Published July 23, 2014 | Version v1
Publication Open

How Often Do They Have Sex? A Comparative Analysis of the Population Structure of Seven Eukaryotic Microbial Pathogens

Creators

  • 1. National University of Salta
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. University of California, Irvine
  • 4. Maladies Infectieuses et Vecteurs: Écologie, Génétique, Évolution et Contrôle
  • 5. Institut de Recherche pour le Développement
  • 6. Centre National de la Recherche Scientifique

Description

The model of predominant clonal evolution (PCE) proposed for micropathogens does not state that genetic exchange is totally absent, but rather, that it is too rare to break the prevalent PCE pattern. However, the actual impact of this "residual" genetic exchange should be evaluated. Multilocus Sequence Typing (MLST) is an excellent tool to explore the problem. Here, we compared online available MLST datasets for seven eukaryotic microbial pathogens: Trypanosoma cruzi, the Fusarium solani complex, Aspergillus fumigatus, Blastocystis subtype 3, the Leishmania donovani complex, Candida albicans and Candida glabrata. We first analyzed phylogenetic relationships among genotypes within each dataset. Then, we examined different measures of branch support and incongruence among loci as signs of genetic structure and levels of past recombination. The analyses allow us to identify three types of genetic structure. The first was characterized by trees with well-supported branches and low levels of incongruence suggesting well-structured populations and PCE. This was the case for the T. cruzi and F. solani datasets. The second genetic structure, represented by Blastocystis spp., A. fumigatus and the L. donovani complex datasets, showed trees with weakly-supported branches but low levels of incongruence among loci, whereby genetic structuration was not clearly defined by MLST. Finally, trees showing weakly-supported branches and high levels of incongruence among loci were observed for Candida species, suggesting that genetic exchange has a higher evolutionary impact in these mainly clonal yeast species. Furthermore, simulations showed that MLST may fail to show right clustering in population datasets even in the absence of genetic exchange. In conclusion, these results make it possible to infer variable impacts of genetic exchange in populations of predominantly clonal micro-pathogens. Moreover, our results reveal different problems of MLST to determine the genetic structure in these organisms that should be considered.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

لا ينص نموذج التطور النسيلي السائد (PCE) المقترح لمسببات الأمراض الدقيقة على أن التبادل الجيني غائب تمامًا، بل بالأحرى، أنه من النادر جدًا كسر نمط PCE السائد. ومع ذلك، ينبغي تقييم التأثير الفعلي لهذا التبادل الجيني "المتبقي". تعد كتابة التسلسل متعدد البؤر (MLST) أداة ممتازة لاستكشاف المشكلة. هنا، قارنا مجموعات بيانات MLST المتاحة عبر الإنترنت لسبعة مسببات للأمراض الميكروبية حقيقية النواة: المثقبية الكروزية، ومركب Fusarium solani، و Aspergillus fumigatus، و Blastocystis subtype 3، ومركب Leishmania donovani، و Candida albicans و Candida glabrata. قمنا أولاً بتحليل العلاقات الوراثية بين الأنماط الجينية داخل كل مجموعة بيانات. بعد ذلك، فحصنا مقاييس مختلفة لدعم الفروع وعدم التطابق بين المواضع كعلامات على البنية الوراثية ومستويات إعادة التركيب السابقة. تسمح لنا التحليلات بتحديد ثلاثة أنواع من البنية الوراثية. اتسمت الأولى بأشجار ذات أغصان مدعومة جيدًا ومستويات منخفضة من التناقض مما يشير إلى وجود مجموعات سكانية ومنظمة بشكل جيد. كان هذا هو الحال بالنسبة لمجموعات بيانات T. cruzi و F. solani. البنية الوراثية الثانية، ممثلة في Blastocystis spp.، أظهرت A. fumigatus ومجموعات بيانات L. donovani المعقدة، أشجارًا ذات فروع مدعومة بشكل ضعيف ولكن مستويات منخفضة من التناقض بين المواضع، حيث لم يتم تحديد البنية الجينية بوضوح من قبل MLST. أخيرًا، لوحظت الأشجار التي تظهر فروعًا ضعيفة الدعم ومستويات عالية من التناقض بين المواضع لأنواع المبيضات، مما يشير إلى أن التبادل الجيني له تأثير تطوري أعلى في أنواع الخميرة المستنسخة بشكل أساسي. علاوة على ذلك، أظهرت المحاكاة أن MLST قد تفشل في إظهار التجميع الصحيح في مجموعات البيانات السكانية حتى في غياب التبادل الجيني. في الختام، تجعل هذه النتائج من الممكن استنتاج التأثيرات المتغيرة للتبادل الجيني في مجموعات مسببات الأمراض الدقيقة النسيجية في الغالب. علاوة على ذلك، تكشف نتائجنا عن مشاكل مختلفة في MLST لتحديد البنية الوراثية في هذه الكائنات التي يجب مراعاتها.

