廖静秋等展现天然挑选和种群生态对微生物演化的做用

约20年前原核生物泛基因组的发觉转变了我们对微生物演化的认知【1】。至此，对付微生物基因组差别性孕育发生的缘故原由科学界一向存在争议【2】。是顺应性演化照旧中性演化？微生物的生态怎样影响基因的得到和丧失？这些题目都亟待解答。而解答这些题目，必要大量的种群数据表征物种在情况中真实的基因组多样性、空间漫衍以及品貌。

2021年7月15日，康奈尔大学Marin Wiedmann课题组团结麻省理工学院Otto X. Cordero课题组在Nature Microbiology 期刊颁发题为Nationwide genomic atlas of soil-dwelling Listeria reveals effects of selection and population ecology on pangenome evolution的最新研究结果【3】，展示了Listeria包罗食源性病原体Listeria monocytogenes的大标准空间漫衍特性，并揭破了天然选择和种群生态对付微生物基因组演化的作用。廖静秋博士为该文章的第一作者。

作者通过在全美国天然情况中体系性地收罗凌驾1000份泥土样品，网络了快要2000个Listeria菌株，构建了至今为止最大的泥土Listeria数据集。作者发觉Listeria 重要漫衍在密西西比流域 （图1），而且该漫衍重要受泥土盐分、钼 （Molybdenum）含量以及水分的操纵。通过对600个代表性菌株举行高通量全基因组测序，作者界说了12个物种程度上的Listeria体系群 ，发觉它们的地理漫衍范畴以及栖息地广度都具有极大的差别性，比方L. welshimeri 在全美非常广泛，而L. cossartiae极为有数。通过群体遗传性深度阐发，作者进而发觉体系群的空间漫衍广泛性和基因组的差别性高度相干：栖息地越广的体系群，它的泛基因组越开放。同时，作者发觉栖息地越广的体系群，基因得到和丧失以及基因互换的频率更高，而且天然正选择的强度更大，但这类体系群并未出现出更高的核苷酸多样性，而且险些全部的体系群空间扩散的限定都不强。在正选择作用下的基因，很多基因参加了Molybdopterin的合成（Molybdopterin是叶酸合成历程中绑定在钼元素上的辅因子），这和通过生态学阐发判定的钼元素为Listeria漫衍的重要驱动因子的效果高度同等。这些效果表现物种的基因组差别性是由其对情况的顺应性所驱动的，而不是中性理论中的随机性。

别的，作者展示了天然正选择强度和体系群栖息地广度的相干性只体现在体系群特有的焦点基因中，而不是在全部Listeria的焦点基因中。许多正选择作用下的体系群特有焦点基因的功效为营养物质的通报、卵白质排泄和DNA重组。这些效果阐明体系群特有的焦点基因是微生物可以或许顺应差别情况的要害因子。

综上，作者通太过析Listeria的大标准空间漫衍和基因组特性，展示了微生物生态和基因组演化的直接联系关系性。这项研究对微生物基因组机动性（包罗泛基因组的演化、基因得到和丧失、同源重组）的成因题目举行相识答，为分析微生物演化机制提供了理论底子。同时，该项研究所孕育发生的笼罩全美的Listeria地理漫衍和全基因组数据以及相应的生态数据（泥土性子、天气、地皮使用等），为研究微生物种群遗传学以及研究Listeria，尤其是食源性病原体L. monocytogenes的学者们提供了一个要害数据库。

图1. Listeria 在美国天然泥土中的漫衍。圆点表现Listeria 存在的所在，叉表现Listeria不存在的所在，红线表现密西西比河，蓝线表现密西西比流域界限。

制版人：十一

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