Using core genome and machine learning for serovar prediction in Salmonella enterica subspecies I strains

肠沙门氏菌 基因组 毒力 系统发育树 生物 致病岛 沙门氏菌 血清型 计算生物学 基因 水平基因转移 遗传学 微生物学 细菌
作者
Xiang Li,Adelumola Oladeinde,Michael J. Rothrock,Tai‐Shung Chung,Walid Ghazi Al Hakeem
出处
期刊:Fems Microbiology Letters [Oxford University Press]
卷期号:372
标识
DOI:10.1093/femsle/fnaf040
摘要

Abstract This study presents a dual investigation of Salmonella enterica subspecies I, focusing on serovar prediction and core genome characteristics. We utilized two large genomic datasets (panX and NCBI Pathogen Detection) to test machine learning methods for predicting Salmonella serovars based on genomic differences. Among the four tested algorithms, the Random Forest model demonstrated higher performance, achieving 90.3% accuracy with the panX dataset and 95.3% with the NCBI dataset, particularly effective when trained on >50% of available data. When combined with hierarchical clustering validation, our approach achieved 100% prediction accuracy on the simulated data. Parallel analysis of panX core genome characteristics revealed that pathogenicity-related genes (including sseA, invA, mgtC, phoP, phoQ, and sitA) exhibited similar phylogenetic topologies distinct from the core genome phylogenetic tree, suggesting shared evolutionary histories. Notably, all identified core antibiotic resistance genes and virulence factors showed evidence of negative selection, indicating their essential role in bacterial survival. This study not only presents a promising machine learning-based alternative for Salmonella serovar classification, particularly valuable when analyzing newly identified serovars alongside known reference strains but also provides insights into the evolutionary dynamics of core virulence-associated genes, contributing to our understanding of Salmonella genomic architecture and pathogenicity.
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