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Two Host Clades, Two Bacterial Arsenals: Evolution through Gene Losses in Facultative Endosymbionts

Authors :
Rollat-Farnier, Pierre-Antoine
Santos-Garcia, Diego
Rao, Qiong
Sagot, Marie-France
Silva, Francisco J
Henri, Hélène
Zchori-Fein, Einat
Latorre, Amparo
Moya, Andrés
Barbe, Valérie
Liu, Shu-Sheng
Wang, Xiao-Wei
Vavre, Fabrice
Mouton, Laurence
Baobab
Département PEGASE [LBBE] (PEGASE)
Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
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Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
An algorithmic view on genomes, cells, and environments (BAMBOO)
Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE)
Université de Lyon-Université de Lyon-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva (ICBiBE)
Universitat de València (UV)
Zhejiang Agriculture and Forestry University
Equipe de recherche européenne en algorithmique et biologie formelle et expérimentale (ERABLE)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Agricultural Research Organisation (ARO)
Volcani Center
Institut de Génomique d'Evry (IG)
Université Paris-Saclay-Institut de Biologie François JACOB (JACOB)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Génétique et évolution des interactions hôtes-parasites
Département génétique, interactions et évolution des génomes [LBBE] (GINSENG)
European Project: 247073,EC:FP7:ERC,ERC-2009-AdG,SISYPHE(2010)
Source :
Genome Biology and Evolution, Genome Biology and Evolution, Society for Molecular Biology and Evolution, 2015, 7 (3), pp.839-855. ⟨10.1093/gbe/evv030⟩, Genome Biology and Evolution, 2015, 7 (3), pp.839-855. ⟨10.1093/gbe/evv030⟩
Publication Year :
2015
Publisher :
HAL CCSD, 2015.

Abstract

International audience; Bacterial endosymbiosis is an important evolutionary process in insects, which can harbor both obligate and facultative symbionts. The evolution of these symbionts is driven by evolutionary convergence, and they exhibit among the tiniest genomes in prokaryotes. The large host spectrum of facultative symbionts and the high diversity of strategies they use to infect new hosts probably impact the evolution of their genome and explain why they undergo less severe genomic erosion than obligate symbionts. Candidatus Hamiltonella defensa is suitable for the investigation of the genomic evolution of facultative symbionts because the bacteria are engaged in specific relationships in two clades of insects. In aphids, H. defensa is found in several species with an intermediate prevalence and confers protection against parasitoids. In whiteflies, H. defensa is almost fixed in some species of Bemisia tabaci, which suggests an important role of and a transition toward obligate symbiosis. In this study, comparisons of the genome of H. defensa present in two B. tabaci species (Middle East Asia Minor 1 and Mediterranean) and in the aphid Acyrthosiphon pisum revealed that they belong to two distinct clades and underwent specific gene losses. In aphids, it contains highly virulent factors that could allow protection and horizontal transfers. In whiteflies, the genome lost these factors and seems to have a limited ability to acquire genes. However it contains genes that could be involved in the production of essential nutrients, which is consistent with a primordial role for this symbiont. In conclusion, although both lineages of H. defensa have mutualistic interactions with their hosts, their genomes follow distinct evolutionary trajectories that reflect their phenotype and could have important consequences on their evolvability.

Details

Language :
English
ISSN :
17596653
Database :
OpenAIRE
Journal :
Genome Biology and Evolution, Genome Biology and Evolution, Society for Molecular Biology and Evolution, 2015, 7 (3), pp.839-855. ⟨10.1093/gbe/evv030⟩, Genome Biology and Evolution, 2015, 7 (3), pp.839-855. ⟨10.1093/gbe/evv030⟩
Accession number :
edsair.pmid.dedup....66bda8ebb480497bfaabf87719e824d2
Full Text :
https://doi.org/10.1093/gbe/evv030⟩