![]()
突变率变异、选择和重组在塑造细菌种群基因组变异中的相对贡献仍然知之甚少。
2025年1月4日，军事科学院军事医学研究院微生物流行病研究所崔玉军、杨瑞馥和青海省鼠疫预防控制重点实验室祁芝珍共同通讯在Nature communications 上在线发表题为“Hotspots of genetic change in Yersinia pestis”的研究论文，研究分析了 3318 个鼠疫耶尔森菌基因组，跨越近一个世纪，包括 2336 个新测序的菌株，以阐明种群水平的遗传多样性和变异分布模式。
研究确定了45个基因组区域（“热区域”，HRs），虽然它们只占基因组的一小部分，但却是遗传变异的温床。这些HR非随机分布在鼠疫耶尔森杆菌系统发育谱系中，主要与调控基因有关，强调了它们的潜在功能意义。研究探讨了有助于HR塑造和维持的各种因素，包括基因组背景、同源重组、突变率变异和自然选择。研究结果表明，正向选择可能是HR出现的主要驱动力，但不是唯一的力量，这些区域内明显的变异清除趋势证明了这一点。
细菌的进化轨迹深受自发突变的影响，它们并不均匀地分散在细菌染色体上。这种差异导致了突变基因组热点和冷点的出现，病原菌中的列联位点很好地说明了这种现象。这些区域以增加可变性为标志，被认为是进化适应的结果，这些适应促进了快速表型变化，以应对环境压力带来的不可预测的挑战。新一代测序（NGS）技术的普及证实了多种细菌物种的基因组中存在突变偏倚。然而，非随机突变在大规模自然种群中的分布模式和功能单元尚不完全清楚，也没有单一的解释模型获得普遍接受。这种理解上的差距导致了持续的争论，对大肠杆菌的研究得出的相互矛盾的结论就凸显了这一点。图1 3318 株鼠疫耶尔森菌基因组的系统发育分析和全球分布（摘自Nature communications ）Martincorena 等人检查了34种大肠杆菌天然分离株的基因组，并在同义替换中发现了不同的非随机模式，某些区域的同义多样性 （θs)。他们提出，这些变异可能反映了进化形成的局部突变率。相反，Maddamsetti 等人分析了大肠杆菌长期进化实验（LTEE）的数据，观察到点替换的分布也不均匀，但将其与基因长度联系起来，而不是与基因间突变率的变化有关。他们认为观察到的θs在自然大肠杆菌种群中可能是由于有效种群大小的变化（Ne），受选择压力、基因流或种群结构的影响。鼠疫耶尔森菌是历史上鼠疫大流行背后的臭名昭著的病原体，在天然水库中持续存在，继续构成重大的公共卫生风险。对133个鼠疫耶尔森菌基因组的详细检查显示，在 3450个核心基因中，有7个非同义SNP的密度非常高。在另一项针对四十多年来从局部自然鼠疫焦点收集的78种鼠疫耶尔森菌菌株的研究中，rpoZ基因作为遗传变异热点脱颖而出，其变异密度比其他基因组区域高出2000倍以上。这些观察结果突出了鼠疫耶尔森菌基因组内替换的非随机分布。基于这些发现，研究仔细检查了3318个鼠疫耶尔森菌基因组，这些基因组跨越了97年的历史时期，包括来自全球主要自然鼠疫疫源地的样本。我们的综合研究旨在阐明自然种群水平的遗传多样性和替代分布模式。通过使用鼠疫耶尔森菌作为模式生物，研究提供了遗传变异的热门区域的详细视图，并假设了决定非随机变异分布的机制。https://doi.org/10.1038/s41467-024-55581-4![]()
—END—
内容为【iNature】公众号原创，
转载请写明来源于【iNature】
微信加群
iNature汇集了4万名生命科学的研究人员及医生。我们组建了80个综合群（16个PI群及64个博士群），同时更具专业专门组建了相关专业群（植物，免疫，细胞，微生物，基因编辑，神经，化学，物理，心血管，肿瘤等群）。温馨提示：进群请备注一下（格式如学校+专业+姓名，如果是PI/教授，请注明是PI/教授，否则就直接默认为在读博士，谢谢）。可以先加小编微信号（love_iNature），或者是长按二维码，添加小编，之后再进相关的群，非诚勿扰。
![]()
![]()
投稿、合作、转载授权事宜
请联系微信ID：13701829856 或邮箱：iNature2020@163.com
觉得本文好看，请点这里！
