Diversität von Cardinium-Endosymbionten-Genomen aus pflanzenparasitären Nematoden

Cardinium-Endosymbionten sind obligat intrazelluläre Bakterien, die in einem breiten Spektrum wirbelloser Wirte vorkommen. In dieser Studie generierten wir zehn neue Cardinium-Genome aus pflanzenparasitären Nematoden der Gattungen Amplimerlinius, Bursaphelenchus, Cactodera, Ditylenchus, Globodera, Meloidoderita und Rotylenchus, was deren breite ökologische und phylogenetische Verbreitung verdeutlicht. Unter Verwendung eines erweiterten Gensets klärten wir die Verwandtschaft zwischen den zuvor definierten Cardinium-Gruppen B und F aus Nematoden auf und zeigten, dass sie eng miteinander verwandt sind und wahrscheinlich einen gemeinsamen evolutionären Ursprung innerhalb der nematodenassoziierten Cardinium teilen. Unter den in dieser Studie neu assemblierten Cardinium-Genomen wiesen zwei Genome von Stämmen, die mit holzbewohnenden Bursaphelenchus-Arten assoziiert sind, eine bemerkenswerte Genomreduktion mit geschätzten Größen von etwa 695 kb auf. Die funktionelle Annotation der Cardinium-Genome wies auf das Fehlen oder eine Reduktion mehrerer zentraler Stoffwechselwege hin, einschließlich des Biotin-Biosynthesewegs. Ein vollständiger Biotin-Stoffwechselweg wurde nur bei D. weischeri gefunden, und dieser Stoffwechselweg ist bei Cactodera sp. nur partiell kodiert. Das polA-Gen, das für die DNA-Polymerase I kodiert, zeigte bei mehreren Cardinium-Stämmen einen teilweisen Verlust. Phylogenetische und vergleichende genomische Analysen lieferten starke Hinweise darauf, dass mehrere Gene des Kohlenhydrat-, Glycerophospholipid- und Biotinstoffwechsels bei diesen Endosymbionten durch horizontalen Gentransfer erworben wurden. Künftige Forschung, die hochqualitative Genomassemblierungen mit funktionellen Analysen von Wirt-Symbiont-Interaktionen verknüpft, wird essenziell sein, um aufzuklären, wie metabolische Abhängigkeit, Genomreduktion und horizontaler Gentransfer gemeinsam die Evolution und ökologische Diversifizierung von Cardinium über verschiedene Nematodenwirte hinweg prägen.