结合肠道物理化学梯度与移动遗传元件动态，解析白蚁微生物组中的水平基因转移机制

《Frontiers in Zoology》：Integrating gut physicochemical gradients and mobile genetic element dynamics to decipher horizontal gene transfer in termite microbiomes

　　

摘要

移动遗传元件驱动着水平基因转移，这一过程可能促进了白蚁肠道微生物组的功能多样性，不过这些现象的环境决定因素目前仍不甚明了。我们提出的模型结合了空间分辨的物理化学梯度以及移动遗传元件的动态变化，从而能够定量预测白蚁肠道中的水平基因转移模式。该框架整合了来自已发表实验研究的高分辨率肠道代谢组学和转录组学数据，并运用广义加性模型来预测在不同局部环境条件下的移动遗传元件转移速率，进而超越了对水平基因转移事件的简单记录。此外，还通过代谢网络比对，依据功能互补性来预测移动遗传元件与宿主之间的相互作用；同时运用异构图神经网络，结合环境、移动遗传元件以及微生物宿主的数据，动态预测水平基因转移的高发区域。与传统方法不同，我们的框架利用分类学、宏基因组学和代谢特征，将微环境的差异性与由移动遗传元件介导的基因流明确地联系起来。该框架还采用了先进的计算技术，比如用于空间代谢物定位的纳米级二次离子质谱，以及用于预测转移可能性的图注意力网络。在移动遗传元件与宿主相互作用的背景下研究物理化学梯度，为探究复杂微生物群落中的水平基因转移动态提供了机制性框架，对于理解其他与宿主相关的生态系统中的基因流也有重要意义。