Salamat sa pagbisita sa Kalikasan. Ang bersyon sa browser nga imong gigamit adunay limitado nga suporta alang sa CSS. Alang sa labing maayo nga kasinatian, among girekomendar nga mogamit ka og mas bag-ong bersyon sa browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Sa samang higayon, aron maseguro ang padayon nga suporta, ipakita namo ang mga site nga walay mga estilo ug JavaScript.
Ang pagsunud-sunod sa genome nagpalagsik sa natad sa panukiduki sa makatakod nga sakit, nagpadayag sa epidemiology sa sakit, pathogenesis, interaksyon sa host-pathogen, ug ang proseso sa ebolusyon nga gipahamtang sa mga pathogen. Ang Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC) nag-isip sa Mycobacterium bovis isip usa sa mga miyembro nga adaptive sa hayop nga hinungdan sa tuberculosis (TB) sa terrestrial mammals, ug usa ka tipikal nga modelo sa ebolusyon sa bakterya. Sama sa ubang mga miyembro sa MTBC, ang Mycobacterium bovis gituohan nga usa ka estrikto nga cloned, hinay nga nag-uswag nga pathogen, ug klaro nga walay timailhan sa recombination o horizontal gene transfer. Niini nga trabaho, among gipadapat ang comparative genomics sa tibuok genome sequence (WGS) dataset nga gilangkuban sa 70 ka baka M. gikan sa lain-laing pedigrees (Europe ug Africa) aron makakuha og mga panabut sa genetic diversity sa baka M. Evolutionary power. Tulo ka lain-laing mga pamaagi ang gigamit sa pagbanabana sa mga timailhan sa reorganisasyon. Sa tibuok kalibutan, usa ka gamay nga gidaghanon sa mga recombination nga mga panghitabo ang giila ug gikumpirma sa duha ka independenteng mga pamaagi nga adunay lig-on nga suporta. Bisan pa niana, kon itandi sa mutasyon, ang recombination adunay mas huyang nga epekto sa diversity sa M. bovis (kinatibuk-ang r/m = 0.037). Ang kalainan r / m average nga nakuha sa clonal complex sa Mycobacterium bovis sa among data set nahiuyon sa kinatibuk-ang konsepto nga ang ang-ang sa recombination mahimong magkalahi kaayo tali sa mga linya nga gi-assign sa parehas nga taxonomic species. Base sa niini nga buhat, ang recombination sa Mycobacterium bovis dili mahimong isalikway, mao nga kini kinahanglan nga ang hilisgutan sa dugang nga mga paningkamot sa umaabot nga comparative genomics research, diin WGS sa dako nga data sets gikan sa lain-laing mga epidemiological mga sitwasyon sa tibuok kalibutan mao ang importante. Usa ka dugang nga pagtuki ang gihimo sa mas gamay nga Mycobacterium bovis data set (n = 42) gikan sa multi-host TB prevalence, ug labaw pa sa 1,800 loci ang giila, diin labing menos usa ka strain nagpakita sa usa ka nucleotide polymorphism (SNP) . Kadaghanan (87.1%) nahimutang sa rehiyon sa coding, ug ang global nga ratio sa dili parehas nga mga pagbag-o (dN / dS) sa parehas nga mga pagbag-o milapas sa 1.5, nga nagpakita nga ang positibo nga pagpili usa ka hinungdanon nga puwersa sa ebolusyon nga gihimo sa M. bovis. Ang usa ka mas taas nga proporsiyon sa SNPs nakita sa mga gene nga dato sa functional nga mga kategoriya sa "lipid metabolism", "cell wall ug cellular nga mga proseso", ug "intermediate metabolism ug respiration", nga nagpadayag sa ilang potensyal sa biology ug ebolusyon sa Mycobacterium bovis importansya. Ang mas duol nga pagtan-aw sa mga gene sa mga katigulangan sa MTBC nga dali nga mabalhin sa pinahigda nga pagbalhin sa gene ug gilakip sa 3R (DNA repair, replication, and recombination) nga sistema nagpadayag sa global average negatibo nga kantidad sa Taijima's D neutral nga pagsulay, nga nagpakita sa nangagi nga pinili nga pag-scan Ang bag-o nga bottleneck human sa pagpalapad sa populasyon mao gihapon ang nag-unang evolutionary driving factor alang sa mandatory pathogen pathogen Mycobacterium.
Ang Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC) usa sa labing malampuson nga taxa sa bacterial pathogens ug usa ka tipikal nga kaso sa bacterial evolution. Ang mga miyembro niini nagpakita sa katingala nga taas nga nucleotide identity sa genomic level (> 99%)1,2. Ang lainlaing MTBC ecotypes mahimong hinungdan sa tuberculosis (TB), nga usa ka makatakod nga sakit nga granulomatous, sa usa ka halapad nga klase sa host gikan sa micro-mammals hangtod sa mga tawo3,4,5. Sa pagkakaron, ang komplikado naglakip sa mga tawo [M. Tuberculosis (Mtb), Mycobacterium africanum] ug mga pathogens nga gipahiangay sa hayop (Mycobacterium bovis, Mycobacterium capitum, Mycobacterium pinnipedum, Mycobacterium microtobacter , Mycobacterium mongee, Mycobacterium miysani, Mycobacterium surikampanzee" , "Bacillus" ug "6") M. canettii (nailhan usab nga "Nodobacter glabrata") Ang kasagaran nga identidad sa nucleotide nga adunay gihisgutan nga mycobacteria mao ang 98%, ug ang pagtandi sa genomics nga buhat nagpakita nga ang M. canettii ug ang nahabilin sa MTBC bag-o lang nagbulag gikan sa komon nga katigulangan.7 Gikonsiderar kini nga konsepto, ang ubang mga awtor nagtawag sa M. canettii8 Member.
Ang MTBC sistematikong gihulagway nga usa ka estrikto nga clonal complex, ug ang istruktura sa populasyon niini klaro nga gidumala sa pagkunhod sa pagkalain-lain, mga bottleneck, pinili nga pag-scan, ug genetic drift9,10. Sa pag-ingon nga ang komplikado nga estrikto nga clonal evolution, sama sa nawala nga mga polymorphism dili mapasig-uli pinaagi sa recombination. Base sa kini nga premise, ang sunud-sunod nga mga panghitabo sa genomic nga pagtangtang sa differential region (RD) ug TbD1 (Mtb specific deletion 1 region) gisugyot isip molekular nga mga marker sa MTBC evolution2,5,11. Ang comparative genomics ug whole genome sequencing (WGS) nga trabaho nagsuporta sa pagbahin sa mga miyembro nga gipahiangay sa tawo ngadto sa siyam ka mga linya (Mycobacterium tuberculosis L1 ngadto sa L4, L7, ug L8; ug Mycobacterium africanum L5, L6, ug L9), mga linya sa L2 ngadto sa L4 nga gibahin ang TbD1, rehiyon2,11. Dugang pa, ang mga miyembro nga gipahiangay sa hayop gisugyot nga magpaambit sa usa ka komon nga katigulangan, nga gihubit pinaagi sa mga pagtangtang nga piho sa clade sa RD7, RD8, RD9 ug RD102, 5, ug 14.
