研究发现DNA防御系统在质粒接合中成为适合度负担
DNA defense systems become a fitness liability during plasmid conjugation
研究发现，接合质粒转移会通过致死性接合（lethal zygosis）选择性降低非许可受体的适合度：反复的IV型分泌系统（T4SS）接触会损伤未能建立质粒的受体细胞，从而为质粒供体清出生态位。在Escherichia coli中，用CRISPR–Cas或限制修饰系统阻断质粒RK2的建立会造成明显的适合度缺陷，原因是受体无法表达质粒编码的排斥基因，持续暴露于T4SS接触之下。作者据此开发了共递送排斥基因的转座子载体，将细菌基因编辑效率提高数个数量级。研究提出水平基因转移中的“强制性同化”机制，并指出细菌对外源DNA的免疫优势与更易遭受致死性接合之间存在权衡。
来源：Nucleic Acids Research · doi.org
研究揭示细菌免疫防御在接合质粒转移中反成适合度负担，并据此改造转座子载体提升编辑效率。
通过接合质粒进行的水平基因转移是细菌进化的重要驱动力。虽然抗生素暴露会选择出某些质粒所携带的抗性基因，但在缺乏这种外部选择的情况下，质粒如何在微生物群落中持续存在并传播，仍存在很大不确定性。在此，我们表明，接合质粒转移通过致死性接合（lethal zygosis）过程选择性地降低非允许受体的适合度：这是一种反复的IV型分泌系统（T4SS）接触会损害未能建立质粒的受体的现象。我们发现，这种接触依赖性拮抗通过将受体的DNA防御转变为负担，有效地为质粒供体清除了生态位。用CRISPR–Cas或限制-修饰系统阻断质粒RK2的建立，会通过阻止质粒编码的排斥基因表达并使细胞暴露于反复的T4SS接触，在大肠杆菌受体中造成严重的适合度缺陷。我们利用这一见解，通过开发共递送排斥基因的转座子载体，解决了细菌编辑中的一个障碍，将基因编辑效率提高了数个数量级。我们的结果揭示了“强制性同化”在水平基因转移中的作用，揭示了一种权衡：细菌对外源DNA的免疫优势被对致死性接合易感性的增加所抵消。