Genome dynamics across the evolutionary transition to endosymbiosis

Genome dynamics across the evolutionary transition to endosymbiosis

微生物が宿主の中で生活し、複製する「内共生」は、生物機能にとって重要な要素であり、進化の革新を加速し、複雑な生命の進化の触媒となった。しかし、内共生への移行に伴う進化過程は十分に解明されていない。ここでは、Arsenophonus属の比較ゲノム解析により、内共生生活への進化に伴う複雑なプロセスを明らかにする。環境からの感染から義務的な相互依存型内共生まで、多様な生活様式を持つ38株のゲノムを比較検討した。その結果、最近の内生存株は、環境から獲得した近縁の株よりもゲノムサイズが大きく、進化の革新と新機能の急速な獲得が確認された。ゲノムサイズの増大は、III型エフェクターのカーゴを含むプロファージやプラスミドの獲得と、それに伴うCRISPR-Casゲノム防御システムの喪失により、移動性遺伝子の拡大が可能になった結果であった。また、持続的なエンドシンビオシスは、VI型分泌の喪失と関連しており、微生物と微生物の競合の減少を反映していると考えられる。その後、安定した内部共生と垂直継承への移行は、予想される純化選択の緩和、遺伝子の偽遺伝子化、代謝の減少を伴い、ゲノムの減少につながった。しかし、一般的に漸進的な線形過程と考えられている%GCの減少は、義務的相互依存性内共生体においてのみ観察された。我々は、迅速な水平遺伝子移動を介した進化的革新の必要性と、内共生ニッチにおけるファージ捕食の減少の組み合わせが、内共生を採用する際にゲノム防御システムの喪失と急速なゲノムの拡張を促すと主張する。これらのリモデリングプロセスは、従来、内共生への適応と関連付けられてきた還元的進化に先立つものである。