Ang horizontal gene transfer (HGT) ug recombination nga mga panghitabo giisip nga talagsaon ug mahitabo sa mga katigulangan sa MTBC, kay sa lain-laing kasaysayan sa tibuok MTBC member15,16,17. Duha ka sayo nga mga taho ni Hughes and collaborators (2002) ug Gutacker and collaborators (2006) nagsugyot nga ang recombination nga mga panghitabo mahimong makatabang sa paghulma sa polymorphism nga nagtimaan sa piho nga loci sa M. tuberculosis strains18,19. Ang mga hinungdan sa dayag nga kakulang sa recombination sa MTBC mao ang: (1) ang mekanikal nga proseso ug pagkawala sa abilidad sa HGT; (2) ang panagsa ra sa HGT nga mga panghitabo; (3) walay kahigayonan sa recombination nga mga panghitabo sa MTBC niche14,17. Bag-ohay lang, ang pipila ka mga whole-genome sequencing (WGS) nga mga pagtuon nga gipadapat sa MTBC strain 20 ug Mycobacterium bovis 21 naghatag og ebidensya sa recombination, ang una nga nagpakita nga ang MTBC strains kasagarang magbayloay og gagmay nga mga tipik sa DNA, apan tungod sa limitado nga nucleotide sequence variation, kini nga mga panghitabo Wala gihapon namatikdan.
Ang Mycobacterium bovis mao ang kasagarang na-recover nga miyembro sa MTBC gikan sa kahayupan (kadaghanan sa mga baka), bisan pa nga kini mahimo usab nga ihimulag gikan sa free-range ug koral nga ihalas nga mga mananap4,22,23,24. M. bovis milambo ngadto sa lima ka dagkong clonal complexes [European 1 (Eu1), European 2 (Eu2), European 3 (Eu3), African 1 (Af1) ug Africa 2 (Af2)], sumala sa spoligotyping profile, espesipikong pagtangtang Ug single nucleotide polymorphisms (SNPs) 25, 27,26 sa piho nga gene. Kini nga mga clonal complex nagpakita sa lain-laing istruktura sa populasyon sa Mycobacterium bovis ug ang pagpakig-uban niini sa geographic nga mga rehiyon. Dugang pa, ang bag-o nga buluhaton sa WGS nga gihimo ni Zimpel ug mga kauban (2020) nagdesinyo ug usa ka phylogeny nga gibase sa SNP sa Mycobacterium bovis, nga adunay labaw pa sa 1,900 nga mga genome, nga nagpakita nga adunay labing menos upat ka lainlaing mga linya (gingalanan Lb1 hangtod Lb1 hangtod Lb4), dili sila hingpit nga nahiuyon sa nauna nga geographic nga espesipiko nga komplikado, bisan kung gipamatud-an usab nga espesipiko sa geographic kaniadto. Kini nga mga tigsulat nagpahigayon ug differential analysis sa phylogeny ug molecular dating, apan wala magtuon sa recombination30.
Ang nangaging trabaho gamit ang lainlaing mga teknik sa molekula, sama sa spoligotyping, MIRU-VNTR (mycobacterial interspersed repeat unit-variable tandem repeat number), ug bag-o nga SNP typing nagpadayag sa usa ka lebel sa genetic diversity sa M. bovis strains 31,32,33, 34,35. Ang pagkalahi sa genetic variation nahimong importante nga himan sa pagtuon sa epidemiology sa sakit, nga makatabang sa lawom nga pagsabot sa pathogenesis, virulence ug transmission sa sakit. Ang pagtumaw sa pamaagi sa WGS naghatag ug posibilidad sa pagpadayag sa ebolusyonaryong mga hinungdan sa pagmaneho nga gipahamtang sa Mycobacterium bovis genome sa proseso sa pagpahaom ug pagpadayon sa lain-laing mga host ug epidemiological nga mga senaryo.
Niini nga trabaho, gigamit namo ang pagtandi sa genomic analysis sa nagkalain-laing Mycoplasma bovis datasets (n=70), lakip ang mga isolate gikan sa lain-laing clonal complexes, aron makakuha og mga pagsabot sa ebolusyonaryong proseso sa Mycoplasma bovis, ilabi na sa pagsulbad sa phylogenetic nga relasyon Ug recombination nga mga panghitabo. Isip usa ka suplemento niini nga pag-analisa, usa ka sub-data set sa M. bovis isolates (n = 42) nga nakuha gikan sa usa ka maayo nga gihulagway nga multi-host tuberculosis nga dapit sa Portugal 31,36 dugang nga gisusi aron sa pag-infer sa non-identity Ang balanse tali sa relative ratio of sense (dN) ngadto sa synonymous (dS) nucleotide substitutions, nga gihisgutan sa mga espesipikong mga pag-ilis sa nucleotide, ingon man sa mga espesipikong kontribusyon sa ebolusyon sa literatura. Ang 37,38 nga nakuha sa mga katigulangan sa MTBC pinaagi sa HGT, ug gi-encode ang 3R (DNA repair, replication, and recombination) nga mga sangkap sa gene nga sistema 39. Pilia ang mga gene nga nakuha pinaagi sa HGT tungod kay kini mahimong magrepresentar sa mga karaang polymorphism, mao nga kini gilauman nga sila mahimong adunay mas taas nga proporsiyon sa susama nga mga kausaban. Ang mga gene nga gilakip sa 3R nga sistema gipili tungod kay ang nangaging trabaho sa M. tuberculosis strains nagpakita sa kinatibuk-ang negatibo/purification nga mga pagpili nga nagtrabaho niini nga mga gene, ug sila mahimong adunay importante nga papel sa ebolusyon 39. Ang laing tumong niini nga trabaho mao ang pag-infer sa paglungtad sa mga panghitabo sa reorganisasyon. Tungod niini nga hinungdan, nga gikonsiderar nga ang among dataset gikan sa Portugal naglangkob lamang sa mga genome sa European clone complex 2 ug ang mga strain nga wala mag-assign sa clone complex, nakahukom kami nga ilakip ang publiko nga magamit nga genome data aron sa katapusan makakuha usa ka representante sa tanan nga clone complex, ug Pagpauswag sa kalig-on ug gilapdon sa mga resulta.