Translated Description (French)

Le modèle d'évolution clonale prédominante (ECP) proposé pour les micropathogènes n'indique pas que l'échange génétique est totalement absent, mais plutôt qu'il est trop rare de briser le modèle d'ECP prédominant. Cependant, l'impact réel de cet échange génétique « résiduel » doit être évalué. Multilocus Sequence Typing (MLST) est un excellent outil pour explorer le problème. Ici, nous avons comparé les ensembles de données MLST disponibles en ligne pour sept agents pathogènes microbiens eucaryotes : Trypanosoma cruzi, le complexe Fusarium solani, Aspergillus fumigatus, Blastocystis sous-type 3, le complexe Leishmania donovani, Candida albicans et Candida glabrata. Nous avons d'abord analysé les relations phylogénétiques entre les génotypes au sein de chaque ensemble de données. Ensuite, nous avons examiné différentes mesures du soutien des branches et de l'incongruence entre les loci en tant que signes de la structure génétique et des niveaux de recombinaison passée. Les analyses nous permettent d'identifier trois types de structure génétique. Le premier était caractérisé par des arbres avec des branches bien soutenues et de faibles niveaux d'incongruence suggérant des populations et des PCE bien structurés. Ce fut le cas pour les ensembles de données T. cruzi et F. solani. La deuxième structure génétique, représentée par Blastocystis spp., A. fumigatus et les ensembles de données complexes de L. donovani, ont montré des arbres avec des branches faiblement soutenues mais de faibles niveaux d'incongruité entre les loci, la structuration génétique n'étant pas clairement définie par MLST. Enfin, des arbres présentant des branches faiblement soutenues et des niveaux élevés d'incongruence entre les locus ont été observés pour les espèces de Candida, suggérant que l'échange génétique a un impact évolutif plus élevé chez ces espèces de levures principalement clonales. En outre, les simulations ont montré que MLST peut ne pas montrer le bon regroupement dans les ensembles de données de population, même en l'absence d'échange génétique. En conclusion, ces résultats permettent d'inférer des impacts variables des échanges génétiques dans des populations de micro-pathogènes majoritairement clonaux. De plus, nos résultats révèlent différents problèmes de MLST pour déterminer la structure génétique de ces organismes qui devraient être pris en compte.

Translated Description (Spanish)

El modelo de evolución clonal predominante (PCE) propuesto para los micropatógenos no establece que el intercambio genético esté totalmente ausente, sino que es demasiado raro para romper el patrón prevalente de PCE. Sin embargo, se debe evaluar el impacto real de este intercambio genético "residual". Multilocus Sequence Typing (MLST) es una excelente herramienta para explorar el problema. Aquí, comparamos los conjuntos de datos MLST disponibles en línea para siete patógenos microbianos eucariotas: Trypanosoma cruzi, el complejo Fusarium solani, Aspergillus fumigatus, Blastocystis subtipo 3, el complejo Leishmania donovani, Candida albicans y Candida glabrata. Primero analizamos las relaciones filogenéticas entre los genotipos dentro de cada conjunto de datos. Luego, examinamos diferentes medidas de soporte de ramas e incongruencia entre loci como signos de estructura genética y niveles de recombinación pasada. Los análisis nos permiten identificar tres tipos de estructura genética. El primero se caracterizó por árboles con ramas bien soportadas y bajos niveles de incongruencia que sugieren poblaciones bien estructuradas y PCE. Este fue el caso de los conjuntos de datos de T. cruzi y F. solani. La segunda estructura genética, representada por Blastocystis spp., A. fumigatus y los conjuntos de datos complejos de L. donovani, mostraron árboles con ramas débilmente soportadas pero bajos niveles de incongruencia entre los loci, por lo que la estructuración genética no estaba claramente definida por MLST. Finalmente, se observaron árboles que muestran ramas débilmente soportadas y altos niveles de incongruencia entre loci para especies de Candida, lo que sugiere que el intercambio genético tiene un mayor impacto evolutivo en estas especies de levadura principalmente clonales. Además, las simulaciones mostraron que MLST puede no mostrar la agrupación correcta en los conjuntos de datos de población incluso en ausencia de intercambio genético. En conclusión, estos resultados permiten inferir impactos variables del intercambio genético en poblaciones de micropatógenos predominantemente clonales. Además, nuestros resultados revelan diferentes problemas de MLST para determinar la estructura genética en estos organismos que deben considerarse.

