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横向基因转移产生了附加基因,这些基因在草类谱系内以不同的速度积累。

Lateral gene transfer generates accessory genes that accumulate at different rates within a grass lineage.

机构信息

Ecology and Evolutionary Biology, School of Biosciences, University of Sheffield, Western Bank, Sheffield, S10 2TN, UK.

Laboratoire Evolution et Diversité Biologique, UMR5174, CNRS/IRD/Université Toulouse 3, Toulouse, 31062, France.

出版信息

New Phytol. 2023 Dec;240(5):2072-2084. doi: 10.1111/nph.19272. Epub 2023 Oct 4.

DOI:10.1111/nph.19272
PMID:37793435
Abstract

Lateral gene transfer (LGT) is the movement of DNA between organisms without sexual reproduction. The acquired genes represent genetic novelties that have independently evolved in the donor's genome. Phylogenetic methods have shown that LGT is widespread across the entire grass family, although we know little about the underlying dynamics. We identify laterally acquired genes in five de novo reference genomes from the same grass genus (four Alloteropsis semialata and one Alloteropsis angusta). Using additional resequencing data for a further 40 Alloteropsis individuals, we place the acquisition of each gene onto a phylogeny using stochastic character mapping, and then infer rates of gains and losses. We detect 168 laterally acquired genes in the five reference genomes (32-100 per genome). Exponential decay models indicate that the rate of LGT acquisitions (6-28 per Ma) and subsequent losses (11-24% per Ma) varied significantly among lineages. Laterally acquired genes were lost at a higher rate than vertically inherited loci (0.02-0.8% per Ma). This high turnover creates intraspecific gene content variation, with a preponderance of them occurring as accessory genes in the Alloteropsis pangenome. This rapid turnover generates standing variation that can ultimately fuel local adaptation.

摘要

侧向基因转移 (LGT) 是指在没有有性生殖的情况下,生物体之间 DNA 的转移。获得的基因代表了供体基因组中独立进化的遗传新颖性。系统发育方法表明,LGT 在整个禾本科中广泛存在,尽管我们对其潜在动态知之甚少。我们在同一个禾本科属的五个从头参考基因组中鉴定了侧向获得的基因(四个 Alloteropsis semialata 和一个 Alloteropsis angusta)。使用另外 40 个 Alloteropsis 个体的再测序数据,我们使用随机特征映射将每个基因的获得置于系统发育图上,然后推断增益和损耗的速率。我们在五个参考基因组中检测到 168 个侧向获得的基因(每个基因组 32-100 个)。指数衰减模型表明,LGT 的获取速度(每百万年 6-28 个)和随后的损失速度(每百万年 11-24%)在谱系之间差异显著。侧向获得的基因比垂直遗传基因座更快地丢失(每百万年 0.02-0.8%)。这种高周转率会导致种内基因含量的变化,其中大多数基因作为 Alloteropsis 泛基因组中的辅助基因存在。这种快速的转变会产生稳定的变异,最终为局部适应提供燃料。

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