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尽管生物膜代表了细菌的主要生活方式，并且是造成顽固性、治疗耐受性感染的重要因素，但在单个谱系分辨率下，其进化动态仍缺乏深入理解。我们结合DNA条形码介导的谱系追踪与空间采样，对大肠杆菌的超过10万个谱系进行研究，从而定量表征生物膜进化的连续阶段。表面定殖过程中剧烈的建立者效应最初使有效群体大小降低近三个数量级，并形成显著的空间隔离。随后，这种结构被一个此前未得到充分重视的二次迁移阶段逐渐削弱；在该阶段，扰动释放的细胞以比初始浮游细胞高103倍的速率重新定殖生物膜。此后，适应性进化通过针对生物膜生命周期不同阶段的突变，推动谱系发生专化。在严峻的抗生素瓶颈下，活跃的二次迁移持续恢复局部谱系多样性，使耐药性得以在数百个相互独立的谱系中平行出现。一旦在局部建立，迁移便会推动耐药突变体迅速实现空间扩散。综上，这些发现揭示了空间隔离与二次迁移如何塑造生物膜动态，将短期生态韧性与长期适应潜力联系起来。
高分辨率谱系追踪绘制出生物被膜的多阶段演化及适应潜力图谱 | 的二次迁移阶段中逐渐瓦解；在该阶段，扰动后释放的细胞以比未经处理的浮游细胞高 10^3 倍的速率重新定殖生物被膜。适应性演化随后通过针对生物被膜生命周期不同阶段的突变，推动谱系发生专化。在严重的抗生素瓶颈选择下，活跃的二次迁移持续恢复局部谱系多样性，使耐药性得以在数百个相互独立的谱系中并行出现。一旦在局部建立，迁移便会驱动耐药突变体迅速实现空间扩散。总体而言，这些发现揭示了空间隔离与二次迁移如何塑造生物被膜动力学，并将短期生态韧性与长期适应潜力联系起来。
利益冲突声明
脚注
https://github.com/Alaksh/Biofilm_lineage_tracking.git
资助者信息声明
法国国家研究署， https://ror.org/00rbzpz17 ANR-18-CE13-0010 ANR-18-CE35-0005 ANR-23-CE35-0006 ANR-20-PAMR-0002 ANR-10-LABX-62-IBEID
医学研究基金会， DEQ20180339185
版权
本预印本的。
本预印本依据 CC-BY 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 9 月 7 日。
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高分辨率谱系追踪绘制出生物被膜的多阶段演化及适应潜力图谱
Alaksh Choudhury ， Stanislas Thiriet-Rupert ， Zoya DIXIT ， Melanie Magnan ， Jean-Marc Ghigo ， Christophe BELOIN ， Olivier Tenaillon
bioRxiv 2026.09.04.749373； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.04.749373
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Alaksh Choudhury ， Stanislas Thiriet-Rupert ， Zoya DIXIT ， Melanie Magnan ， Jean-Marc Ghigo ， Christophe BELOIN ， Olivier Tenaillon
bioRxiv 2026.09.04.749373； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.04.749373
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.04.749373v1?rss=1
🏷️ 生物膜进化 谱系追踪 空间群体结构 二次迁移 抗生素耐药性