異なる海流域から分離された系統のゲノム間の高い相関性と配列同一性から、ゲノムの経済化と自己同調的なクローン進化が明らかになった

High Synteny and Sequence Identity between Genomes of Strains Isolated from Different Oceanic Gyres Reveals Genome Economization and Autochthonous Clonal Evolution.

• Lin Wang
• Chee Kent Lim
• Martin G Klotz

抄録

アンモニア酸化性の好気性好気性ケモリトオートロフィックガンマプロテオバクテリウムは、世界の海洋に遍在しており、地球規模の窒素循環にとって重要な存在である。我々は、本種の進化の起源を明らかにすることを目的として、太平洋北東部（AFC27）および南東部（AFC132）、カリブ海と北大西洋の境界に位置するバルバドス近海（C-27）から分離された株の高品質なゲノム配列の草案を作成し、最近発表された西太平洋のNS58株のゲノム配列草案、および北大西洋外洋から分離されたC-107株（ATCC 19707）の全ゲノム配列と比較した。C-107株、NS58株、C-27株、AFC27株のゲノムは、内容的にも塩基配列的にも高度に保存されており、これら4つのゲノムにはほぼ同一のプラスミドが1つ含まれていた。また、AFC132株のゲノムからは、NiFe-ヒドロゲナーゼをコードする遺伝子や、非リボソームペプチド合成酵素（NRPS）様シデロフォア生合成モジュールなど、他の海洋アンモニア酸化細菌では知られていない遺伝的インベントリの存在が明らかになった。その結果、AFC132は他の菌株よりも代謝的に多様な祖先系統を持ち、C-107とNS58が最も若い可能性があることが示唆された。この結果は、この種がゲノムの節約化によって進化したことを示唆しており、異化の多様性をコードする遺伝子が失われた一方で、窒素異化に特化したインベントリの冗長性が高くなったことを特徴としている。

The ammonia-oxidizing obligate aerobic chemolithoautotrophic gammaproteobacterium, , is omnipresent in the world's oceans and as such important to the global nitrogen cycle. We generated and compared high quality draft genome sequences of strains isolated from the Northeast (AFC27) and Southeast (AFC132) Pacific Ocean and the coastal waters near Barbados at the interface between the Caribbean Sea and the North Atlantic Ocean (C-27) with the recently published Draft Genome Sequence of Strain NS58 (West Pacific Ocean) and the complete genome sequence of C-107, the type strain (ATCC 19707) isolated from the open North Atlantic, with the goal to identify indicators for the evolutionary origin of the species. The genomes of strains C-107, NS58, C-27, and AFC27 were highly conserved in content and synteny, and these four genomes contained one nearly sequence-identical plasmid. The genome of strain AFC132 revealed the presence of genetic inventory unknown from other marine ammonia-oxidizing bacteria such as genes encoding NiFe-hydrogenase and a non-ribosomal peptide synthetase (NRPS)-like siderophore biosynthesis module. Comparative genome analysis in context with the literature suggests that AFC132 represents a metabolically more diverse ancestral lineage to the other strains with C-107 and NS58 potentially being the youngest. The results suggest that the species evolved by genome economization characterized by the loss of genes encoding catabolic diversity while acquiring a higher redundancy in inventory dedicated to nitrogen catabolism, both of which could have been facilitated by their rich complements of CRISPR/Cas and Restriction Modification systems.