丝状蓝细菌Microcoleus属中CRISPR-Cas系统的多样性与动态演化

《Biology Direct》：CRISPR–Cas diversity in Microcoleus genomes reveals a dynamic history of gene flow and mobile genetic element interactions

【字体：大中小】 时间：2026年10月23日 来源：Biology Direct 5.5

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　　摘要背景丝状蓝细菌属 Microcoleus 在全球范围内广泛分布，在生物土壤结皮中发挥着重要作用。CRISPR-Cas 免疫是一种介导原核生物与可移动遗传元件相互作用的防御机制，可能由此促进基因组演化。然而，其在蓝细菌中的多样性与演化意义仍知之甚少。在此，我们整合了 CRI

摘要

背景

丝状蓝细菌属 Microcoleus 在全球范围内广泛分布，在生物土壤结皮中发挥着重要作用。CRISPR-Cas 免疫是一种介导原核生物与可移动遗传元件相互作用的防御机制，可能由此促进基因组演化。然而，其在蓝细菌中的多样性与演化意义仍知之甚少。在此，我们整合了 CRISPR-Cas 位点鉴定、系统发育分析、基因组与环境关联分析以及间隔序列靶标搜索等多种方法，系统考察了 14 个 Microcoleus 物种中 CRISPR-Cas 的多样性与演化。

结果

我们发现 CRISPR-Cas 系统在 Microcoleus 属中普遍存在，但其分布并不遵循物种水平系统发育关系。相反，位点异质性及模块特异性演化历史表明，CRISPR-Cas 组分经历了反复的获得、丢失与交换，提示基因流在促进其多样化中发挥了作用。CRISPR 间隔序列的组成与共享模式进一步表明，这些物种动态暴露于可移动遗传元件，这可能与环境背景相关。尽管很大一部分间隔序列靶标仍未被识别，但扩展的原间隔序列搜索显示，在可识别序列中，类质粒元件是主要靶标。

结论

综上所述，我们的结果表明，Microcoleus 中的 CRISPR-Cas 系统具有高度动态性，反映了基因流、可移动遗传元件与环境背景之间的相互作用，突显了它们作为蓝细菌基因组演化中可变组分的潜在作用。

背景

丝状蓝细菌属 Microcoleus 在全球范围内广泛分布，在生物土壤结皮中发挥着重要作用。CRISPR-Cas 免疫是一种介导原核生物与可移动遗传元件相互作用的防御机制，可能由此促进基因组演化。然而，其在蓝细菌中的多样性与演化意义仍知之甚少。在此，我们整合了 CRISPR-Cas 位点鉴定、系统发育分析、基因组与环境关联分析以及间隔序列靶标搜索等多种方法，系统考察了 14 个 Microcoleus 物种中 CRISPR-Cas 的多样性与演化。

结果

我们发现 CRISPR-Cas 系统在 Microcoleus 属中普遍存在，但其分布并不遵循物种水平系统发育关系。相反，位点异质性及模块特异性演化历史表明，CRISPR-Cas 组分经历了反复的获得、丢失与交换，提示基因流在促进其多样化中发挥了作用。CRISPR 间隔序列的组成与共享模式进一步表明，这些物种动态暴露于可移动遗传元件，这可能与环境背景相关。尽管很大一部分间隔序列靶标仍未被识别，但扩展的原间隔序列搜索显示，在可识别序列中，类质粒元件是主要靶标。