ストレプトコッカスのコアと汎遺伝子の進化：ポジティブ選択、組換え、およびゲノム組成

背景：Streptococcus属は、最も多様で重要な人間および農業の病原体の1つです。この研究では、26のストレプトコッカスゲノムの比較進化分析を採用して、宿主への病原体適応における組換えとポジティブ選択の相対的な役割の理解が向上しました。 結果：連鎖球菌ゲノムは、種の極端なレベルの進化的可塑性を示し、種および株の進化中の遺伝子の獲得と喪失が高くなります。S. agalactiaeには、コアゲノームにほとんど組み合わせがほとんどなく、大きなパンゲノムがあり、S。pyogenesはより小さなパンゲノムとそのコアゲノムのはるかに多くの組換えを持ち、おそらくより大きな生息地、および遺伝子プール、多様性を反映していますS. pyogenesと比較したS. agalactiaeの場合。コアゲノームの組換えは、すべての系統で明らかでした（コアゲノームの18％から37％が組換えであると判断されました）が、種分化中に陽性選択が主に観察されました（コアゲノームの11％から34％）。正の選択圧力は、系統と生化学的主要な役割カテゴリに不均等に分布していました。S. suisは、最大レベルのポジティブセレクション圧力、選択された最大数のユニークな遺伝子座、および最大量の遺伝子の獲得と損失を伴う系統でした。 結論：組換えは、系統特異的遺伝子座としてのゲノムのかなりの部分を獲得するだけでなく、コアゲノムの急速な進化を促進する際にも、ストレプトコッカスゲノムを形成する際の重要な進化力です。ポジティブセレクションは、間違いなく遅いプロセスでしたが、それにもかかわらず、異なるストレプトコッカス種のコアゲノムの異なる宿主への適応において重要な役割を果たしてきました。

BACKGROUND: The genus Streptococcus is one of the most diverse and important human and agricultural pathogens. This study employs comparative evolutionary analyses of 26 Streptococcus genomes to yield an improved understanding of the relative roles of recombination and positive selection in pathogen adaptation to their hosts. RESULTS: Streptococcus genomes exhibit extreme levels of evolutionary plasticity, with high levels of gene gain and loss during species and strain evolution. S. agalactiae has a large pan-genome, with little recombination in its core-genome, while S. pyogenes has a smaller pan-genome and much more recombination of its core-genome, perhaps reflecting the greater habitat, and gene pool, diversity for S. agalactiae compared to S. pyogenes. Core-genome recombination was evident in all lineages (18% to 37% of the core-genome judged to be recombinant), while positive selection was mainly observed during species differentiation (from 11% to 34% of the core-genome). Positive selection pressure was unevenly distributed across lineages and biochemical main role categories. S. suis was the lineage with the greatest level of positive selection pressure, the largest number of unique loci selected, and the largest amount of gene gain and loss. CONCLUSION: Recombination is an important evolutionary force in shaping Streptococcus genomes, not only in the acquisition of significant portions of the genome as lineage specific loci, but also in facilitating rapid evolution of the core-genome. Positive selection, although undoubtedly a slower process, has nonetheless played an important role in adaptation of the core-genome of different Streptococcus species to different hosts.