42 ka bag-ong sequenced Mycoplasma bovis genome gikan sa Portuguese endemic multi-host tuberculosis scene (mga detalye sa ubos), nga kaniadto gihulagway gikan sa epidemiological perspective36, mao ang sentro niini nga buhat. Sa pagkonsiderar nga ang data set gikan sa Portugal adunay mga representante lamang sa European 2 clone complexes ug strains nga walay gitudlo nga mga complex, ang publiko nga anaa sa tibuok-genome sequencing data gidugang aron sa pagpalapad sa data set nga naglakip sa tanang mga representante sa M. bovis clone complexes. Busa, tulo ka tibuok-genome sequencing data tinubdan gigamit niini nga buhat: kompleto/draft genome assembly, hangtod sa 10 scaffolds gitipigan sa NCBI (National Center for Biotechnology Information) (n = 15 isolates); gitipigan sa SRA ( Ang Illumina fastq file sa sequence read archive) nagrepresentar sa komplikadong diversity sa M. bovis clones (n = 12 isolates)30; ug 42 ka bag-ong sequenced genome gikan sa Portugal. Ang Mycobacterium bovis BCG (Bacille Calmette-Guerin) wala iapil sa pagpangita sa NCBI. Ang M. bovis AF2122/97 kasagarang gigamit isip reference genome nga iapil sa dataset. Tungod sa dili magamit sa publiko sa tibuuk nga pagkasunud sa genome nga girepresentahan sa African 1 cloning complex, ug ang gamay nga gidaghanon sa mga genome gikan sa representante nga mga strain sa Af2 ug Eu1, ang orihinal nga sequencing data nga gihatag sa SRA gigamit sa kini nga mga kaso. Ang buhat ni Zimpel ug sa iyang mga kauban (2020) nakatabang sa pag-ila sa genome gikan sa nahisgutan nga cloning complex ug nakatabang sa pagpili sa Mycobacterium bovis aron maapil sa set sa datos. Alang sa Eu3, usa ra ka klase sa genome ang gihulagway (Branger et al., 2020), busa ang genome nga among gilakip usa ka lahi nga representante sa Eu3 complex.
Sa tibuok kalibutan, kini nga set sa datos naglakip sa 70 ka baka M. bovis nga nahimulag gikan sa 8 ka host species, nga giapod-apod sa 12 ka mga nasud gikan sa 1985 ngadto sa 2016. 36 ka espisye ang gitudlo nga Eu2, 7 ka espisye ang Eu1, 1 ka espisye ang Eu3, 3 ka espisye ang Af1, 4 ka espisye ang Af2 ug 19 ang dili tungod sa bisan unsang clonal complex. Ang detalyado nga kasayuran (lakip ang numero sa pag-access) sa Mycobacterium bovis nga gigamit sa kini nga pagtuon gipakita sa Talaan 1 ug Supplement nga Talaan 1.
Ang 42 nga bag-ong sequenced whole genome sa Mycobacterium bovis gikan sa mga hotspot sa tuberculosis sa mga hayop sa Portugal ug gipang-apod-apod sulod sa labaw sa 12 ka tuig mao ang sentro niini nga pagtuon, tungod kay ang potensyal nga mga sistema sa sakit sa wildlife-livestock kanunay nga gibantayan 31,36 (Supplementary Fig. 1). Sumala sa sunod nga mga pamaagi, kini nga mga strain nahimulag gikan sa mga baka (n = 14), pula nga osa (n = 16) ug ihalas nga baboy (n = 12) gikan sa 2003 ngadto sa 2015: pagkolekta ug pagdumala sa mga mananap sumala sa girekomendar protocol guidelines Ang mga sample sa tisyu anaa sa OIE Terrestrial Animal Handbook ug gi-inoculate sa Stonebrinvank-ug solidong medium nga Löwensteink. Ang mga kultura gilumlom sa 37 °C ug ang pagtubo gisusi kausa sa usa ka semana sulod sa labing menos 12 ka semana. Ang mga kolonya direkta nga gitipigan sa usa ka solusyon sa glycerol sa -80ºC. Sa Mycobacterium selective medium (Middlebrook 7H9, BD Diagnostics), ang orihinal nga archive nga mga sample gipasa sa usa ka in vitro passage in vitro aron makuha ang DNA sa WGS nga programa. Alang niini, ang frozen nga kultura stock solution gipadato sa 5% sodium pyruvate ug 10% ADS (50 g albumin, 20 g glucose, 8.5 g sodium chloride sa 1 L nga tubig) sa Middlebrook 7H9 sa 37 ° C Retrain. Pagkahuman sa 4 ka semana nga pagtubo, ang medium gibag-o ug ang kultura kanunay nga gibantayan hangtod makita ang pagtubo. Ang mga selyula giani pinaagi sa centrifugation, ang pellet gisuspinde pag-usab sa 500 µL phosphate buffered saline (PBS), gipainit sa 99 °C sulod sa 30 minutos, centrifuged, ug ang supernatant gitipigan sa -20 °C hangtod sa WGS. Ang tanan nga mga pamaagi gihimo sa lebel 3 biosafety nga pasilidad.
Ang WGS paired-end genome library giandam gamit ang talagsaong index sa matag sample sa DNA, ug naggamit sa Illumina MiSeq (2 × 250 pb) (40 samples) ug HiSeq (2 × 150 pb) (duha ka isolates) nga teknolohiya (Eurofins Genomics, Germany) para sa sequencing. Sumala sa mga instruksyon sa tiggama, gamita ang Illumina Genome Analyzer nga adunay double-ended module attachment aron masunod-sunod ang genomic DNA, ug gamita ang Nextera XT DNA Library Prep Kit gikan sa Illumina aron matukod ang library.
Gikonsiderar ang mga datos nga nakuha gikan sa SRA (n = 12), ang pag-ila sa clone complex mahimong magamit ingon nga metadata sa katugbang nga publikasyon 30, 41, 43. Kung gikonsiderar ang kompleto nga genome, gawas sa Mycobacterium bovis AF2122/97 ug Mycobacterium bovis 3601, nga giila nga cloud1nal complex nga mga miyembro sa 3601, cloud1 ug mycobacterium. 29, sa tinuud, parehas kini sa kompleto nga genome sa Mycobacterium tuberculosis H37Rv (NCBI accession number NC_000962.3). Ang genome alignment gihimo gamit ang MAFFT (multiple alignment program of amino acid o nucleotide sequence, version 7.458) ug parameter -addfragments48. Dayon, pangitaa ang pagkawala sa lainlaing clonal complex ug/o ang presensya sa mga feature sa SNP.
Ang bag-ong sequenced Mycobacterium bovis (n = 42) ug ang orihinal nga mga pagbasa sa assembled genome draft (n = 3) align sa complex uban sa reference genome Mycobacterium tuberculosis H37Rv pinaagi sa vSNP pipeline ug ang presensya sa pagtangtang ug/o SNP features sa lain-laing clones Usa ka pagpangita ang gihimo.
Pagkolekta og impormasyon gikan sa kakulang sa mga feature ug/o ang presensya/pagkawala sa SNP ug spoligotyping nga mga profile aron ma-assign ang genomic data sa katugbang nga clonal complex. Alang sa upat ka mga draft nga asembliya, ang profile sa spoligotyping dili mahibal-an, mao nga gilakip sila sa grupo nga "walay komplikado".
