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质粒相较于其细菌宿主通常更富含 AT。尽管存在这种较低 GC 含量的倾向，但在多样化的质粒-宿主配对集合中，质粒与宿主染色体的 GC 含量呈正相关。然而，这一模式背后的进化过程仍不清楚。经典的改善作用（amelioration）模型预测，水平获得的 DNA 会逐渐趋同于宿主的核苷酸组成。然而，由于质粒能够在细菌宿主之间反复转移，这种与宿主相关的进化发生的机会可能取决于其传播动态。利用公共序列数据库中的 50,936 对质粒-宿主配对，我们发现，质粒与宿主染色体 GC 含量之间表面上的全局相关性，主要是由细菌物种之间而非物种内部的差异所驱动。因此，在检验质粒迁移性如何塑造与宿主相关的组成进化时，我们控制了质粒和宿主的群体结构。 我们比较了两种对比鲜明的情形：其一是由 3,682 个肠杆菌目质粒构成、分布于多种宿主背景中的群体；其二是来自根瘤菌（Rhizobium leguminosarum）某一谱系的 6 个长期宿主相关质粒，这些质粒具有基于 INSeq 测定的基因必需性数据。在肠杆菌目群体中，GC 含量变异几乎完全由质粒谱系而非宿主系统发育所解释，并且接合型质粒与其宿主染色体的相似性高于可动员质粒或不可动员质粒。在根瘤菌（Rhizobium leguminosarum）质粒中，对于那些在宿主多个生命周期阶段均为必需的基因，其同义位点组成与宿主染色体更为相似。综上，这些结果支持这样一种模型：质粒的迁移性会影响与宿主相关的进化过程改变其核苷酸组成的机会。
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摘要
相较于其细菌宿主，质粒通常富含 AT。尽管存在这种较低 GC 含量的倾向，在多样化的质粒—宿主配对集合中，质粒与宿主染色体的 GC 含量仍呈正相关。然而，这一模式背后的进化过程仍不清楚。经典的适应化模型预测，水平获得的 DNA 会逐渐趋近于宿主的核苷酸组成。然而，由于质粒能够在细菌宿主之间反复转移，这种宿主相关进化发生的机会可能取决于其传播动态。利用公共序列数据库中的 50,936 个质粒—宿主配对，我们发现，质粒与宿主染色体 GC 含量之间表观上的全局相关性，主要是由细菌物种之间而非物种内部的差异所驱动。因此，在检验质粒可移动性如何塑造宿主相关组成进化时，我们对质粒和宿主的群体结构进行了校正。我们比较了两种相互对立的情形：其一是由 3,682 个肠杆菌目质粒构成的群体，这些质粒分布于多样化的宿主背景中；其二是来自根瘤菌 Rhizobium leguminosarum 某一谱系的 6 个长期宿主相关质粒，这些质粒具有通过 INSeq 测定的基因必需性数据。在肠杆菌目群体中，GC 含量变异的解释主要来源于质粒谱系而非宿主系统发育，并且接合型质粒与其宿主染色体的相似性高于可动员型或不可动员型质粒。在 Rhizobium leguminosarum 质粒中，对于那些在宿主多个生命周期阶段均必需的基因，其同义位点组成与宿主染色体更为相似。综合来看，这些结果支持这样一种模型：质粒的可移动性会影响宿主相关进化过程改变核苷酸组成的机会。
利益冲突声明
脚注
https://github.com/wtmatlock/plasmid-gc
已声明资助信息
Wellcome Trust 319534/Z/24/Z
英国牛津大学圣约翰学院
版权
持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
本文依据 CC-BY-NC 4.0 国际许可协议公开提供。
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发布于 2026 年 7 月 23 日。
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可移动性塑造质粒 GC 含量的进化
William Matlock，Anna E. Dewar
bioRxiv
2026.07.20.739530；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.07.20.739530
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可移动性塑造质粒 GC 含量的进化
William Matlock，Anna E. Dewar
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2026.07.20.739530；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.07.20.739530
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.20.739530v1?rss=1
🏷️ 质粒进化 GC含量 水平基因转移 宿主-质粒互作 细菌基因组 核苷酸组成