基因共享网络与进化模块定义了志贺氏菌噬菌体的遗传景观

《Biology Direct》：Gene-sharing networks and evolutionary modules define the genetic landscape of Shigella bacteriophages

　　

摘要

Shigella 噬菌体是 Shigella sp. 种群遗传变异的主要来源，但这些噬菌体之间的进化关系尚不清楚。为了填补这一空白，我们使用一个整合了 ANI 聚类、蛋白质家族多样性、基因共享网络、网状隶属模式、进化模块和蛋白质组系统发育的多尺度框架，分析了 371 个完整的噬菌体基因组。ANI 揭示了一个高度结构化的基因组景观，包含 104 个聚类，其中包括几个大型的生活方式单一群体。由 Straboviridae 和 Andersonviridae 主导的烈性噬菌体形成了紧密的岛屿，而温和噬菌体则组装成更广泛、分类学上混合的单元，富含 Peduoviridae、Casjensviridae 及相关谱系。基因共享网络暴露了强烈的生活方式不对称性：最大的连通分量由温和噬菌体主导。相比之下，最高度节点由烈性 Straboviridae 噬菌体主导，反映了烈性谱系中保守的结构/复制模块。在介数方面，温和基因组占主导地位，表明它们作为进化桥梁的作用。隶属度分析显示，大多数基因组表现出高度集中的聚类特征，证明了一致的谱系骨架的主导地位，且很少有温和噬菌体显示出与嵌合体概念一致的扩大隶属关系。模块分析揭示了双层模块架构，即跨主要科保守的一致头尾复制模块，以及富含调节、宿主相互作用、裂解和假设蛋白的动态附属层。这些附属模块局限于特定聚类或散布在少数几个谱系中，这与间歇性基因流、生态位特异性适应和移动基因组岛一致。蛋白质组树表明，所有检测到的 ICTV 科均形成单系群，生活方式具有强烈的系统发育信号，且生活方式转变代表稀有且进化代价高昂的事件。总之，这些结果表明 Shigella 噬菌体通过深层谱系结构、生活方式特异性进化约束和模块化基因交换的相互作用而进化，产生了志贺氏菌噬菌体之间结构化的基因组关系。