Pangenome sequence evolution within human gut microbiomes is explained by gene-specific rather than host-specific selective pressures
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Pangenomes – the cumulative set of genes encoded by a species – arise from evolutionary forces including horizontal gene transfer (HGT), drift, and selection. The relative importance of drift and selection in shaping pangenome structure has been recently debated, and the role of sequence evolution (point mutations) within mobile genes has been largely ignored, with studies focusing mainly on patterns of gene presence or absence. The effects of drift, selection, and HGT on pangenome evolution likely depends on the time scale being studied, ranging from ancient ( e.g. , between distantly related species) to recent ( e.g. , within a single animal host), and the unit of selection being considered ( e.g. , the gene, whole genome, microbial species, or human host). To shed light on pangenome evolution within microbiomes on relatively recent time scales, we investigate the selective pressures acting on mobile genes using a dataset that previously identified such genes in the gut metagenomes of 176 Fiji islanders. We mapped the metagenomic reads to mobile genes to call single nucleotide variants (SNVs) and calculate population genetic metrics that allowed us to infer deviations from a neutral evolutionary model. We found that mobile gene sequence evolution varied more by gene family than by human social attributes, such as household or village membership, suggesting that selection at the level of gene function is most relevant on these short time scales. Patterns of mobile gene sequence evolution could be qualitatively recapitulated with a simple evolutionary simulation, without the need to invoke an adaptive advantage of mobile genes to their bacterial host genome. This suggests that, at least on short time scales, a majority of the pangenome need not be adaptive. On the other hand, a subset of gene functions including defense mechanisms and secondary metabolism showed an aberrant pattern of molecular evolution, consistent with species-specific selective pressures or negative frequency-dependent selection not seen in prophages, transposons, or other gene categories. That mobile genes of different functions behave so differently suggests stronger selection at the gene level, rather than at the genome level. While pangenomes may be largely adaptive to their bacterial hosts on longer evolution time scales, here we show that, on shorter “human” time scales, drift and gene-specific selection predominate.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».