Ang bioinformatics workflow nga gisundan niini nga trabaho nagsugod gikan sa de novo assembly ug pagmapa ngadto sa usa ka reference nga estratehiya, uban ang tumong sa pagsuhid sa recombination nga mga panghitabo ug piho nga genome polymorphism. Ang Figure 1 naghatag ug flowchart sa mga lakang nga gisunod. Para sa pagtuki sa recombination, ang tanang genome gigamit aron madugangan ang kalig-on sa mga inferences ug may kalabutan nga mga indicators.
Aron makunhuran ang mga kasaypanan sa henerasyon sa genome consensus sequences, nakuha una namo ang de novo assembly, ug dayon nakuha ang core multiple alignment. Ang Unicycler pipeline anaa karon sa https://github.com/rrwick/Unicycler49 ug gigamit sa paghimo sa de novo nga asembliya sa 54 ka sequenced genome (42 bag-ong sequenced ug 12 fastq files nga nakuha gikan sa SRA). Sa laktud nga pagkasulti, sa wala pa mag-assemble gikan sa wala, ang pag-analisar sa kalidad sa pagbasa gihimo sa FastQC nga bersyon 0.11.7 (https://github.com/s-andrews/FastQC), ug Trimmomatic nga bersyon 0.36 (opsyon nga "pagputol sa mga Adapter ug uban pang mga sunud-sunod nga espesipiko sa suga gikan sa mga pagbasa" ug "Pagputol sa mga base gikan sa katapusan sa 0.36" ang kalidad nga gipadapat (http://www.usadellab.org/cms/?page= trimmomatic) 50. Dayon, ang SPAdes optimiser49 gigamit para sa genome assembly, ug ang Pilon version 1.1851 gigamit para sa post-assembly optimization. Gipili ang konserbatibo nga paagi sa pagsumpay aron malikayan ang sayop nga asembliya, ug ang k-mer nga gidak-on gipangita ug gipili tali sa 20% ug 95% sa gibasa nga gitas-on. Sunda ang mga giya sa SPAdes ug ikonsiderar ang gibasa nga gidak-on, kuhaa ang mga contig nga mas gamay sa 300 bp, ug i-establisar ang 20 nga read depth coverage cutoff nga 52. Sa de novo assembly strategy, ang mga genomic nga rehiyon sama sa nagbalikbalik nga proline-glutamate (PE) ug proline-proline glutamate (PPE) paralogs wala gitangtang.
Ang kalidad sa de novo nga asembliya gisusi pinaagi sa QUAST pipeline (http://quast.sourceforge.net/quast.html), nga nagpadali sa pagbag-o sa contig ug sa M. bovis AF2122/97 reference genome (NCBI accession number LT708304.1) Mapping (tan-awa ang Supplementary Table 1 alang sa kalidad nga mga parameter).
Uban sa tabang sa vSNP pipeline (https://github.com/USDA-VS/vSNP), ang FASTQ file sa bag-ong sequenced M. bovis gikan sa Illumina sequencing gitandi sa M. bovis AF2122/97 reference genome (LT708304.1)). Sumala sa labing maayo nga praktis nga rekomendasyon sa Genome Analysis Toolkit (GATK) 53, 54, 55 mag-aplay sa standard nga mga parameter sa filter o lain-laing mga marka sa masa alang sa recalibration. Ang mga resulta gisala gamit ang pinakaubos nga marka sa masa sa SAMtools nga 150 ug AC = 2. Gamita usab ang Kraken (http://ccb.jhu.edu/software/kraken/) aron masusi ang mga pagbasa aron malikayan ang kontaminasyon. Ang vSNP pipeline nga gigamit sa pagmapa sa pagkasunod-sunod nga mga estratehiya sa among trabaho nagsusi sa usa ka serye sa gipiho nga mga SNP ug mga target, ug wala usab giapil ang nagkasagol nga mga sitwasyon sa impeksyon. Ang gibasa nga genome coverage mas maayo kaysa 99% (Supplementary Table 1).
Aron malikayan ang mga kasaypanan sa pagmapa ug sayop nga mga SNP, isala ang usa ka variant sa mosunod nga mga kaso: (1) kini gisuportahan sa ubos sa 20 nga mga pagbasa, (2) kini makita nga adunay frequency nga ubos pa sa 0.9, (3) kini anaa sa labing menos usa ka Strain, apan labing menos adunay mga kal-ang sa laing strain. Ang integrated genomics viewer (IGV) nga bersyon 2.4.19 (http://software.broadinstitute.org/software/igv/)56 gigamit sa biswal nga pagsusi sa mga SNP ug mga posisyon nga adunay mga problema sa pagmapa o pag-align. Tungod kay ang proline-glutamate (PE) ug proline-proline glutamate (PPE) nga mga gene kay duplicated kaayo ug kabahin sa usa ka multi-gene nga pamilya, dali ra silang masaypan sa pagsabot sa Illumina sequencing ug mismapping, mao nga sila gipalabi Ang mycobacterial bioinformatics workflow nagtangtang sa mga miyembro sa tuberculosis complex kung gigamit ang estratehiya sa pagkumpirma sa SNP sa pagkasunodsunod. Busa, gisala namo ang PE/PPE genes ug indels gikan sa pagtuki.
Sumala sa Bovilist (http://genolist.pasteur.fr/BoviList/), ang tanang SNP gibahin ngadto sa functional nga mga kategoriya. Ang pipeline sa SnpEff (https://pcingola.github.io/SnpEff/) gigamit aron mahibal-an ang mga sangputanan sa SNP (sinonymous o dili parehas nga mga pagbag-o). Naghimo ug bag-ong database sa Mycobacterium bovis AF2122/97 genome (LT708304.1).
Ang core genome multiple alignment gihimo gamit ang Parsnp v1.2, nga anaa karon sa https://github.com/marbl/parsnp57, gamit ang 69 ka kompletong genome/draft assemblies (nga adunay opsyon -c) ug ang M. bovis AF2122/97 (LT708304.1) gigamit isip reperensiya. Upat ka core multiple alignment ang gihimo: ang mga miyembro lamang sa Eu2 cloning complex (n = 37), lakip ang tanang miyembro sa European cloning complex (n = 44), lakip ang junction point sa European ug African cloning complex (n = 51), ug ilakip ang tanang Mycobacterium bovis niini nga pagtuon (n = 70).
Ang kinauyokan nga alignment nga namugna sa Parsnp kay gigamit sa pag-infer sa maximum likelihood (ML) phylogenetic tree gamit ang CIPRES Science Gateway v3.3 (http://www.phylo.org/)58 gamit ang RAxML, ug paghimo og 1000 guided replications.
Tulo ka lain-laing mga algorithm ug bioinformatics nga mga himan ang gigamit sa pagsusi sa presensya sa recombination nga mga panghitabo nga managsama: SplitsTree4 software, Gubbins (walay bias nga linya pinaagi sa recombination sa nucleotide sequences) pipeline, ug RDP4 (recombination detection program, version beta 4.101) software.
