パンゲノームゲノムの多様性、ダイナミクス、進化

The Pangenome: Diversity, Dynamics and Evolution of Genomes

• Hervé Tettelin
• Duccio Medini
• Poyin Chen
• D. J. Darwin Bandoy
• Bart C. Weimer

抄録

細菌におけるゲノムメチル化は、バクテリオファージ抵抗性、複製、複製忠実性を介したゲノム多様性、ストレスへの応答、遺伝子発現制御、および病原性に幅広い意味を持つため、非常に注目されている分野です。バクテリオファージのDNA修飾への関心が高まっているのは、宿主と微生物の相互作用やマイクロバイオームの関連性、宿主生物との共進化の調査に伴うものです。制限/修飾システムを用いたバクテリオファージ耐性とDNAメチル化が重要であることが認識されて以来、43,600以上の制限酵素が3600以上の異なる細菌でカタログ化されています。DNAシークエンシング法は大きな進歩を遂げてきましたが、これらの修飾をin situで調べる方法の進歩はまだ十分ではありません。しかし、全ゲノム配列の大幅な増加により、単一ゲノムの修飾状態を定義し、新しい制限酵素、メチル基転移酵素、修飾モチーフのマイニングを行うことが可能になりました。これらの進歩は、パンエピゲノム研究の基礎となり、パンゲノム間の集団規模の比較を行い、複製の忠実度とメチル化の状態を関連付けるとともに、パンゲノムの変異解析を行うことができるようになりました。 SMRTやナノポア配列決定を含む新しいDNA配列決定法は、増え続ける全ゲノムやメタゲノム配列のDNA修飾を検出するのに役立つと考えられます。より多くの配列が利用可能になるにつれ、細菌の生存と生理学に対する細菌のDNA修飾の役割と指導についての洞察を提供するために、より大規模な解析が行われています。

Genome methylation in bacteria is an area of intense interest because it has broad implications for bacteriophage resistance, replication, genomic diversity via replication fidelity, response to stress, gene expression regulation, and virulence. Increasing interest in bacterial DNA modification is coming about with investigation of host/microbe interactions and the microbiome association and coevolution with the host organism. Since the recognition of DNA methylation being important in and bacteriophage resistance using restriction/modification systems, more than 43,600 restriction enzymes have been cataloged in more than 3600 different bacteria. While DNA sequencing methods have made great advances there is a dearth of method advances to examine these modifications in situ. However, the large increase in whole genome sequences has led to advances in defining the modification status of single genomes as well as mining new restriction enzymes, methyltransferases, and modification motifs. These advances provide the basis for the study of pan-epigenomes, population-scale comparisons among pangenomes to link replication fidelity and methylation status along with mutational analysis of . Newer DNA sequencing methods that include SMRT and nanopore sequencing will aid the detection of DNA modifications on the ever-increasing whole genome and metagenome sequences that are being produced. As more sequences become available, larger analyses are being done to provide insight into the role and guidance of bacterial DNA modification to bacterial survival and physiology.

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