Evolution of a remarkable intracellular polymer and extreme cell allometry in hagfishes
Evolution of a remarkable intracellular polymer and extreme cell allometry in hagfishes
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盲鳗中非凡的细胞内聚合物和极端细胞异速生长的进化
DOI：
10.1016/j.cub.2021.08.066
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
9.2
通讯作者：
Fudge, Douglas
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zeng, Yu;Petrichko, Skylar;Nieders, Kristen;Plachetzki, David;Fudge, Douglas
动物细胞的大小很少与身体大小成比例，可能是由于生物物理和生理的限制。在盲鳗中，每个腺体线细胞（GTCs）都会产生一种丝状的蛋白质纤维，称为粘液线。黏液线赋予盲鳗的防御性黏液力量，因此它们在体外的功能可能会受到选择。体型在捕食者与猎物的相互作用中起着至关重要的作用，这使我们假设体型较大的盲鳗比体型较小的盲鳗产生更长更强的粘液线。在这里，通过对19种盲鳗的不同大小进行取样，我们系统地研究了GTC和粘液线尺寸在系统发育和个体发育背景下与体型的比例关系。我们发现，gtc的长度在40 ~ 250 μm之间变化，并与体型成正比，表现出比其他动物细胞更大的异速指数。相应地，体型较大的盲鳗分泌的黏液线也更长更粗，因此能够抵御体型较大的捕食者。在10-128厘米的体型范围内，黏液线的直径和长度变化了4倍（分别为0.7-4 μm和5-22 cm），是生物学中已知的最大的细胞内聚合物。我们的研究结果表明，在较大的盲鳗中选择更强的防御性黏液驱动了gtc的极端大小和异速生长的进化。
The size of animal cells rarely scales with body size, likely due to biophysical and physiological constraints.1,2In hagfishes, gland thread cells (GTCs) each produce a silk-like proteinaceous fiber called a slime thread.3,4The slime threads impart strength to a hagfish's defensive slime and thus are potentially subject to selection on their function outside of the body.5–8Body size is of fundamental importance in predator-prey interactions, which led us to hypothesize that larger hagfishes produce longer and stronger slime threads than smaller ones.9Here, by sampling a range of sizes of hagfish from 19 species, we systematically examined the scaling of GTC and slime-thread dimensions with body size within both phylogenetic and ontogenetic contexts. We found that the length of GTCs varied between 40 and 250 μm and scaled positively with body size, exhibiting an allometric exponent greater than those in other animal cells. Correspondingly, larger hagfishes produce longer and thicker slime threads and thus are equipped to defend against larger predators. With diameter and length varying 4-fold (0.7–4 μm and 5–22 cm, respectively) over a body-size range of 10–128 cm, the slime threads characterize the largest intracellular polymers known in biology. Our results suggest selection for stronger defensive slime in larger hagfishes has driven the evolution of extreme size and allometry of GTCs.
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