Ang split decomposition method nga gipatuman sa SplitsTree4 v4.15.1 (http://www.splitstree.org/)59 gigamit sa pagkalkula sa walay gamut nga phylogenetic network, gamit ang Phi test para sa statistical verification, ug ang significance threshold kay p = 0.05. Ang kinauyokan nga multi-alignment analysis sa Parsnp gigamit isip input, ug ang splitting decomposition isip network standard natuman.
Gubbins pipeline v2.3.1 (https://github.com/sanger-pathogens/gubbins60 midagan uban sa default parameters isip laing paagi sa pagtimbang-timbang sa epekto sa recombination sa Mycobacterium bovis. Ang algorithm nga gipatuman sa pipeline nagtukod pag-usab sa may kalabutan nga clone lineage Ang kompleto nga genome/draft assembly sa among data set ug ang reference genome/97 LT708304.1) mao ang mutually; ug i-scan ang posisyon sa SNP sa matag sanga sa kahoy aron mahibal-an ang SNP cluster nga nagrepresentar sa recombination nga panghitabo.
Sa katapusan, aron makumpirma ang panghitabo sa pag-reorganisa nga gisugyot sa pipeline sa Gubbins, ang unom ka mga algorithm nga gipatuman sa RDP467 (RDP61, GENECONV62, Bootscan63, Maxchi64, Chimaera65 ug SiScan66) gipadapat sa core multiple alignment sa Parsnp ubos sa default settings. Gitino namon nga labing menos tulo sa mga algorithm nga gipatuman sa RDP4 kinahanglan kanunay nga magpakita usa ka hinungdanon nga signal aron mapamatud-an ang matag panghitabo sa pag-recombination.
Sa pagkonsiderar nga ang Gubbins ug RDP software nangita alang sa recombination signal pinaagi sa pagsusi sa core multiple alignment sa usa ka bintana nga hangtod sa 500 bp, ug pagkumpirma nga ang paglakip sa PE/PPE genes atol sa de novo assembly dili makabalda sa recombination signals nga nakit-an, ang dugang nga pag-analisa gihimo pinaagi sa homolinearity Susihon ang palibot sa gene nga nag-ila sa recombination nga panghitabo. Ang synlinear nga mapa gamit ang kompleto nga genome gitukod gamit ang MAUVE-multi-genome alignment (http://darlinglab.org/mauve/mauve.html) aron dili iapil ang lokal nga genome translocations o inversions. Dugang pa, ang tibuok genome gigamit sa paghimo sa homolinearity analysis sa amino acid sequence pinaagi sa SyntTax web server (https://archaea.i2bc.paris-saclay.fr/SyntTax/).
Ang mas lawom nga pagtuki sa genome data set nga nakuha gikan sa Portuguese multi-host tuberculosis system mao ang pagsusi sa polymorphism sa mga gene nga gihisgutan sa literatura. Kini nga mga gene mao ang 37,38 ug ang gene nga nag-encode sa 3R nga nakuha sa mga katigulangan sa MTBC pinaagi sa HGT (DNA repair, replication ug recombination) nga mga sangkap sa sistema 39. Gamita ang ClustalX v2.1 (http://www.clustal.org/clustal2/) ug gamita ang DnaSP v6.12.03 (http://www.ub.edu/edu/d) ug nucleotide gene. (π) ug Tajima's D neutral test parameter input.
Usa ka maximum likelihood (ML) phylogenetic tree base sa 69 Mycoplasma bovis isolates ug reference genome ang nakuha (Figure 2A). Kon itandi sa single-gene-based nga mga kahoy o multi-locus-based nga mga kahoy, kini nga estratehiya nagtugot alang sa henerasyon sa mas gamhanan nga mga kahoy nga dili makuha ang kabag-ohan sa tibuok genome ug busa nagpakita sa usa ka ubos nga abilidad sa pagpihig sa taliwala sa mga espisye 68,69. Ang topological nga istruktura sa punoan sa ML sagad nga nahiuyon sa komplikado nga klasipikasyon sa mga clone. Ang genome sa Eu2 gipundok sa usa ka sanga, ug ang genome sa Af1 gipundok usab (Figure 2A). Ang resulta nahiuyon usab sa nahibal-an nga ebolusyonaryong relasyon sa Mycobacterium bovis, nga mao, adunay usa ka dako nga kalainan tali sa miyembro sa Eu1 ug sa grupo nga gilangkuban sa tanan nga uban pang mga clonal complex ug genome, apan ang clonal complex 30 wala gitino. Ang gamay nga inconsistency tali sa clonal complex ug sa relasyon nga naobserbahan sa phylogenetic tree mahimong ipasabut sa kamatuoran nga ang clonal complex gihulagway base sa piho nga genomic nga mga rehiyon, samtang ang phylogenetic tree gibase sa daghang alignment sa core genome nga nagrepresentar sa tibuok genome.
Ang pinakataas nga kalagmitan nga phylogenetic tree (GTR) gitukod base sa core genome alignment sa Mycobacterium bovis genome sa wala pa (A) ug human (B) pagtangtang sa recombination site. Ang mga kolor sa sanga nagrepresentar sa Mycobacterium bovis clone complex: Europe 1 purpura, Europe 2 pula, Europe 3 asul, Africa 1 orange, ug Africa 2 berde. Ang kahoy nakagamot ug gibira sa sukdanan, ug ang gitas-on sa sanga gisukod isip puli sa matag dapit.
Ang Mycobacterium tuberculosis complex gihulagway nga clonally evolved, ug kadaghanan sa mga ebidensya nga natipon sa mga katuigan nagsuporta sa ideya nga ang nagpadayon nga HGT ug recombination nga mga panghitabo dili mahitabo sa detectable nga lebel sa MTBC15,17,18.
Gipakita sa miaging trabaho nga mahimong adunay limitado nga recombination tali sa MTBC strains20,21, samtang ang uban napakyas sa pag-ila sa masukod nga recombination nga mga panghitabo70,71. Hisguti pag-usab kini nga isyu uban sa pagtutok sa Mycobacterium bovis, nga lahi sa miaging trabaho nga giisip lamang Mycobacterium tuberculosis 70,71; o ikonsiderar ang MTBC sa kinatibuk-an, nga halos walay M. bovis nga nagrepresentar sa 20; o ikonsiderar lamang ang mga tipik nga estrikto nga baka. Ang mycobacteria dataset, niini nga buhat, adunay kinatibuk-an nga 70 ka mga strain, nga nagrepresentar sa tanan nga clonal complexes, nga gigamit sa screen alang sa recombination. Ang data set gi-scale sumala sa upat ka cumulative nga lebel: (1) Eu2 nga mga miyembro, (2) tanan nga European clone complex nga mga miyembro (ie Europe), (3) European ug African clone complex (Eu + Af) ug (4) ang tibuok data Collections (lakip ang mga genome nga wala maapil sa bisan unsang cloning complex nga gihulagway na).
