Mobile genes in the human microbiome are structured from global to individual scales

微生物群 流动遗传元素 生物 基因 人体微生物群 生物扩散 基因组 进化生物学 人口 表型 遗传学 生态学 基因组 人口学 社会学
作者
Ilana Brito,Suzan Yilmaz,Katherine Huang,Li Xu,Stacy D. Jupiter,Aaron Jenkins,Waisea Naisilisili,Manu Tamminen,Christopher S. Smillie,Jennifer R. Wortman,Bruce W. Birren,Ramnik J. Xavier,Paul C. Blainey,Anup K. Singh,Dirk Gevers,Eric J. Alm
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:535 (7612): 435-439 被引量:274
标识
DOI:10.1038/nature18927
摘要

Recent work has underscored the importance of the microbiome in human health, and has largely attributed differences in phenotype to differences in the species present among individuals. However, mobile genes can confer profoundly different phenotypes on different strains of the same species. Little is known about the function and distribution of mobile genes in the human microbiome, and in particular whether the gene pool is globally homogenous or constrained by human population structure. Here, we investigate this question by comparing the mobile genes found in the microbiomes of 81 metropolitan North Americans with those of 172 agrarian Fiji islanders using a combination of single-cell genomics and metagenomics. We find large differences in mobile gene content between the Fijian and North American microbiomes, with functional variation that mirrors known dietary differences such as the excess of plant-based starch degradation genes found in Fijian individuals. Notably, we also observed differences between the mobile gene pools of neighbouring Fijian villages, even though microbiome composition across villages is similar. Finally, we observe high rates of recombination leading to individual-specific mobile elements, suggesting that the abundance of some genes may reflect environmental selection rather than dispersal limitation. Together, these data support the hypothesis that human activities and behaviours provide selective pressures that shape mobile gene pools, and that acquisition of mobile genes is important for colonizing specific human populations.

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