The impact of genetic diversity on gene essentiality within the Escherichia coli species

原噬菌体 生物 基因 遗传学 可进化性 大肠杆菌 基因组 流动遗传元素 上位性 遗传多样性 拉伤 基因组学 基因库 计算生物学 噬菌体 人口 人口学 解剖 社会学
作者
François Rousset,Jose Cabezas-Caballero,Florence Piastra-Facon,Jesús Fernández-Rodríguez,Olivier Clermont,Érick Denamur,Eduardo P. C. Rocha,David Bikard
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:6 (3): 301-312 被引量:133
标识
DOI:10.1038/s41564-020-00839-y
摘要

Bacteria from the same species can differ widely in their gene content. In Escherichia coli, the set of genes shared by all strains, known as the core genome, represents about half the number of genes present in any strain. Although recent advances in bacterial genomics have unravelled genes required for fitness in various experimental conditions, most studies have focused on single model strains. As a result, the impact of the species' genetic diversity on core processes of the bacterial cell remains largely under-investigated. Here, we have developed a CRISPR interference platform for high-throughput gene repression that is compatible with most E. coli isolates and closely related species. We have applied it to assess the importance of ~3,400 nearly ubiquitous genes in three growth conditions in 18 representative E. coli strains spanning most common phylogroups and lifestyles of the species. Our screens revealed extensive variations in gene essentiality between strains and conditions. Investigation of the genetic determinants for these variations highlighted the importance of epistatic interactions with mobile genetic elements. In particular, we have shown how prophage-encoded defence systems against phage infection can trigger the essentiality of persistent genes that are usually non-essential. This study provides broad insights into the evolvability of gene essentiality and argues for the importance of studying various isolates from the same species under diverse conditions.
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