Distinct but Intertwined Evolutionary Histories of Multiple Salmonella enterica Subspecies.

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2020
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Abstract
is responsible for many nontyphoidal foodborne infections and enteric (typhoid) fever in humans. Of the two species, is highly diverse and includes 10 known subspecies and approximately 2,600 serotypes. Understanding the evolutionary processes that generate the tremendous diversity in is important in reducing and controlling the incidence of disease outbreaks and the emergence of virulent strains. In this study, we aim to elucidate the impact of homologous recombination in the diversification of subspecies. Using a data set of previously published 926 genomes representing the 10 subspecies and , we calculated a genus-wide pan-genome composed of 84,041 genes and the pan-genome of 81,371 genes. The size of the accessory genomes varies between 12,429 genes in subsp. (subsp. IIIa) to 33,257 genes in subsp. (subsp. I). A total of 12,136 genes in the pan-genome show evidence of recombination, representing 14.44% of the pan-genome. We identified genomic hot spots of recombination that include genes associated with flagellin and the synthesis of methionine and thiamine pyrophosphate, which are known to influence host adaptation and virulence. Last, we uncovered within-species heterogeneity in rates of recombination and preferential genetic exchange between certain donor and recipient strains. Frequent but biased recombination within a bacterial species may suggest that lineages vary in their response to environmental selection pressure. Certain lineages, such as the more uncommon non- subspecies (non- subsp. ), may also act as a major reservoir of genetic diversity for the wider population. is a major foodborne pathogen, which can be transmitted via several distinct routes from animals and environmental sources to human hosts. Multiple subspecies and serotypes of exhibit considerable differences in virulence, host specificity, and colonization. This study provides detailed insights into the dynamics of recombination and its contributions to subspecies evolution. Widespread recombination within the species means that new adaptations arising in one lineage can be rapidly transferred to another lineage. We therefore predict that recombination has been an important factor in the emergence of several major disease-causing strains from diverse genomic backgrounds and their ability to adapt to disparate environments.
é responsável por muitas infecções de origem alimentar não tifoídicas e pela febre entérica (tifoide) em humanos. Das duas espécies de , é altamente diversa e inclui 10 subespécies conhecidas e aproximadamente 2.600 sorotipos. Compreender os processos evolutivos que geram a enorme diversidade em é importante para reduzir e controlar a incidência de surtos de doenças e a emergência de cepas virulentas. Neste estudo, temos como objetivo elucidar o impacto da recombinação homóloga na diversificação das subespécies de . Utilizando um conjunto de dados de 926 genomas de previamente publicados, representando as 10 subespécies de e , calculamos um pangenoma abrangendo todo o gênero, composto por 84.041 genes, e o pangenoma de , constituído por 81.371 genes. O tamanho dos genomas acessórios varia entre 12.429 genes em subsp. (subsp. IIIa) e 33.257 genes em subsp. (subsp. I). Um total de 12.136 genes no pangenoma de apresenta evidências de recombinação, representando 14,44% do pangenoma. Identificamos *hotspots* genômicos de recombinação que incluem genes associados à flagelina e à síntese de metionina e pirofosfato de tiamina, os quais sabidamente influenciam a adaptação ao hospedeiro e a virulência. Por fim, revelamos uma heterogeneidade intraespecífica nas taxas de recombinação e trocas genéticas preferenciais entre determinadas cepas doadoras e receptoras. A recombinação frequente, porém enviesada, no âmbito de uma espécie bacteriana pode sugerir que as linhagens variam em sua resposta à pressão de seleção ambiental. Certas linhagens, como as subespécies não- mais incomuns (não- subsp. ), também podem atuar como um importante reservatório de diversidade genética para a população mais ampla. é um importante patógeno de origem alimentar, que pode ser transmitido por meio de várias vias distintas a partir de animais e fontes ambientais para hospedeiros humanos. Múltiplas subespécies e sorotipos de apresentam diferenças consideráveis quanto à virulência, especificidade de hospedeiro e colonização. Este estudo fornece perspectivas detalhadas sobre a dinâmica da recombinação e suas contribuições para a evolução das subespécies de . A recombinação amplamente disseminada no âmbito da espécie indica que novas adaptações que surgem em uma linhagem podem ser rapidamente transferidas para outra. Prevemos, portanto, que a recombinação tem sido um fator crucial na emergência de diversas cepas de grande relevância patogênica a partir de contextos genômicos diversos, bem como em sua capacidade de se adaptar a ambientes díspares.
Reference Key
park2020distinctmsystems Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Park, Cooper J;Andam, Cheryl P;
Journal mSystems
Year 2020
DOI
e00515-19
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