罗夫甲虫是昆虫世界的化学家之一，它们在体内合成有毒化合物，将其用作武器以抵御捕食者，使甲虫能够在地球生态系统的落叶和土壤中生存。12 月 9 日在《细胞》杂志上，研究一种甲虫的研究人员报告了两种不同的细胞类型如何结合在一起形成一个专门的腺体，用于制造和分泌这些防御性鸡尾酒。这项工作对绘制整个动物王国(包括人类)中发现的更复杂器官的进化具有重要意义。
“这些甲虫是了解新型生态关系如何通过分子、细胞和行为水平的变化在进化过程中出现的绝佳模型，”加州理工学院的资深作者约瑟夫·帕克 (@Pselaphina)说。“作为这个问题的一部分，我们对漫游甲虫如何将它们腹部的这些腺体结构拼凑在一起很感兴趣，这些腺体结构由不同的细胞类型共同作用组成。这些结构是一个主要难题的体现：复杂的器官如何进化，这些器官通常由许多不同的细胞类型组成，这些细胞类型似乎彼此无缝合作。这种合作性是如何在进化过程中出现的，很难解释。”
帕克的实验室专注于甲虫，部分原因是它们能够在许多不同的生态系统中为自己开辟生态位，从泥土到蚁群内部。它们能够在其他昆虫(如蚂蚁)存在的情况下生存的一种方法是通过它们腹部的腺体释放一种防御性化合物，从而触发疼痛感受器。甲虫的身体非常灵活，可以将这些化学混合物直接涂抹在捕食者身上以保护自己。
这项研究的重点是一种名为Dalotia coriaria 的甲虫，它的腹部有一个叫做tergal的腺体，它会释放一种由两种化合物组成的混合物：苯醌，它们具有剧毒，但本身是固体，以及溶剂，一种烷烃和三种酯的脂肪酸衍生混合物。后一种化合物本身是良性的，但它们通过溶解苯醌将它们武器化。
Parker 的小组研究了 tergal 腺，发现了两种参与生物合成分工的细胞类型。“一种细胞类型产生苯醌，另一种细胞类型产生溶剂，”帕克说。“两者都需要创造一种赋予适应性价值的功能性分泌物。”
在这项研究中，研究人员使用甲虫腹部节段的单细胞转录组学来揭示新的酶途径，这些途径能够在每种细胞类型中产生这些物质。然后，他们利用这些发现进行更深入的挖掘，探索每种细胞类型的通路是如何从在甲虫其他地方的其他更古老细胞类型中起作用的成分构建的。“我们能够发现每种细胞类型的生物合成途径，然后可以询问这些途径在进化过程中是如何缝合在一起的，”帕克指出。
值得注意的是，其中一种细胞类型——制造烷烃和酯的溶剂细胞——被发现是包含甲虫外骨骼和两种古老的代谢细胞类型的混合体，这些细胞类型可以制造和储存脂质并产生信息素。“甲虫从这些古老的代谢细胞类型中招募了一个主要的基因表达程序，并将其安装到一块角质层中，形成一个腺体，”帕克说。
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