摘要：研究人員深入探究了特定逆轉錄元件在促進腸道微生物組的遺傳多樣性、蛋白質進化及適應性方面的作用。
胃腸道中棲息著數(shù)萬億個微生物，它們構成了一個動態(tài)而復雜的生態(tài)系統(tǒng)，與人類健康和疾病息息相關。
近日，加州大學洛杉磯分校等機構的研究人員深入探究了特定逆轉錄元件在促進腸道微生物組的遺傳多樣性、蛋白質進化及適應性方面的作用。
這項成果于10月9日發(fā)表在《Science》雜志上?！拔覀兊挠^察結果為理解基因組可塑性在塑造宿主相關微生物群落中的潛在作用打下了基礎，” 作者在文中寫道。
為了闡明腸道微生物組中的蛋白質多樣性和進化機制，研究人員首先整合了擬桿菌屬中1,103個代表菌株的參考基因組序列。
圖1 腸道微生物群中的自然定向進化
在此基礎上，他們對基因組特定區(qū)域的腺嘌呤堿基進行定向誘變，以搜索能影響基因組多樣性和蛋白質功能進化的多樣性生成逆轉錄元件（DGR）。
研究人員從618株細菌分離株中鑒定出1,113個DGR。其中，278株分離株含有多個DGR，如產(chǎn)酸擬桿菌、解木聚糖擬桿菌等。另外，340株分離株中含有單個DGR，包括脆弱擬桿菌和腸道擬桿菌。
基于這些發(fā)現(xiàn)，作者指出，“擬桿菌屬中的DGR相對于大多數(shù)細菌分類群更加普遍且豐富”。
研究人員通過系統(tǒng)發(fā)育分析，將DGR歸入與其他逆轉錄轉座子不同的單系群，并證實大多數(shù)DGR屬于預測的移動遺傳元件（MGE），來源于原噬菌體或整合性接合元件。
在后續(xù)分析中，研究團隊重點分析了35組易受DGR靶向作用的蛋白編碼序列。其中包括胞質激酶編碼基因、與病毒受體結合的蛋白質，以及在細菌表面形成毛發(fā)狀結構的菌毛蛋白或菌毛樣蛋白。
“通過促使參與細胞黏附、信號傳導等功能的蛋白質發(fā)生高變異，DGR有望在生態(tài)轉變和競爭性互作中促進微生物適應性，” 作者指出。
在小鼠模型上開展的實驗表明，當微生物面臨競爭壓力時，DGR引入的隨機突變往往趨同，進而產(chǎn)生相似的菌毛蛋白變化。
與此同時，當研究人員利用144對母嬰樣本的宏基因組序列數(shù)據(jù)評估DGR傳播模式時，他們發(fā)現(xiàn)追蹤的2,740個DGR在順產(chǎn)后更容易發(fā)生母嬰傳播。
這些結果表明，遺傳性DGR可能對生命早期的微生物組發(fā)育產(chǎn)生重大影響。不過，作者仍謹慎指出：“目前尚無法確定DGR以何種速率影響發(fā)育中嬰兒的微生物組?！?/div>
“未來需要結合長讀長測序技術，對縱向獲取的母嬰樣本進行深度測序，并結合Amplicon-Seq來深度表征多樣化可變區(qū)域，才能理解出生后的DGR動態(tài)變化，并鑒定受正向選擇影響的可變蛋白質，” 他們解釋道。
參考資料
[1] Natural directed evolution in gut microbiota
摘要：研究人員深入探究了特定逆轉錄元件在促進腸道微生物組的遺傳多樣性、蛋白質進化及適應性方面的作用。
胃腸道中棲息著數(shù)萬億個微生物，它們構成了一個動態(tài)而復雜的生態(tài)系統(tǒng)，與人類健康和疾病息息相關。
近日，加州大學洛杉磯分校等機構的研究人員深入探究了特定逆轉錄元件在促進腸道微生物組的遺傳多樣性、蛋白質進化及適應性方面的作用。
這項成果于10月9日發(fā)表在《Science》雜志上?！拔覀兊挠^察結果為理解基因組可塑性在塑造宿主相關微生物群落中的潛在作用打下了基礎，” 作者在文中寫道。
為了闡明腸道微生物組中的蛋白質多樣性和進化機制，研究人員首先整合了擬桿菌屬中1,103個代表菌株的參考基因組序列。
圖1 腸道微生物群中的自然定向進化
在此基礎上，他們對基因組特定區(qū)域的腺嘌呤堿基進行定向誘變，以搜索能影響基因組多樣性和蛋白質功能進化的多樣性生成逆轉錄元件（DGR）。
研究人員從618株細菌分離株中鑒定出1,113個DGR。其中，278株分離株含有多個DGR，如產(chǎn)酸擬桿菌、解木聚糖擬桿菌等。另外，340株分離株中含有單個DGR，包括脆弱擬桿菌和腸道擬桿菌。
基于這些發(fā)現(xiàn)，作者指出，“擬桿菌屬中的DGR相對于大多數(shù)細菌分類群更加普遍且豐富”。
研究人員通過系統(tǒng)發(fā)育分析，將DGR歸入與其他逆轉錄轉座子不同的單系群，并證實大多數(shù)DGR屬于預測的移動遺傳元件（MGE），來源于原噬菌體或整合性接合元件。
在后續(xù)分析中，研究團隊重點分析了35組易受DGR靶向作用的蛋白編碼序列。其中包括胞質激酶編碼基因、與病毒受體結合的蛋白質，以及在細菌表面形成毛發(fā)狀結構的菌毛蛋白或菌毛樣蛋白。
“通過促使參與細胞黏附、信號傳導等功能的蛋白質發(fā)生高變異，DGR有望在生態(tài)轉變和競爭性互作中促進微生物適應性，” 作者指出。
在小鼠模型上開展的實驗表明，當微生物面臨競爭壓力時，DGR引入的隨機突變往往趨同，進而產(chǎn)生相似的菌毛蛋白變化。
與此同時，當研究人員利用144對母嬰樣本的宏基因組序列數(shù)據(jù)評估DGR傳播模式時，他們發(fā)現(xiàn)追蹤的2,740個DGR在順產(chǎn)后更容易發(fā)生母嬰傳播。
這些結果表明，遺傳性DGR可能對生命早期的微生物組發(fā)育產(chǎn)生重大影響。不過，作者仍謹慎指出：“目前尚無法確定DGR以何種速率影響發(fā)育中嬰兒的微生物組。”
“未來需要結合長讀長測序技術，對縱向獲取的母嬰樣本進行深度測序，并結合Amplicon-Seq來深度表征多樣化可變區(qū)域，才能理解出生后的DGR動態(tài)變化，并鑒定受正向選擇影響的可變蛋白質，” 他們解釋道。
參考資料
[1] Natural directed evolution in gut microbiota
