Published April 21, 2020
| Version v1
Publication
Open
Mitochondrial Genome Polymorphisms in the Human Pathogenic Fungus Cryptococcus neoformans
Creators
- 1. McMaster University
- 2. Institute of Bast Fiber Crops
- 3. Chinese Academy of Agricultural Sciences
Description
The Cryptococcus complex consists of at least seven evolutionary divergent lineages and causes ∼200,000 fatal human infections each year worldwide. The dominant lineage is Cryptococcus neoformans which consists of three haploid clades VNI, VNII, and VNB, their haploid hybrids, and various diploids derived from intra- and inter-clade mating events. In this study, we analyzed the mitogenomes of 184 strains of C. neoformans. Our analyses revealed that all 184 mitogenomes contained the same 15 protein-coding genes in the same gene order. However, their mitogenome sizes varied between 24,740 and 31,327 bp, primarily due to differences in the number and size of mitochondrial introns. Twelve nucleotide sites within five mitochondrial genes were found to contain introns in at least one of the 184 strains, ranging from 2 to 7 introns within each mitogenome. The concatenated mitochondrial exon sequences of the 15 protein-coding genes and two rRNA genes showed that VNI, VNII, and VNB strains were separated into distinct clades or sub-clades, largely consistent with results based on nuclear genome SNPs. However, several novel findings were observed. First, one strain of the VNB clade contained mitogenome exon sequences identical to the main VNI mitogenome type but was distant to other VNB mitogenomes. Second, hybrids among clades VNI, VNII, and VNB identified based on their nuclear genome SNPs contained mitogenomes from different clades, with evidence of their mitogenomes inherited from either the MATa or the MATα parents. Third, the eight diploid VNB (C. neoformans) × VNIV (C. deneoformans) hybrids contained recombinant mitogenomes. Fourth, analyses of intron distribution and the paired exon-intron phylogenies for each of the 12 exon-intron pairs suggested frequent gains and losses of mitochondrial introns during the evolution of C. neoformans. The combined mitogenome exon-based phylogeny and intron distributions suggested that clades VNI, VNII and VNB could be further divided into sub-clades. Together, our results revealed a dynamic evolution of mitochondrial genomes in this important human fungal pathogen.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتكون مركب المكورات الخفية من سبع سلالات متباينة تطورية على الأقل ويسبب 200000 إصابة بشرية قاتلة كل عام في جميع أنحاء العالم. السلالة المهيمنة هي كريبتوكوكوس نيوفورمانس التي تتكون من ثلاثة فروع أحادية الصيغة الصبغية VNI و VNII و VNB، وهجائنها أحادية الصيغة الصبغية، ومختلف الصيغ الصبغية المزدوجة المستمدة من أحداث التزاوج داخل الفصائل وفيما بينها. في هذه الدراسة، قمنا بتحليل الميتوجينومات لـ 184 سلالة من C. neoformans. كشفت تحليلاتنا أن جميع الميتوجينومات البالغ عددها 184 تحتوي على نفس الجينات الـ 15 المشفرة للبروتين في نفس ترتيب الجينات. ومع ذلك، تراوحت أحجام الميتوجينوم بين 24،740 و 31،327 نقطة أساس، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى الاختلافات في عدد وحجم إنترونات الميتوكوندريا. تم العثور على اثني عشر موقعًا للنيوكليوتيدات داخل خمسة جينات ميتوكوندريا تحتوي على إنترونات في واحدة على الأقل من 184 سلالة، تتراوح من 2 إلى 7 إنترونات داخل كل ميتوجينوم. أظهرت تسلسلات إكسون الميتوكوندريا المتسلسلة لـ 15 جينًا مشفرًا للبروتين واثنين من جينات الحمض النووي الريبي أن سلالات VNI و VNII و VNB تم فصلها إلى فروع أو شفرات فرعية متميزة، بما يتفق إلى حد كبير مع النتائج القائمة على الجينوم النووي SNPs. ومع ذلك، لوحظت العديد من النتائج الجديدة. أولاً، احتوت سلالة واحدة من فصيلة VNB على تسلسلات إكسون ميتوجينوم مطابقة لنوع ميتوجينوم VNI الرئيسي ولكنها كانت بعيدة عن الميتوجينومات VNB الأخرى. ثانيًا، احتوت