金黄色葡萄球菌免疫逃逸基因对宿主感染和适应性的重要性

Chrispin Chaguza, Joshua T. Smith,Spencer A. Bruce, Robert Gibson,Isabella W. Martin, Cheryl P. AndamMEMANHVT604020001Mb3Mb2Mb80Chaguza et al., 2022, Cell Genomics 2, 100194November 9, 2022 ª 2022 The Author(s).https://doi.org/10.1016/j.xgen.2022.100194ll0文章0噬菌体编码的免疫逃逸因子对金黄色葡萄球菌宿主感染、转换和适应至关重要0图解摘要0要点0金黄色葡萄球菌4个Sa3噬菌体免疫逃逸基因与人类宿主相关0d  成对分离物的GWAS识别出更多与人类宿主相关的变异0总体而言，金黄色葡萄球菌遗传学显示对人类宿主关联具有88%的遗传力0d  4个Sa3基因解释了金黄色葡萄球菌人类宿主关联的99.9%的遗传力0作者0通讯 chrispin.chaguza@yale.edu(C.C.), candam@albany.edu (C.P.A.)0简而言之0Chaguza等人对来自动物和人类的金黄色葡萄球菌进行了人群基因组学研究，以确定宿主转换、传播和适应的遗传特征。在调整了人群结构的多个全基因组关联研究（GWAS）方法中，他们发现了携带在单个噬菌体元件上的免疫逃逸基因的强大遗传基础。将这些遗传力归因于这些噬菌体编码的基因表明，这些位点对金黄色葡萄球菌的宿主转换、可传播性、感染和适应至关重要。0美国新英格兰0采样0基因组位置0-log10( P-值)0金黄色葡萄球菌遗传学0全基因组关联研究（GWAS）Φ Sa3噬菌体0人类金黄色葡萄球菌宿主0动物Chrispin Chaguza,1,* Joshua T. Smith,2 Spencer A. Bruce,3 Robert Gibson,4 Isabella W. Martin,5 and Cheryl P. Andam3,6,7,*1Department of Epidemiology of Microbial Diseases, Yale School of Public Health, Yale University, New Haven, CT, USA2Broad Institute of MIT and Harvard, Cambridge, MA, USA3Department of Biological Sciences, University at Albany, State University of New York, New York, USA4New Hampshire Veterinary Diagnostic Laboratory, Durham, NH, USA5Dartmouth-Hitchcock Medical Center and Dartmouth College Geisel School of Medicine, Lebanon, NH, USA6Senior author7Lead contact*Correspondence: chrispin.chaguza@yale.edu (C.C.), candam@albany.edu (C.P.A.)https://doi.org/10.1016/j.xgen.2022.100194ll0文章噬菌体编码的免疫逃逸因子对金黄色葡萄球菌宿主感染、转换和适应至关重要0摘要0金黄色葡萄球菌是一种多宿主病原体，在全球范围内感染动物和人类。特定的遗传位点以及它们在跨物种转换、可传播性和适应性方面的作用尚不明确。在这里，我们对437株金黄色葡萄球菌进行了人群基因组学研究，以通过使用线性混合模型的全基因组关联研究（GWAS）来确定决定其感染人类和动物宿主的细菌遗传变异。我们发现标记4个Sa3噬菌体编码的免疫逃逸基因的遗传变异与人类宿主相关，这些基因贡献了总遗传力的99.9%（88%），突出了它们在金黄色葡萄球菌人类感染中的关键作用。此外，对经系统发育匹配的人类和动物分离株进行GWAS验证并发现了未涉及未匹配分离株GWAS的额外位点。我们的研究结果揭示了对金黄色葡萄球菌宿主可传播性、感染、转换和适应性至关重要的位点，以及它们的传播如何改变了宿主适应克隆的特异性。