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环境捕食是细菌进化的重要驱动力，并可能通过偶然选择间接影响毒力。然而，持续性的捕食压力与波动性的捕食压力如何塑造长期进化轨迹，仍然缺乏充分认识。在本研究中，我们利用实验进化方法，考察了铜绿假单胞菌在180天内持续暴露于原生动物捕食者嗜热四膜虫、完全不暴露以及波动性暴露三种条件下的遗传和表型响应。 基于整体群体水平和分离株水平的鸟枪法宏基因组测序结果，我们发现，随时间推移突变数量减少，但存活突变的频率不断上升，这与选择作用相一致；同时还观察到广泛的基因水平平行进化，以及正向选择和纯化选择的共同信号。反复发生突变的基因涵盖了多种功能通路，反映出既有共享的适应性响应，也有处理特异性的适应性响应。尽管存在这种平行性，历史偶然性仍然十分明显，初始条件会影响后续的进化轨迹。我们还观察到高突变率谱系的出现，这类谱系常见于慢性肺部感染中，提示反复进化出的高突变率可能代表铜绿假单胞菌在环境相关和宿主相关情境中一种共同的适应策略。 波动性的捕食反复重塑了适应景观，导致突变在时间上的更替更为剧烈，并且与恒定环境相比，最终达到固定的突变积累更多。表型测定显示，适应度、运动性、生物被膜形成、铁载体产生、蛋白酶活性、溶血作用以及细胞大小均发生了广泛分化；而在无脊椎动物宿主模型中的毒力虽在不同处理间有所变化，但差异未达到显著水平。综合而言，这些发现表明，捕食者介导的选择差异会重塑细菌适应的动态过程及其遗传靶点，并凸显了生态背景、历史偶然性和高突变性在驱动机会致病菌进化轨迹中的作用。
环境捕食是细菌进化的主要驱动力之一，并可能通过偶然选择间接影响毒力。然而，持续的与波动的捕食者压力如何塑造长期进化轨迹，仍知之甚少。在本研究中，我们采用实验进化的方法，考察了铜绿假单胞菌在180天内持续暴露、无暴露或波动暴露于原生动物捕食者嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）条件下的遗传和表型响应。基于全种群和分离株水平的鸟枪法宏基因组测序结果，我们发现随时间推移突变数量减少，但存活突变的频率不断上升，这与选择作用相一致；同时还观察到广泛的基因层面平行进化，以及正向选择和纯化选择的双重信号。反复发生突变的基因涉及多种功能通路，反映了共享的和处理特异性的适应性响应。尽管存在这种平行性，历史偶然性依然明显，初始条件会影响后续的进化轨迹。我们还观察到超突变谱系的出现，这类谱系常见于慢性肺部感染中，这提示反复进化出升高的突变率，可能代表铜绿假单胞菌在环境相关和宿主相关情境中一种共同的适应策略。波动的捕食压力反复重塑适应性景观，导致突变在时间上的更替更为频繁，并且相较于恒定环境，最终达到固定的突变积累更多。表型测定显示，在适合度、运动性、生物被膜形成、铁载体产生、蛋白酶活性、溶血作用和细胞大小等方面出现了广泛分化；而在无脊椎动物宿主模型中的毒力虽在不同处理间有所变化，但差异并不显著。综上，这些发现表明，捕食者介导选择的变化会重塑细菌适应的动态过程及其遗传靶点，并凸显生态背景、历史偶然性和超突变性在驱动机会致病菌进化轨迹中的作用。
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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.22.739916v1?rss=1
🏷️ 实验进化 铜绿假单胞菌 捕食者介导选择 平行进化 趋异进化 高突变率