利用机器学习揭示的假单胞菌菌株转录调控网络的多样性与演化

假单胞菌属（Pseudomonas）由多样且具有重要生态意义的物种组成，这些物种与植物和动物均形成密切关联。由于该属包含具有临床相关性的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、作为模式植物病原体的丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae），以及无致病性且具有工业应用价值的恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida），因此该属得到了广泛研究。这些物种在代谢和生理能力上的差异，既源于其独特的遗传组成，也受到不同调控机制的影响。为了研究这三个物种多样性的转录基础，我们将独立成分分析应用于菌株特异性的 RNA-seq 数据集，以鉴定独立调控的基因集合（iModulons）及其在特定条件下的活性水平。随后，我们基于同源基因成员构成的相似性，在不同菌株间对 iModulons 进行了映射。通过比较 iModulon 的基因成员构成及其活性，我们发现：（i）iModulons 揭示了不同菌株间共享和特有的调控模式；（ii）共同功能中的独特适应性，例如翻译以及荧光素铁载体（pyoverdine）的生成/摄取，既通过各菌株中 iModulon 基因成员构成的差异体现出来，也通过条件特异性的激活状态表现出来；（iii）iModulons 有助于在系统层面比较应激响应；（iv）iModulons 突出了人类和植物病原体中独特的毒力因子富集及宿主特异性适应。总体而言，对这三个菌株模块化转录组的比较，为理解它们的差异化进化提供了独特而全面的见解。

假单胞菌属包含多样且具有重要生态意义的物种，这些物种与植物和动物均形成密切关联。由于其中包括具有临床相关性的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、模式植物病原体丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）以及无致病性且具有工业应用价值的恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida），该属受到了广泛研究。这些物种在代谢和生理能力上的差异，既源于其独特的遗传组成，也源于其不同的调控机制。为了研究这三个物种多样性的转录基础，我们将独立成分分析应用于菌株特异性的RNA-seq数据集，以鉴定独立调控的基因集合（iModulons）及其条件特异性的活性水平。随后，我们基于直系同源基因组成的相似性，在不同菌株之间对iModulons进行了映射。通过比较iModulons的基因组成及其活性，我们发现：（i）iModulons揭示了不同菌株间共享与独特的调控模式；（ii）在翻译和绿脓菌素产生/摄取等共同功能中存在的独特适应性，既表现为各菌株中iModulon基因组成的差异，也表现为条件特异性的激活状态；（iii）iModulons有助于在系统水平上比较应激反应；以及（iv）iModulons突显了人类和植物病原体中独特的毒力因子富集及宿主特异性适应。总体而言，对这三个菌株模块化转录组的比较，为理解它们的差异性进化提供了独特而全面的见解。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.20.739605v1?rss=1

🏷️ 假单胞菌 转录调控网络 机器学习 RNA-seq 独立成分分析 比较转录组学