0介绍0金黄色葡萄球菌是一种多宿主病原体，通常在动物和人类中引起感染。尽管金黄色葡萄球菌是一种广义宿主物种，但分子研究已经确定了主要富集在人类或动物宿主中的专业克隆体。例如，广泛适应动物的克隆体是ST398（CC398），而ST8（CC8）、ST22（CC22）和ST36（CC30）是人类适应的。先前的研究已经证明了在不同时间尺度上频繁的宿主转换。然而，一个尚未完全解决的关键问题是是否存在任何其他细菌特异性因素影响金黄色葡萄球菌对不同人类和动物宿主的传播性和致病性，特别是生活在人类密切接触的家畜和伴侣动物，以及已知和新因素推动跨物种转换的程度。最近的数据揭示了人类活动，包括动物驯化和人类和动物的抗生素使用，对金黄色葡萄球菌的多物种进化和生态的影响。其他基因组研究也显示了与宿主转换和适应事件相关的毒力相关基因在不同宿主中的可变丰度0细菌中的单核苷酸突变已与金黄色葡萄球菌的宿主趋化、沙门氏菌的血清抗性和毒力、李斯特菌的宿主特异性以及肺炎链球菌的组织趋化等显著表型变化相关联0此外，包括葡萄球菌噬菌体和致病性基因岛在内的移动基因元件（MGEs）的获取和丧失已与人类和动物的宿主适应性联系在一起。例如，从人类中出现的家畜相关金黄色葡萄球菌克隆ST398和ST9及其在家畜中的适应性与噬菌体相关的毒力基因的丧失有关。类似地，家畜相关克隆体的噬菌体的获取与增加的传播和对人类的适应性有关。然而，目前尚不清楚这些基因的不同丰度是否对宿主的传播和感染至关重要，并且是否真正反映了对不同宿主的适应性，或者仅仅是不同宿主之间基因流的潜在种间障碍，例如通过限制修饰系统，这可能导致基因在宿主之间的独特分布。此外，它们对表型变异的贡献程度仍然未知。因此，揭示对宿主至关重要的遗传变异是非常重要的0细胞基因组学 2，100194，2022年11月9日 ª 2022作者。本文是根据CCBY-NC-ND许可（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）的开放获取文章0开放获取0传播性、感染性、转换和适应性对金黄色葡萄球菌和其他多种病原体至关重要。这样的调查可以揭示针对有效预防和治疗措施的新致病性位点，以防止和控制对人类和牲畜健康构成严重威胁的毒力菌株的出现。全基因组关联研究（GWASs）的应用揭示了毒力的遗传基础，260卫生保健适应性、26、27免疫逃避、28、29定植持续时间、30、31非传染性疾病风险、32抗微生物耐药性、33-35宿主适应性和金黄色葡萄球菌及相关物种的传播。在这里，我们对来自美国新英格兰地区动物和人类的437株金黄色葡萄球菌进行了大规模GWAS研究，以探索动物和人类宿主的传播和感染的遗传基础。我们应用了基于线性混合模型和系统发育采样的GWAS，以强有力地控制由于克隆细菌种群结构而产生的混杂效应。这种方法使我们能够精确地识别和量化细菌遗传对金黄色葡萄球菌的传播性、宿主感染、转换和适应性的整体影响。我们的研究结果突出了水平基因转移在传播噬菌体编码的免疫逃避因子中的关键作用，这些因子调节了葡萄球菌宿主的传播、感染、转换和适应性0结果0人类和动物相关的金黄色葡萄球菌克隆体共存我们构建了来自新英格兰地区2010年至2020年感染的人类和动物的437株金黄色葡萄球菌的全基因组系统发育树，以了解金黄色葡萄球菌的种群结构（图1A–1C和S1；数据S1）。这些人类分离株共323株，分别来自美国达特茅斯-希区科克医疗中心2010年至2018年感染的独特小儿和成人患者的血液（图1D）。相比之下，动物相关的分离株共114株，来自美国新英格兰地区（新罕布什尔州、缅因州、马萨诸塞州和佛蒙特州）的四个州的患病动物临床样本，这些样本被送往美国新罕布什尔州兽医诊断实验室，时间为2017年至2020年。完整数据集的主要克隆体复合物（CC）包括CC5（26.09%; n=108）、CC8（24.49%;n=103）、CC30（11.67%; n=51）、CC97（7.55%;n=13）、CC45（6.18%; n=23）和CC1（5.72%;n=21），这些克隆体占了研究中金黄色葡萄球菌分离株的81.69%（图1E）。由于金黄色葡萄球菌克隆体的分布因宿主类型而异，我们比较了这些克隆体在动物和人类分离株中的流行率。我们发现有两种克隆体在人类中比在动物中更常见，即CC8（29.41%对10.53%，p=9.427 3 10 �5）和CC45（7.74%对1.75%，p=0.04），这与已经确立的证据一致，即它们主要是与社区和医院感染相关的人类适应克隆体（图1F）。