Files

journal.pone.0103131&type=printable.pdf

Files (491.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:cada702e92efc0ee707d5d3911ace3cc
491.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
كم مرة يمارسون الجنس ؟ تحليل مقارن للهيكل السكاني لسبعة مسببات للأمراض الميكروبية حقيقية النواة
Translated title (French)
À quelle fréquence ont-ils des relations sexuelles ? Une analyse comparative de la structure de la population de sept agents pathogènes microbiens eucaryotes
Translated title (Spanish)
¿Con qué frecuencia tienen relaciones sexuales? Un análisis comparativo de la estructura poblacional de siete patógenos microbianos eucariotas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2016523018
DOI
10.1371/journal.pone.0103131

Is supplement to
https://openalex.org/W4239221111 (Other)
https://openalex.org/W3195728150 (Other)
https://openalex.org/W2432342716 (Other)
https://openalex.org/W2383825505 (Other)
https://openalex.org/W2130076355 (Other)
https://openalex.org/W2119695867 (Other)
https://openalex.org/W2098600677 (Other)
https://openalex.org/W2082860237 (Other)
https://openalex.org/W1993764875 (Other)
https://openalex.org/W1990804418 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1820106810
  • https://openalex.org/W1945207787
  • https://openalex.org/W1969543368
  • https://openalex.org/W1970205620
  • https://openalex.org/W1973337536
  • https://openalex.org/W1975261050
  • https://openalex.org/W1978486964
  • https://openalex.org/W1983082920
  • https://openalex.org/W1987380501
  • https://openalex.org/W1988325090
  • https://openalex.org/W2000549799
  • https://openalex.org/W2001648638
  • https://openalex.org/W2009151113
  • https://openalex.org/W2013977127
  • https://openalex.org/W2016306720
  • https://openalex.org/W2021267302
  • https://openalex.org/W2022337918
  • https://openalex.org/W2038100625
  • https://openalex.org/W2039120212
  • https://openalex.org/W2052006920
  • https://openalex.org/W2064641442
  • https://openalex.org/W2069044080
  • https://openalex.org/W2085434874
  • https://openalex.org/W2086103962
  • https://openalex.org/W2091306702
  • https://openalex.org/W2091728893
  • https://openalex.org/W2093236649
  • https://openalex.org/W2095101507
  • https://openalex.org/W2108566050
  • https://openalex.org/W2112154582
  • https://openalex.org/W2113019075
  • https://openalex.org/W2117148030
  • https://openalex.org/W2118361627
  • https://openalex.org/W2120127088
  • https://openalex.org/W2124310341
  • https://openalex.org/W2128502492
  • https://openalex.org/W2129223498
  • https://openalex.org/W2137360605
  • https://openalex.org/W2142503351
  • https://openalex.org/W2154959095
  • https://openalex.org/W2155147988
  • https://openalex.org/W2162122300
  • https://openalex.org/W2163005628
  • https://openalex.org/W2166642025
  • https://openalex.org/W2168705804
  • https://openalex.org/W2169307994
  • https://openalex.org/W2170770076
  • https://openalex.org/W2172746054
  • https://openalex.org/W2304443483
  • https://openalex.org/W4255912090