基因组长度的比较，（A）Burkholderia sp. Lv-StB；（B）B.gladioli Lv-StA与最近的同系物基因比较。长度小于80%被认为是假基因（基因不能表达或编码的蛋白质没有功能，位于黑线下方）。显然A丢失了更多的基因。图片：mBio（2020） DOI：10.1128/mBio.02430-19

如果您是甲虫，生活会很艰难。

有人想吃掉你，而你却阻止不了他们。在广阔的世界中，您很小。即使您很幸运能够繁殖，讨厌的真菌也可能会来破坏您的卵。

幸运的是，对于在整个南美发现的取名为Lagria villosa的甲虫来说，其祖先很早就吸取了一些细菌。细菌包含一个基因序列，该序列指导其制造对抗真菌的化学物质lagriamide。因此， Lagria学会用细菌包被自己的卵，帮助它们在潜伏在土壤中的危险真菌中生存。联盟诞生了。

Lagria的甲虫

在一项新研究中，威斯康星大学麦迪逊分校药学院的科学家揭示了这种甲虫-细菌伙伴关系的遗传历史。他们发现，产生lagriamide的微生物逐渐失去了一系列基因，并从其他细菌中获得了一些基因，因为它与甲虫之间越来越相互依赖。

威斯康星大学麦迪逊分校药理学教授Jason Kwan与德国研究人员合作完成了这项工作，该工作于2月25日发表在mBio杂志上。

在全世界估计的一万亿种细菌中，实验室中只能繁殖一小部分。许多共生细菌永远无法分离，因为它们失去了在容纳它们的植物或动物之外生长的能力。然而，宿主将这些细菌保留在身边的原因恰恰是因为它们会产生有用的化学物质，对人类也可能有用。

因此，Kwan转向高级基因测序，以揭示他的德国同事收集的Lagria甲虫中每种细菌物种的基因组。在南美的大豆害虫Lagria甲虫已经进化出可以容纳细菌的结构，使它能够将细菌传给后代。科学家认为lagriamide是推动这种伙伴关系的因素，Kwan的研究小组想知道哪种细菌制造了抗真菌药。

筛选所有遗传信息后，研究人员发现甲虫中有许多细菌被称为伯克霍尔德菌（Burkholderia）。最丰富的伯克霍尔德氏菌也是唯一能够制造lagriamide的物种，该物种已经失去了许多关键基因。它的基因组已缩小到与其最接近的自由生活亲戚的基因组大小的四分之一。

Lagria甲虫通过卵将真菌传给了后代

Kwan的研究小组发现，这种细菌获得了一套基因，使其能够在500万到1000万年前的某个时间制造lagriamide。细菌从其他未知微生物中吸收了基因。这种基因交换在细菌中很常见。

“因此，我们认为这些lagriamide基因是由该共生体的自由祖先获得的。然后建立了共生关系，因为制造lagriamide是甲虫的生存优势，也许是因为它的更多幼虫可以幸免于真菌感染。” Kwan说。

随着细菌的发展，细菌和甲虫之间的相互依赖越来越紧密，微生物丢弃了大部分基因。在宿主体内生存并不需要像单独生活那样多的遗传工具，并且那些不必要的基因会变异，直到它们完全消失。

但是，即使该细菌分配了不再使用的基因，它仍然从甲虫藏匿的相关微生物中吸收了新的基因。这种“得失”的迹象表明，共生体中常见的较小基因组不仅仅是像以前所认为的走向衰落的单向路。

Kwan说，这是在数百万年的时间里磨练出的强大的共生伙伴关系。

Kwan说：“这项研究是进化可以塑造生物活性分子的一个例子。但是它也说明，一些最重要的分子很可能是由共生体制造的，无法在实验室中进行培养。因此，它突显了研究所有微生物的重要性，而不仅仅是研究我们能够培养的微生物。”