相比之下，通常只有0与动物相关的克隆体显示出在动物中的显着更高的流行率是CC97（19.30%对3.41%，p=1.066 3 10 �7）。然而，已知的与牲畜相关的克隆体CC1也在动物中比在人类中更常见，尽管差异并不显著（9.65%对4.33%，p=0.062）。这些发现表明不同金黄色葡萄球菌菌株的宿主转换和适应可能存在潜在的克隆或谱系效应。0金黄色葡萄球菌在人类和动物之间频繁传播我们接下来比较了基于单核苷酸多态性（SNP）的成对遗传距离，以识别金黄色葡萄球菌在人类和动物宿主之间的潜在人兽共患和逆行人兽共患传播事件。区分金黄色葡萄球菌分离株对的SNP距离显示出来自相同宿主和不同宿主类型的分离株的多峰分布（图2A–2D）。以往的细菌传播研究主要使用较低的SNP阈值，通常为�50个SNP，这有效地检测到最近的传播事件，特别是在家庭和医疗环境中。然而，由于我们对捕获最近和非最近的直接或间接传播感兴趣，我们使用了150个SNP的阈值，这将允许我们捕获�13年内的潜在传播事件，假设�24个核心基因组SNP的截止值可以解决一年内发生的传播事件。当我们应用了这个SNP阈值时，我们确定了19个潜在的传播簇（图2E）。这些传播簇与几个主要的克隆体复合物相关，包括CC1（一个簇）、CC5（10个）、CC8（八个）、CC30（六个）、CC45（三个）和CC97（一个），以及其他未定义的克隆体复合物（10个）。与每个传播事件相关的人类和动物金黄色葡萄球菌分离株之间的SNP平均数为107.04（范围为35–149），这表明传播主要是间接的，而不是最近发生的。美国新英格兰地区人类和动物宿主之间金黄色葡萄球菌克隆体的共享表明了潜在的人兽共患和逆行人兽共患传播事件的发生（图1E）。尽管金黄色葡萄球菌分离株并非同时采集，并且没有可用的流行病学信息将它们联系起来，但这些分离株是从同一地区采集的。因此，人类和动物菌株之间的高度遗传相似性很可能代表了直接或间接的传播事件。总的来说，这些发现显示了金黄色葡萄球菌在人类和动物宿主之间的非最近传播历史。0GWAS揭示了噬菌体编码的免疫逃避和新基因在金黄色葡萄球菌宿主传播、感染、转换和适应中的关键作用接下来，我们调查了金黄色葡萄球菌的遗传是否影响了菌株在人类和动物宿主之间的传播。我们还测量了宿主类型表型和系统发育之间的关联。我们通过将表型映射到系统发育中来估计系统发育信号，以估计Pagel的l统计量46。为了减少由于系统发育树中人类和动物分离物数量不均匀而产生的偏差，我们随机抽样了437个分离物的系统发育树，以选择相等数量的02细胞基因组学2，100194，2022年11月9日0文章0ll0开放获取0.00.10.20.3*******2********************************2010201220142016201820200204060800D0研究地点美国新英格兰0采样0缅因0马萨诸塞0罗得岛0新罕布什尔0佛蒙特0康涅狄格0C0B0动物0人类0鸟 猫0 鹿0羊0人类0兔子爬行动物0H0啮齿动物0E0CC1 CC121 CC15 CC22 CC30 CC45 CC5 CC8 CC97 未知0克隆群（CC）0比例00.4 F0动物人类0CC450CC300CC50CC80CC970CC10CC150未定义的CC0未定义的CC0未定义的CC0宿主类型0宿主名称0年份0克隆群0甲氧西林抗性0核苷酸替换/每年/位点0甲氧西林抗性 MRSA MSSA0克隆群（CC） CC1 CC121 CC15 CC22 CC30 CC45 CC5 CC8 CC97 未知0年份2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年0宿主名称 鸟 猫 牛 鹿 狗 山羊 马 啮齿动物 兔子 爬行动物 人类0宿主 动物 人类0A0分离年份0分离物数量0动物人类0图1。从人类和动物宿主中采样的金黄色葡萄球菌分离物在遗传上多样化，混合在系统发育中，并揭示了宿主适应的克隆群（A）美国新英格兰地区人类和动物金黄色葡萄球菌分离物的地理位置。动物分离物采集于2017年至2020年，而人类分离物采集于2010年至2018年。（B）饼图显示来自人类和动物的分离物数量。（C）饼图显示人类和动物金黄色葡萄球菌分离物的比例。（D）条形图显示按分离年份和宿主物种的金黄色葡萄球菌分离物数量。