「來源： ｜iPlants ID：PlantRSS」

質粒是可自主複製的非必需DNA分子，可加速許多重要的細菌的進化。例如，質粒傳播抗生素抗性基因，這是人類和動物健康的緊迫問題。農桿菌獲得致瘤的Ti質粒或根誘導（Ri）質粒後，將其轉變為能夠遺傳轉化並引起多種植物疾病的病原體。因此，對質粒進行進化關係分類，準確評估質粒對疾病暴發的影響，制定緩解疾病的策略以及加快利用質粒多樣性進行生物技術研究的基礎。但是，之前認為質粒過於多樣化且能平行轉移，導致無法分類。

Science

雜誌線上發表了

美國俄勒岡州立大學Jeff H. Chang課題組

題為“Unexpected conservation and global transmission of agrobacterial virulence plasmids”的研究論文。該研究透過系統發育，基因組學和時間樹分析成千上萬的農桿菌菌株後產生了強大的農桿菌系統發育史，並準確地模擬疾病的全球傳播。同時開發了一種使用系統發育和網路方法以及不同規模的遺傳資訊來推斷各種Ti質粒進化的策略。

農桿菌是一種重要的植物病原菌，透過侵染植物傷口後注射致癌的Ti和Ri質粒到植物細胞中，從而誘導宿主產生冠癭瘤或髮狀根，影響農作物產量。這些質粒還具有允許農桿菌將整個質粒從一種細菌水平轉移到另一種細菌的基因，而不是透過垂直遺傳或從父母到子代的遺傳。在獲得有害質粒後，以前良性的農桿菌菌株可以成為新的病原體譜系。這種能力使病原體的控制和疾病爆發的追蹤變得困難。因此，為了開發其追蹤系統，必須首先必須瞭解質粒的進化和分類。

之前一直認為，質粒之間遺傳資訊的頻繁轉移以及農桿菌屬物種之間大量的遺傳變異，使得繪製農桿菌基因組及質粒之間的進化關係實際上是不可能的。因此，沒有此類資訊，就無法準確追蹤疾病爆發。

該研究克服了上述挑戰，分析了數百種菌株的基因組資料，並將結果應用於推斷進化史和致癌質粒的傳播。該研究首先生成時間校準後的農桿菌-根瘤菌系統發育樹，並從中總共鑑定了143個致癌質粒序列，令人驚訝的是，這些致癌質粒都僅可分為九個不同的譜系，分別是六個Ti（I–VI型）和三個Ri（I–III型）致癌質粒。

之後，該研究透過分類質粒和農桿菌的廣泛的基因測序資訊，可以推斷出細菌如何在苗圃之間移動以及質粒如何在細菌之間移動。該研究能夠追蹤至少七個案例，植物的全球分佈有助於單個農桿菌菌株-質粒組合的廣泛傳播。其中一個案例，一個苗圃為批發商生產植物，並且可能已成為許多植物疾病的零號病原。後來在世界另一地方的兩個苗圃中發現了具有相同基因型-質粒組合的菌株。

圖。 結合染色體和質粒同一性的基因組分析來建立疾病傳播模型

綜上所述，該研究表明，曾經被視為過於多樣化而無法分類的質粒具有獨特的譜系，並且可以透過定義其進化關係來實現疾病傳播的準確建模。同時該方法在植物和人類或動物健康以及食品安全中也可以推論毒力質粒進化和傳播的策略中具有潛在的應用前景。

論文連結：https：//science。sciencemag。org/content/368/6495/eaba5256

微信加群