Aron dugang nga tun-an kini nga pangagpas, usa ka split-decomposition network ang gihimo aron masusi ang pagkawala sa recombination nga mga panghitabo tali sa mga genome, tungod kay kini nga pamaagi makahanduraw sa ancestral nga relasyon tali sa mga indibidwal ug magpakita sa nagkasumpaki nga phylogenetic signal. Ang tanan nga upat ka mga set sa datos sa pag-analisar nagpamatuod sa pagkaanaa sa mga galong sa network (nga mao, ang mga lugar nga wala mag-ipon sa usa ka kahoy), apan ang pagsulay sa Phi walay suporta sa istatistika (Eu2, p = 0.0956; Europe, p = 0.1637; Eu + Af p = 0.2774; nga naghatag sa tibuuk nga datos nga p = 0.2451 nga ebidensya sa paglungtad) 3A-D).
Sa Europe 2 genome (n = 37) (A), European genome (n = 44) (B), European ug African genome (n = 51) (C) ug ang tibuok data set (n = 70) (D).
Pagkahuman niini nga pag-analisar, ug gikonsiderar ang mga cyclic nga obserbasyon sa tanan nga mga network, ang algorithm sa pagtukod pag-usab nga gipatuman sa pipeline sa Gubbins gipadapat sa pagtukod pag-usab sa clonal lineage ug aron madugangan ang pagbana-bana sa epekto sa recombination sa M. bovis genome. Hibal-i ang natipon nga gidaghanon sa mga panghitabo sa pag-recombination, kadaghanan niini nahitabo sa mga sanga sa terminal (nga mao, sa usa ka genome) (Table 2). Kini nga mga indikasyon nagpakita sa pagkamakanunayon sa tibuok set sa datos ug nagpakita nga ang frequency sa recombination nga mga panghitabo maoy 200 ngadto sa 300 ka pilo kay sa mutasyon. Sa higayon nga ang rho / theta parameter nga nagrepresentar sa paryente rate sa recombination ug punto mutations sa sanga makita sa taliwala sa 0.0037 ug 0.0056 (Table 3). Bag-ohay lang, ang gipatik nga buhat sa 38 M. bovis strain nagpakita sa usa ka mas taas nga rho / theta nga bili (rho / theta = 0.1) kay sa nakuha niini nga dataset, apan ang trabaho ni Patané ug mga kaubanan migamit sa reference-based nga asembliya aron sa pag-infer sa mga parameter sa recombination , Usa ka detalye sa pamaagi, tungod sa pamaagi sa asembliya, nga nalangkit sa sanga sa recombination sa mga panghitabo sa putative.
Sunod, ang r / m parameter nagrepresentar sa diversity ratio sa recombination ug mutation introduction, ug ang average nga kantidad niini tali sa 0.025 ug 0.037, nga nagpakita nga kon itandi sa mutations, ang recombination adunay mas ubos nga kinatibuk-ang epekto sa genetic diversity sa M. bovis (Table 3)). Alang sa halapad nga pagtandi, usa ka susama nga pamaagi ang gigamit sa pagbanabana sa r/m parameter alang sa MTBC dataset nga gilangkuban sa 23 ka genome, nga nagpakita sa usa ka average nga bili sa 0.48620, samtang alang sa Patané ug mga kaubanan nga 38 M. bovis dataset, kini nagpamatuod sa kasagaran nga kantidad mao ang 0.98. Sa unang pagtuon, duha lamang sa 23 ka genome ang gilakip sa buhat sa M. bovis (M. bovis BCG ug ang reference strain), mao nga ang nakuha nga bili mahimong mapihigon tungod sa sobra nga pagpahayag sa M. tuberculosis genome. Sa ikaduhang taho, ang natuki nga populasyon sa Mycobacterium bovis nag-una nga nakuha gikan sa Estados Unidos ug mga panon sa kahayupan. Sa kasukwahi, sa among data set, mas daghang geographic nga lokasyon ug host species ang girepresentahan, ug ang mga genome nga gigrupo ngadto sa lain-laing clonal complexes nga adunay lain-laing mga genetic nga kinaiya sa populasyon gigamit usab, sa ingon nakakab-ot sa mas lawom ug mas lapad nga kahibalo sa Populasyon. Ang kalainan r/m average nga bili nga nakuha uban sa atong data set mao ang nahiuyon sa konsepto nga ang ang-ang sa recombination magkalahi kaayo tali sa mga kaliwatan nga gi-assign sa sama nga taxonomic nga mga espisye, mao nga kini nga mga resulta nagpakita nga ang M. bovis clone complex mahimong magpakita sa recombination kalainan Ang epekto mao usab ingon sa gisugyot sa Didelot & Maiden72. Bisan pa, ang kamahinungdanon nga pagpalapad niini nga datos nga gitakda pinaagi sa paglakip sa usa ka mas dako nga gidaghanon sa M. bovis genome magtugot alang sa dugang nga pagpatin-aw niini nga punto. Ang r/m ug rho/theta nga mga parametro nagpakita sa kabag-ohan tali sa mga sanga, ug kini nga resulta nahiuyon sa mga taho sa ubang bacterial species72,73.
Sa katapusan, aron makumpirma ang mga panghitabo sa reorganisasyon nga giila sa pipeline sa Gubbins, unom ka lainlaing mga algorithm ang gigamit sa software sa RDP4 aron independente nga sulayan ang lainlaing mga core multi-comparisons. Sa tibuok kalibutan, wala pay katunga sa mga panghitabo nga giila ni Gubbins ang gikumpirma sa RDP4 (Tables 4 ug 5). Gikonsiderar ang tibuuk nga set sa datos, tulo nga mga panghitabo sa recombination ang nakumpirma, duha nga naglambigit sa mga internal nga node ug ang lain nga naglambigit sa usa ka genome sa usa ka sanga sa terminal, diin ang mga clonal complex dili ma-assign (Tables 4 ug 5). Ang pag-ila sa mga panghitabo sa terminal nga mga sanga mahimong magpakita nga ang recombination nagpadayon pa sa kontemporaryong M. bovis strains o ang resulta nasayup70. Sa niini nga hypothetical recombination nga rehiyon, gibana-bana nga 20% sa mga posisyon adunay undefined nucleotides (N), sa ingon makaapekto sa recombination signal (Supplementary Figure 2). Dugang pa, kini nga rehiyon nakaapekto sa rrs gene, nga nag-encode sa 16S ribosomal RNA nga gilauman nga matipigan pag-ayo, mao nga kini nga signal sa pag-recombination mahimo’g resulta sa pagkasunod-sunod nga mga sayup o misalignment. Dayon ang tibuok genome alignment tali sa Mb0003 ug Mycobacterium bovis AF2122/97 gihimo, ug ang paglungtad sa wala matino nga mga nucleotides ug SNPs napamatud-an, mao nga ang posibleng mga problema nga may kalabutan sa sayop nga pag-align dili tungod sa biological nga impormasyon nga gipatuman niini nga trabaho Mipakita human sa pagkat-on sa programa.
