美学者揭示多个HGT基因可以整合成宿主和共生菌之间的合成通路

本文中，作者首先对粉蚧中的PG合成通路进行了基因组注释，证明如果粉蚧能产生PG层，则该PG层应由典型的交联β-1,4-链GlcNAc-MurNAc的二糖与L-Ala-D-Glu-mDap-D-Ala四肽组成。此外，由于Tremblaya基因组中没有PG合成相关基因，作者预测Tremblaya细胞应该没有PG层。随后作者利用LC-MS/MS检测了粉蚧中是否存在PG，发现粉蚧-Tremblaya-Moranella共生系统中存在PG，而该PG的定位是未知的。为确定PG的空间定位，作者开发了一种基于纳米尺度分辨率的二次离子质谱分析方法（nanoSIMS）并结合荧光原位杂交来检测PG特异性组分D-Ala的定位情况，发现D-Ala专一性富集于Moranella细胞周围。Moranella基因组中编码的青霉素结合蛋白Pbp1B能参与PG生物合成，而抗生素头孢磺洛丁能特异性靶向该蛋白抑制PG合成。为进一步证明PG层在该共生系统中的定位，作者对粉蚧进行了头孢磺洛丁饲喂实验，发现与对照组相比，头孢磺洛丁处理使Moranella的胞浆周空间明显增大，而Tremblaya无显著变化。该实验证明膜间隔增大表型是Moranella特有的，而不仅仅是由于抗生素处理对粉蚧健康损害导致的。

PG合成基因通常是通过HGT转移到昆虫基因组中的，Moranella中的PG可能通过两种方式产生：第一种可能方式是HGT参与合成的PG前体被转运到Moranella细胞质中，第二种可能的方式是HGT首先在昆虫体内被翻译，然后作为蛋白质运输到Moranella细胞质中，产生PG前体分子。作者基于之前豌豆蚜中的相关研究，推测很可能是第二种方式。如果该推测成立，则意味着这些蛋白需要跨越5层脂质双分子层到达Moranella细胞质。为验证该假说，作者合成了一种HGT获得的与PG产生有关的MurF蛋白的单克隆抗体，免疫荧光染色证明该蛋白仅定位于昆虫的部分组织和Moranella细胞质中。这一定位模式表明，由粉蚧核基因组HGT产生的基因可以被宿主翻译为蛋白质，并可以穿过Tremblaya的三层脂质双分子层和Moranella的两层脂质双分子层运输到Moranella细胞质中。该结果证明，PG是由Moranella产生的，而第一种PG合成假说可能性较小。