الهجائن بين الفروع VNI و VNII و VNB التي تم تحديدها بناءً على الجينوم النووي SNPs على جينات ميتوجينية من فروع مختلفة، مع وجود دليل على جيناتها الميتوجينية الموروثة من الوالدين MATA أو MATα. ثالثًا، احتوت الهجائن الثمانية ثنائية الصيغة الصبغية VNB (C. neoformans) × VNIV (C. deneoformans) على الميتوجينومات المؤتلفة. رابعًا، أشارت تحليلات توزيع الإنترون وسلالات إكسون- إنترون المقترنة لكل من أزواج إكسون- إنترون الاثني عشر إلى مكاسب وخسائر متكررة لإنترونات الميتوكوندريا أثناء تطور C. neoformans. اقترحت توزيعات السلالات والإنترون القائمة على الميتوجينوم المشترك أن الفروع VNI و VNII و VNB يمكن تقسيمها إلى شفرات فرعية. كشفت نتائجنا معًا عن تطور ديناميكي لجينوم الميتوكوندريا في هذا العامل الممرض الفطري البشري المهم.Translated Description (French)
Le complexe Cryptococcus se compose d'au moins sept lignées évolutives divergentes et provoque environ200 000 infections humaines mortelles chaque année dans le monde. La lignée dominante est Cryptococcus neoformans qui se compose de trois clades haploïdes VNI, VNII et VNB, de leurs hybrides haploïdes et de divers diploïdes dérivés d'événements d'accouplement intra- et inter-clades. Dans cette étude, nous avons analysé les mitogénomes de 184 souches de C. neoformans. Nos analyses ont révélé que les 184 mitogénomes contenaient les mêmes 15 gènes codant pour des protéines dans le même ordre génique. Cependant, leurs tailles mitogénomiques variaient entre 24 740 et 31 327 pb, principalement en raison des différences dans le nombre et la taille des introns mitochondriaux. Douze sites nucléotidiques dans cinq gènes mitochondriaux ont été trouvés pour contenir des introns dans au moins une des 184 souches, allant de 2 à 7 introns dans chaque mitogénome. Les séquences d'exon mitochondriales concaténées des 15 gènes codant pour les protéines et de deux gènes d'ARNr ont montré que les souches VNI, VNII et VNB étaient séparées en clades ou sous-clades distincts, en grande partie compatibles avec les résultats basés sur les SNP du génome nucléaire. Cependant, plusieurs nouveaux résultats ont été observés. Tout d'abord, une souche du clade VNB contenait des séquences d'exon mitogénomiques identiques au type mitogénomique VNI principal, mais était éloignée des autres mitogénomes VNB. Deuxièmement, les hybrides parmi les clades VNI, VNII et VNB identifiés sur la base de leur génome nucléaire SNPs contenaient des mitogénomes de différents clades, avec des preuves de leurs mitogénomes hérités des parents MATa ou MATα. Troisièmement, les huit hybrides diploïdes VNB (C. neoformans) × VNIV (C. deneoformans) contenaient des mitogénomes recombinants. Quatrièmement, les analyses de la distribution des introns et des phylogénies des paires exon-intron pour chacune des 12 paires exon-intron ont suggéré des gains et des pertes fréquents d'introns mitochondriaux au cours de l'évolution de C. neoformans. La phylogénie et les distributions d'introns combinées basées sur l'exon du mitogénome suggèrent que les clades VNI, VNII et VNB pourraient être divisés en sous-clades. Ensemble, nos résultats ont révélé une évolution dynamique des génomes mitochondriaux dans cet important pathogène fongique humain.Translated Description (Spanish)
El complejo Cryptococcus consiste en al menos siete linajes evolutivos divergentes y causa ~200,000 infecciones humanas fatales cada año en todo el mundo. El linaje dominante es Cryptococcus neoformans, que consiste en tres clados haploides VNI, VNII y VNB, sus híbridos haploides y varios diploides derivados de eventos de apareamiento intra e interclados. En este estudio, analizamos los mitogenomas de 184 cepas de C. neoformans. Nuestros análisis revelaron que los 184 mitogenomas contenían los mismos 15 genes codificantes de proteínas en el mismo orden genético. Sin embargo, sus