Evidence of horizontal gene transfer and environmental selection impacting antibiotic resistance evolution in soil-dwelling Listeria

水平基因转移 李斯特菌 生物 抗生素耐药性 流动遗传元素 生态学 基因 进化生物学 遗传学 系统发育学 基因组 单核细胞增生李斯特菌 细菌
作者
Ying‐Xian Goh,Sai Manohar Balu Anupoju,Anthony Nguyen,Hailong Zhang,Monica A. Ponder,Leigh-Anne H. Krometis,Amy Pruden,Jingqiu Liao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54459-9
摘要

Soil is an important reservoir of antibiotic resistance genes (ARGs) and understanding how corresponding environmental changes influence their emergence, evolution, and spread is crucial. The soil-dwelling bacterial genus Listeria, including L. monocytogenes, the causative agent of listeriosis, serves as a key model for establishing this understanding. Here, we characterize ARGs in 594 genomes representing 19 Listeria species that we previously isolated from soils in natural environments across the United States. Among the five putatively functional ARGs identified, lin, which confers resistance to lincomycin, is the most prevalent, followed by mprF, sul, fosX, and norB. ARGs are predominantly found in Listeria sensu stricto species, with those more closely related to L. monocytogenes tending to harbor more ARGs. Notably, phylogenetic and recombination analyses provide evidence of recent horizontal gene transfer (HGT) in all five ARGs within and/or across species, likely mediated by transformation rather than conjugation and transduction. In addition, the richness and genetic divergence of ARGs are associated with environmental conditions, particularly soil properties (e.g., aluminum and magnesium) and surrounding land use patterns (e.g., forest coverage). Collectively, our data suggest that recent HGT and environmental selection play a vital role in the acquisition and diversification of bacterial ARGs in natural environments. It remains elusive how environmental antibiotic resistance evolves and spreads. Goh et al. analyzed a nationwide genomic dataset of soil-dwelling Listeria and find evidence of horizontal gene transfer mediated by transformation and environmental selection acting on antibiotic resistance evolution in soil environments.
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