位点特异性的重组和纯化选择影响着Cry毒素的生成及其特异性

《The ISME Journal》：Site-specific recombination and purifying selection influence Cry toxin formation and specialization

　　

摘要

在细菌中，多结构域毒素是确定宿主范围的一种通用工具，对公共卫生和农业至关重要。由于具有高宿主特异性和强效性，Cry毒素成为农业中最广泛使用的生物杀虫剂。其全球应用范围逐年扩大；因此，合理设计生物杀虫剂需要更深入地了解调控Cry毒素起源和进化的机制。目前普遍认为，Cry毒素结构域的交换是通过同源重组来实现的，这种重组会导致结构域III的交换，从而改变宿主特异性并扩展菌株的活性范围。然而，这一观点主要基于实验室实验结果，并未在自然界中进行过研究。在这里，我们利用了所有可获得的Cry毒素序列，揭示了Cry毒素通过XerCD重组酶进行位点特异性重组来进行进化的机制——XerCD重组酶能够识别结构域边界之间的插入序列和保守序列块。从广食性菌株进化出专食性菌株的过程，是由对特定杂交菌株的选择性淘汰所驱动的。因此，我们提出的模型指出：Cry基因位点的位点特异性重组导致结构域重组，随后通过选择压力促使菌株向专食性方向演化，这一过程解释了多结构域毒素是如何进化并适应特定宿主的。