炭疽芽孢杆菌A/B分支比较基因组学研究揭示孢子萌发相关基因的遗传变异及其适应性意义

本研究通过全基因组测序(wgSNP)和泛基因组分析，揭示了南非克鲁格国家公园炭疽芽孢杆菌A/B分支在孢子萌发关键基因(trpA、mepH、bclA等)的遗传差异，发现A.Br.005/006分支因基因组可塑性更强而具有环境适应性优势，为理解炭疽菌株地理分布差异提供了分子机制层面的解释。

　　

炭疽作为一种古老的人畜共患病，其病原体炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)的A、B分支在南非克鲁格国家公园(Kruger National Park, KNP)呈现显著的地理分布差异——A分支(A.Br.005/006)全球广泛分布，而B分支(B.Br.001/002)仅局限在特定区域。这种分布格局背后是否存在遗传基础？为何历史上占主导的B分支逐渐被A分支取代？这些科学问题对理解病原体进化与环境适应机制具有重要意义。

南非比勒陀利亚大学(University of Pretoria)的研究团队通过对2012-2015年KNP动物尸体分离的34株菌株进行全基因组测序，结合全球91株公共基因组数据，采用全基因组单核苷酸多态性分析(wgSNP)和泛基因组分析(pan-genome)技术，系统比较了A/B分支的遗传差异。研究特别关注与孢子萌发相关的细胞壁合成基因和代谢通路，通过生物信息学方法分析核心基因组与附属基因组的特征，并利用MAFFT进行多序列比对验证关键基因变异。

全基因组SNP系统发育分析显示，KNP的A.Br.005/006分支菌株具有更高的遗传多样性，形成三个亚分支，而B.Br.001/002分支菌株则呈现较低的遗传变异。泛基因组分析鉴定出11,374个蛋白编码序列簇，其中B分支菌株在孢子壁合成基因上存在显著变异：pXO2质粒上的肽聚糖内肽酶基因(mepH)在B分支中被截断为209和148个氨基酸的两个片段，而A分支保留完整的381个氨基酸蛋白；长链脂肪酸CoA连接酶(FadD13)在B分支中出现4-5个拷贝，显著高于A分支。

关键的代谢差异体现在色氨酸合成途径：B分支菌株的色氨酸合成酶α亚基基因(trpA)在652bp处存在G/T SNP导致提前终止，使其比A分支缺失122bp而无法合成色氨酸。外孢壁胶原样蛋白基因(bclA)的串联重复序列在A分支含4-6个拷贝，而B分支仅2-3个拷贝，这种差异可能影响孢子表面特性。

这些发现从分子层面解释了A/B分支的环境适应性差异：A分支通过完整的trpA基因维持色氨酸自主合成能力，保守的mepH基因维持细胞壁完整性，适度的bclA重复序列平衡孢子表面特性，而B分支则因关键基因的截断或扩增导致代谢缺陷。研究还发现A分支特有的前噬菌体序列和YeeV-YeeU毒素-抗毒素系统，这些附属基因组特征可能进一步增强其环境抗逆性。

该研究首次系统揭示了炭疽芽孢杆菌A/B分支在孢子萌发关键通路的遗传变异谱，为理解其地理分布格局提供了分子机制解释。发现的trpA SNP和mepH截断可作为区分分支的分子标记，而bclA重复数变异为研究孢子表面特性与宿主互作提供了新线索。这些发现不仅丰富了病原微生物进化理论，也为炭疽疫情溯源和防控策略制定提供了科学依据。未来研究可进一步通过基因敲除和表型实验验证这些遗传变异的功能意义，探索其在炭疽菌生态适应中的具体作用机制。