分子改变细胞周期的地下室,鉴于共生细菌的遗传多样性,包括γ-和beta-proteobacteria,形态变化可能引发的这些简单分子常见细菌,如脂多糖、肽聚糖及其衍生物。这样symbiont-derived分子也可能信号关闭所构造的区域(菊池et al ., 2020)。事实上,肽聚糖和脂多糖的共生细菌的形态学改变共生器官在鱿鱼弧菌共生(促进et al ., 2000;巨魔et al ., 2009;Altura et al ., 2011)。值得注意的是,假定的共生有机体信号触发不同的反应隐窝上皮细胞的位置取决于细胞:细胞增殖底部的隐窝或细胞凋亡抑制隐窝。这表明,在这两个位置不同的细胞激活不同的通路的细菌信号(图5)。还有待观察,如果这些细胞类型对相同的细菌信号或者不同的信号。除了这些mamp (microbe-associated分子模式),共生有机体新陈代谢也可能影响宿主昆虫的形态发生。例如,我们先前的研究证明Caballeronia共生者腔的耗氧和缺氧诱导条件激活的气管发展共生器官(张成泽et al ., 2021)。确定诱发的触发隐窝形态发生,与身份识别机制的主机将感兴趣的和重要的了解昆虫,主要发展先天免疫对抗病原体,可以选择出一个有限数量的有益的共生细菌极其多样化的国家,环境的细菌。

数据可用性声明

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料,进一步的调查可以直接到相应的作者。

作者的贡献

SJ, YM,即设计的研究。SJ, YM,点,即研究开发的。SJ和YK中肠形态发生观察。SJ疣状。KI共生器官的测量数值。SJ, YM,点,即写的手稿。

资金

这项研究是由一个jsp支持年轻科学家研究奖学金SJ (21 f21090)和由教育部,文化,体育,科学和技术(下边了)KAKENHI YM (19 h03275)和YK (18 kk0211 20 h03303 21 k18241 h05068 22日)。

确认

我们感谢和m . h . Ooi宫崎骏昆虫饲养,和x - y。孟为TEM技术支持。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.1071987/full补充材料

引用