Walay mga gaps o undefined nucleotides ang nakit-an sa recombination nga mga rehiyon sa internal nodes (Figures 4 ug 5). Mahitungod niini nga mga panghitabo, ang usa adunay sulod lamang sa Eu2 genome ug makaapekto sa pks12 gene, nga nag-encode sa posibleng polyketide synthase; samtang ang usa narehistro sa Eu1 genome ug nakaapekto sa narX gene nga nag-encode sa posible nga nitrate reductase (Table 4). Sa kinatibuk-an, ang pag-analisa sa recombination nagpakita nga adunay limitado nga gidaghanon sa mga tipik sa recombination nga adunay suporta sa estadistika, ug ang gipasabot nga mga indicators nagpakita nga ang recombination adunay gamay nga epekto sa M. bovis lineage. Ang signal sa recombination gilauman nga ubos, apan importante nga mailhan ang tinuod nga signal sa ebolusyon gikan sa kasaba sa background, nga usa ka mahagiton nga buluhaton. Aron makunhuran ang signal sa kasaba nga gipaila sa reference-based assembly ug mismatch nga mga problema 70, 71, ang tanan nga uban gawas sa kompleto nga genome gitigum gikan sa scratch, ug ang kalidad sa asembliya gisusi ug gisiguro sa QUAST pipeline analysis (Supplementary Table 1). Dugang pa, usa ka serye sa mga dugang nga pagtuki ang gihimo aron mahatagan ang kalig-on ug katukma sa kinatibuk-ang survey. Busa, ang kalidad sa pagkasunodsunod sa narX ug pks12 nga mga gene gisusi pinaagi sa pagbasa sa mapa batok sa Mycobacterium bovis AF2122/97. Ang girekomendar nga posisyon sa SNP sa rehiyon sa recombination gipamatud-an pinaagi sa paggamit sa mga criteria nga gihisgutan sa seksyon sa pamaagi (labing menos 20 nga mga pagbasa ug 0.9 nga frequency sa pagbag-o). Ang polymorphism sa narX gene hingpit nga nakumpirma sa duha ka genome (Mb1792361 ug Mb7240415; 2.3%) ug ang mga genome sa pks12 genome: Mb0891, Mb1711, Mb1789, Mb1870, Mb17046, Mb17046, Mb. Bisan pa, alang sa genome nga Mb2043, unom sa walo ka mga posisyon ang wala makab-ot ang gibasa nga giladmon nga sukaranan tungod kay ang SNP gisuportahan sa labing taas nga 17 nga mga pagbasa, nga ubos sa natukod nga cutoff value nga 20. Busa, ang recombination sa unom ka genome (8.6%) niini nga genome site mahimong makumpirma (Mga numero 4 ug 5).
Ang detalyado nga visualization sa recombination region alignment sa Mycobacterium bovis dataset makaapekto sa narX gene nga nag-encode sa posible nga nitrate reductase. Walay mga kal-ang o undefined nucleotides nga nakit-an sa recombination nga rehiyon sa internal nga mga node. Kining partikular nga panghitabo narehistro sa Eu1 genome. Ang sequencing nga kalidad sa narX gene gisusi pinaagi sa pagplano sa mga pagbasa sa Mycobacterium bovis AF2122/97. Kumpirma ang girekomendar nga lokasyon sa SNP sa recombination area pinaagi sa paggamit sa mga criteria nga gihisgutan sa pamaagi nga seksyon (labing menos 20 nga mga pagbasa ug 0.9 nga frequency sa pagbag-o). Ang polymorphism sa narX gene hingpit nga nakumpirma sa mga genome sa Mb1792361 ug Mb7240415 (2.3%).
Ang detalyado nga pagtan-aw sa pag-align sa rehiyon sa recombination sa Mycoplasma bovis dataset nga nakaapekto sa pks12 gene. Walay mga kal-ang o undefined nucleotides nga nakit-an sa recombination nga rehiyon sa internal nga mga node. Mahitungod sa panghitabo nga nakaapekto sa pks12 gene nga nag-encode sa posible nga polyketide synthase, kini naglangkob lamang sa Eu2 genome. Ang pagkasunodsunod nga kalidad sa pks12 gisusi pinaagi sa pagbasa sa Mycobacterium bovis AF2122/97. Kumpirma ang girekomendar nga lokasyon sa SNP sa recombination area pinaagi sa paggamit sa mga criteria nga gihisgutan sa pamaagi nga seksyon (labing menos 20 nga mga pagbasa ug 0.9 nga frequency sa pagbag-o). Ang polymorphism sa mga genome nga Mb0891, Mb1711, Mb1789, Mb1870, Mb1758, Mb2043, ug Mb1960 hingpit nga nakumpirma.
Ang PE ug PPE nga mga gene adunay nagbalik-balik nga mga rehiyon nga daling masayop sa pagbasa pinaagi sa pagsunud sa Illumina ug mismapping, mao nga kini kasagarang mapapas gikan sa bioinformatics workflow sa M. tuberculosis nga mga miyembro lamang kung gamiton ang mapping-to-sequence nga estratehiya. Ang inference sa recombination nga mga panghitabo nga gigamit niini nga trabaho gibase sa de novo assembly nga walay pagsala sa PE/PPE. Kami nagtuo nga pinaagi sa pagpatuman sa tulo ka lain-laing mga complementary nga mga pamaagi ug mga algorithm pinaagi sa SplitsTree, Gubbins pipeline ug RDP4 software, ang mga estratehiya nga gigamit lig-on sa pagproseso ug pagsala sa mga reorganized nga rehiyon tungod sa error signal. Bisan pa, aron dili iapil ang pagpanghilabot sa PE / PPE gene sa Gubbins ug RDP4 software aron mahibal-an ang mga pungpong sa SNP, ug busa ang pag-ila sa mga rehiyon sa recombination nga gisugyot nga makaapekto sa narX ug pks12 nga mga gene, ang kasilinganan niini nga mga gene gisusi (Supplementary Fig. 3-5). Sa M. bovis AF2122/97, ang narX gene gibulag sa narK2 ug Mb1764c, samtang ang pks12 gilibutan sa Mb2075c e Mb2073c (Supplementary Figure 3-5). Ang mapa nga namugna gamit ang MAUVE synline nga mapa sa kompletong genome naghatag ug impormasyon mahitungod sa gene sequence conservation ug rearrangement, nagpakita sa upat ka collinear blocks, ug walay mga timailhan sa genome translocation o inversion. Dugang pa, ang pag-analisa sa komplementasyon sa pagkasunod-sunod sa amino acid nagpamatuod sa homology sa tanan nga kompleto nga genome, ug walay PE / PPE nga nakit-an sa kasikbit nga mga rehiyon sa narX o pks12. Para sa narX, ang usa ka genome (Mb0030) adunay mas ubos nga synonymy score tungod kay ang narX gene giila nga duha ka tipik (mga tipik 1891 ug 1890). Alang sa pks12, tungod sa pagkaparehas, ang Mb0030 ug Mb003 nagpakita sa ubos nga mga marka sa synlinearity, samtang ang pks12 giila sa duha ug tulo ka mga tipik, matag usa, nga nagrepresentar sa lainlaing mga dominyo sa protina (Supplementary Figure 3-5). Gikonsiderar kini nga kasayuran, ug ang Gubbins ug RDP4 software pareho nga naghimo sa pag-analisar, susiha ang core multiple alignment sa maximum nga 500 bp sa bintana, among gikumpirma nga ang PE / PPE gene dili makabalda sa recombination signal nga makaapekto sa narX ug pks12.
