细菌脲酶系统的比较系统基因组学揭示了架构保守性、谱系特异性特化及候选水平转移

《Molecular Genetics and Genomics》：Comparative phylogenomics of bacterial urease systems reveals architectural conservation, lineage-specific specialization, and candidate horizontal transfer

　　

摘要

脲酶是一种镍依赖性多基因细菌系统，参与氮的获取、pH稳态维持和生态适应，然而大多数比较研究依赖于单一基因标记，如ureC。本研究分析了237个来自分层细菌面板的完整基因组，整合了生态学和基因组水平的元数据、注释引导筛选、轮廓隐马尔可夫模型检测、基因座重建和物种树比较。在该面板中，149个基因组编码了至少一个完整的脲酶基因座，11个包含候选但不完整的邻域，77个缺乏任何支持的脲酶基因座。在基因座水平上，我们恢复了173个脲酶相关邻域，包括150个经典ureABC基因座、7个幽门螺杆菌 AB融合基因座和16个部分或分裂基因座。因此，经典的三亚基结构在该数据集中占主导地位，而幽门螺杆菌型构型作为一种小而稳定的谱系限制性替代形式持续存在。八个基因组编码了重复的完整经典系统，在每种情况下，两个基因座均映射到同一顶级组装序列记录。它们的配对基因座在基因顺序上有所不同，通常仅共享约62–63%的拼接ureABC一致性，这与较古老的分歧或二次获取一致，而非近期的精确重复。拼接ureABC基因树与物种树的比较识别出12个候选不协调基因座，均涉及完整经典系统。对最强示例的人工审查突出了硝化细菌和海洋蓝细菌中生态相协调的模块，以及肠道细菌中与镍和氢化酶相关的脲酶邻域。总之，这些结果表明细菌脲酶是一种广泛保守但进化灵活的基因组成分，受结构保守性、谱系特异性专门化、重复和偶发的属间转移所塑造。