tamaños mitogenómicos variaron entre 24.740 y 31.327 pb, principalmente debido a las diferencias en el número y tamaño de los intrones mitocondriales. Se encontró que doce sitios de nucleótidos dentro de cinco genes mitocondriales contenían intrones en al menos una de las 184 cepas, que oscilaban entre 2 y 7 intrones dentro de cada mitogenoma. Las secuencias de exones mitocondriales concatenadas de los 15 genes codificantes de proteínas y dos genes de ARNr mostraron que las cepas VNI, VNII y VNB se separaron en distintos clados o subclados, en gran medida consistentes con los resultados basados en los SNP del genoma nuclear. Sin embargo, se observaron varios hallazgos novedosos. Primero, una cepa del clado VNB contenía secuencias de exones de mitogenoma idénticas al tipo de mitogenoma VNI principal, pero estaba distante de otros mitogenomas VNB. En segundo lugar, los híbridos entre los clados VNI, VNII y VNB identificados en función de sus SNP del genoma nuclear contenían mitogenomas de diferentes clados, con evidencia de sus mitogenomas heredados de los progenitores MATa o MATα. En tercer lugar, los ocho híbridos diploides VNB (C. neoformans) × VNIV (C. deneoformans) contenían mitogenomas recombinantes. En cuarto lugar, los análisis de la distribución de intrones y las filogenias de exón-intrón emparejadas para cada uno de los 12 pares de exón-intrón sugirieron ganancias y pérdidas frecuentes de intrones mitocondriales durante la evolución de C. neoformans. La filogenia combinada basada en exones del mitogenoma y las distribuciones de intrones sugirieron que los clados VNI, VNII y VNB podrían dividirse aún más en subclados. En conjunto, nuestros resultados revelaron una evolución dinámica de los genomas mitocondriales en este importante patógeno fúngico humano.Files
pdf.pdf
Files
(13.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:863a6632eaafc22132f8c5a309f00e1f
|
13.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تعدد أشكال الجينوم الميتوكوندريا في الفطريات المسببة للأمراض البشرية
- Translated title (French)
- Polymorphismes du génome mitochondrial dans le champignon pathogène humain Cryptococcus neoformans
- Translated title (Spanish)
- Polimorfismos del genoma mitocondrial en el hongo patógeno humano Cryptococcus neoformans
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3020729888
- DOI
- 10.3389/fmicb.2020.00706
References
- https://openalex.org/W1605984840
- https://openalex.org/W1970178155
- https://openalex.org/W1973038690
- https://openalex.org/W1989083100
- https://openalex.org/W1996229802
- https://openalex.org/W2008392955
- https://openalex.org/W2011253674
- https://openalex.org/W2048365618
- https://openalex.org/W2053636710
- https://openalex.org/W2055666215
- https://openalex.org/W2065490504
- https://openalex.org/W2087121074
- https://openalex.org/W2095152429
- https://openalex.org/W2097706568
- https://openalex.org/W2112504441
- https://openalex.org/W2117801354
- https://openalex.org/W2125831832
- https://openalex.org/W2127774996
- https://openalex.org/W2141554083
- https://openalex.org/W2147937067
- https://openalex.org/W2170622118
- https://openalex.org/W2513727910
- https://openalex.org/W2535995078
- https://openalex.org/W2576825974
- https://openalex.org/W2611697423
- https://openalex.org/W2730260772
- https://openalex.org/W2753063061
- https://openalex.org/W2794061663
- https://openalex.org/W2799524357
- https://openalex.org/W2883391579
- https://openalex.org/W2892202829
- https://openalex.org/W2897778894
- https://openalex.org/W2935944639
- https://openalex.org/W2945671391
- https://openalex.org/W2950509696
- https://openalex.org/W2969600024
- https://openalex.org/W2996641117
- https://openalex.org/W3017000978
- https://openalex.org/W341279500
- https://openalex.org/W4254687493