Bisan kung ang mga signal sa recombination nga nakit-an sa kini nga set sa datos mahimong isipon nga nahabilin, tinuod nga ang pag-recombination sa M. bovis dili mahimong isalikway, busa kinahanglan nga magpadayon kini nga hilisgutan sa dugang nga pag-analisar, diin ang tibuuk nga mga genome gikan sa lainlaing mga senaryo sa epidemiological gisunod sa Importante.
Ang pagtandi sa ML phylogenetic nga mga kahoy nga nakuha sa wala pa ug human sa recombination correction (Figure 2A, B) wala mosangpot sa mahinungdanon nga mga kausaban sa gipasabot nga phylogenetic nga relasyon, ug ang M. bovis strains gipundok sa samang grupo.
Human sa pagmapa sa 42 ka bag-ong sequenced M. bovis reads uban sa reference genome sa M. bovis AF2122/97, nakuha ang usa ka SNP alignment nga adunay 1816 polymorphic positions. Kadaghanan sa mga SNP (87.1%) nahimutang sa rehiyon sa coding, ug ang mga apektadong mga gene gihulagway sumala sa mga functional nga kategorya nga gipakita sa Bovilist (Figure 6A, B). Sa pagkonsiderar sa kinatibuk-ang gidaghanon sa mga gene sa matag functional nga kategoriya, ang mga gene sa "lipid metabolism" nga kategoriya nagpakita sa dugang nga mga SNP, gisundan sa "cell wall ug cell nga mga proseso" ug "intermediate metabolismo ug respiration", nga nagpadayag nga sila anaa sa M. bovis evolution.
Hierarchical analysis sa M. bovis dataset gikan sa Portugal (n = 42). Ang kinatibuk-ang gidaghanon sa mga rehistradong SNP ug apektadong mga gene alang sa matag functional nga kategoriya (A). Ang kinatibuk-ang ihap sa mga pagbag-o nga parehas ug dili parehas nga girehistro sa kategorya nga function (B).
Sa global scale, ang average nga dN/dS ratio mas maayo kay sa 1.5, nga nagpakita nga ang global evolutionary pressure mao ang pagtangtang sa ancestral state ug nagrepresentar sa positibo (diversified o directed) ug/o relaxed purification choice scenario. Sa mga kategorya nga "virulence, detoxification, adaptation", "insertion sequence and phages", ug "regulatory proteins", labaw pa sa dos-tersiya sa mga SNP ang dili magkasingkahulugan (Figure 6B).
Sa tanan nga mga kategorya, adunay mga gene nga adunay daghang mga SNP, nga miresulta sa usa ka kasagaran nga mutation rate (nga mao, ang kasagaran nga SNP matag gene) nga labaw sa 1 (Figure 6A). Ang Pks12 (Mb2074c) nga adunay 15 SNPs ug fas (Mb2553c) nga adunay 8 SNPs adunay mas taas nga mutation values. Ang duha niini nga mga gene nalangkit sa metabolismo sa fatty acid. Ang pks gene nag-encode sa polyketide synthase (PKS), nga usa ka multifunctional nga enzyme nga nalambigit sa mycobacterial cell wall lipid biosynthesis74,75. Kini nga gene nag-encode sa multifunctional polypeptide nga nalangkit sa synthesis sa mycoketide74,76. Ang fas gene nalangkit sa synthesis sa mycolic acid. Ang duha niini nga mga gene adunay importante nga papel sa biosynthesis sa cell wall sa kontak sa host.
Aron matun-an pa ang ebolusyon sa Mycobacterium bovis, duha ka set sa piho nga mga gene ang gisusi. Kaniadto nga gipatik nga mga buhat gamit ang sequence composition ug phylogenetic nga mga pamaagi nagpaila sa mga gene nga nakuha sa mga katigulangan sa MTBC pinaagi sa HGT sa wala pa ang diversification37,38. Kini nga mga gene gilista sa Supplementary Table 2. Ang pag-apod-apod sa SNP sa kinatibuk-an nga 77 nga mga gene nga mahimong may kalabutan sa HGT gisusi, ug ang 26 polymorphic nga mga dapit giila, nga sa kadaghanan nga mga kaso (78%) miresulta sa mga dili-synonymous (NS) nga mga kausaban (Supplementary Table 2). Ang miaging trabaho sa MTBC genome nagpakita nga ang putative HGT nga rehiyon nagpakita sa usa ka mas taas nga NS SNP ratio kumpara sa uban nga genome. Kung ang usa naghunahuna nga kini nga mga rehiyon sa pag-recombination nakuha sa mga katigulangan sa MTBC, ug busa, sila nag-overrepresent sa mga karaang polymorphism, nan ang proporsyon sa parehas nga mga pagbag-o gilauman nga mas taas, tungod kay ang mga substitusyon sa NS gilauman nga mapapas pinaagi sa negatibo nga pagpili tungod sa mga pagbag-o sa amino acid Mahimong magbag-o sa function sa protina. Busa, ang among mga resulta nagpakita nga ang functional nga mga sangputanan mahimong maggikan sa pagpuli sa HGT-sama nga mga gene, nga nagpakita sa ilang importansya alang sa bililhon nga adaptive genetic diversity.
Subay niini nga pag-analisa, ang mga gene nga nag-encode sa mga sangkap sa 3R (DNA repair, replication, and recombination) nga sistema gisusi pag-ayo subay sa listahan nga gimantala kaniadto sa dos Vultos and collaborators (2008)39. Ang pagbayloay sa parehas nga mga tipik sa DNA dili direkta nga maobserbahan, bisan kung kini usa ka kanunay nga proseso kung adunay kalabotan nga bakterya nga nalangkit, sama sa kaso sa kini nga set sa datos; Dugang pa, kini nga proseso mahimong yawe sa mga pamaagi sa pag-ayo sa DNA72, busa Pagdula usa ka papel sa homologous recombination. Usa ka kinatibuk-an nga 26 nga polymorphic nga posisyon nga giapod-apod sa 54 nga mga gene ang giila (Supplementary Table 3). Niini nga hugpong sa mga gene, ang mga pagbag-o sa NS mikabat sa mga 65% sa mga sangputanan, nga nahiuyon sa nangaging mga taho sa mga strain sa Mycobacterium tuberculosis.
Oras sa pag-post: Okt-21-2021