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蚜虫通过重建植物氨基酸来平衡他们的饮食

蚜虫从它们的植物宿主中吸取了几乎无穷无尽的含糖树液。一项新的研究发现,他们可以在这种垃圾食品中生存,因为细菌伴侣帮助他们将树液中的少量氨基酸转化为其他必需氨基酸 - 而不是通过回收它们,而是将它们分解并从头开始重建。

蚜虫通过重建植物氨基酸来平衡他们的饮食

长期以来,科学家一直认为蚜虫要么直接使用这些氨基酸,要么将它们的碳骨架转化为其他氨基酸,而这些氨基酸就是用来制造蛋白质的。但是,通过跟踪蚜虫摄入的碳和氮原子的命运,BTI科学家Georg Jander和Meena Haribal发现氨基酸合成是一种非常间接的途径。他们的研究结果发表在实验生物学杂志上。

“我们感到很惊讶,”研究助理哈里巴尔说。“我们不知道他们会耗尽所有东西并从头开始制造。”

植物汁液是蚜虫的有限食物来源,因为它主要含有四种氨基酸 - 谷氨酰胺,谷氨酸,天冬酰胺和天冬氨酸 - 它们是蚜虫的主要氮源。植物根合成这些氨基酸以运输氮化合物,它们从土壤中吸收。

为了防止饥饿,蚜虫与一种名为Buchnera aphidicola的细菌发展成共生关系,这种细菌有助于提供必需氨基酸。Buchnera是一种内部共生体,不能再在蚜虫外独立存活。

早期对蚜虫基因组的研究表明,昆虫使用植物氨基酸的碳骨架来构建它们所需的其余氨基酸。科学家们还使用了放射性碳和氮原子标记的氨基酸来查看这些氨基酸的最终位置,但这些实验并不足以显示单个碳和氮原子如何通过昆虫的新陈代谢。

Haribal喂豌豆蚜虫(Acyrthosiphon pisum)含糖树液和含有较重碳同位素或氮稀有原子的氨基酸,其原子核中有额外的中子,质量较高,可用质谱仪检测。她通过将昆虫夹在两层Parafilm之间为昆虫提供液体,通过将它们的针状探针穿过薄膜进入蚜虫。

一旦蚜虫将同位素标记的氨基酸掺入其体内,就将它们的结构分解并用GC-MS进行分析,GC-MS分离出各个碎片并让Haribal找出重碳和氮原子最终的位置。

Jander和Haribal看到蚜虫细胞内的氨基酸是重原子和轻原子的混合物,表明植物氨基酸已被完全拆除并重新制作。甚至研究人员散装给蚜虫的天冬氨酸也被分解和重建。

“因为他们的饮食不均衡,无论他们得到什么氨基酸,他们只是将它分解并重新合成,”哈里巴尔说。她怀疑这种策略是由于它们的饮食有限,加上植物内氨基酸含量差异很大,这取决于可用的氮源。将所有氨基酸分解成其组分以制备必需氨基酸和其他分子,如DNA,可能是最有效的过程。

哈里巴尔有兴趣在其他物种中探索这种现象。许多动物以不平衡饮食为生,但有肠道微生物或共生体,可以分解饮食并提供更多营养。例如,类似于蚜虫,奶牛可以在具有不平衡氨基酸含量的饮食中存活,因为它们的瘤胃细菌有助于提供这些必需营养素。

“很多昆虫只吃一种东西,所以他们必须有一些方法来获得均衡的饮食,”哈里巴尔说。“他们必须从某个地方获取所有必需氨基酸。”

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