（E）使用141,232个SNP生成的最大似然系统发育树显示了从美国新英格兰地区人类和动物中采样的金黄色葡萄球菌分离物的遗传相似性。该系统发育树根据多位点序列分型（MLST）的采样宿主类型、宿主和序列类型进行了注释。为了视觉清晰，我们对系统发育树的分支进行了平方根转换，因为末端的分类单元被长深分支所遮挡。系统发育分支的bootstrap值等于100%的用星号标记。（F）条形图显示了人类和动物宿主中金黄色葡萄球菌克隆群的相对频率。*p < 0.05，***p <0.001（比例相等检验）。图中的误差线代表95%的置信区间（CI）。有关分离物的其他信息请参见附图S1。0细胞基因组学2，100194，2022年11月9日30文章0ll0开放获取02×10-54×10-56×10-58×10-51.0×10-41.2×10-41.4×10-402×10-54×10-56×10-58×10-51.0×10-41.2×10-41.4×10-402×10-54×10-56×10-58×10-51.0×10-41.2×10-41.4×10-402×10-54×10-56×10-58×10-51.0×10-41.2×10-41.4×10-40100002000030000400005000010000200003000040000500000100002000030000400005000001000020000300004000050000Figure 2. Comparative genomics of S. aureus reveals high genetic diversity and transmission between human and animal hosts(A) Histogram showing the multi-modal distribution of the SNP distance between pairs of all the S. aureus isolates in the study.(B) Histogram showing the multi-modal distribution of the SNP distance between pairs of animal S. aureus isolates.(C) Histogram showing the multi-modal distribution of the SNP distance between pairs of human S. aureus isolates.(D) Histogram showing the multi-modal distribution of the SNP distance between pairs of animal and human S. aureus isolates.(E) Cytoscape network showing connected components or clusters containing both human and animal isolates. The edges in the network represent pairs ofS. aureus isolates differing by <150 SNPs, which captures recent and non-recent transmissions between animal and human hosts occurring within �13 years.45080个人类和动物宿主分离株的数量50次，并根据这一数据集使用所有速率不同（ARD）离散字符模型推断出Pagel的l值，假设状态之间的转换率不均。我们估计Pagel的l为0.87（95%置信区间[CI]，0.46-1.00），这表明谱系和宿主类型之间存在强相关性（即强的谱系信号）。这种强烈的谱系信号暗示着潜在的菌株或系效应，即某些金黄色葡萄球菌菌株与相同的宿主类型相关联。0这些观察结果与图1E中的发现一致，该图显示一些克隆复合体在人类中更常见（例如CC97）。相反，其他克隆体，包括CC8和CC45，更常与动物相关。总体而言，金黄色葡萄球菌从动物到人类宿主和反之亦然的转换率约为32.56（95% CI，24.00-44.55）和21.2（95%CI，14.00-29.78）（p = 5.435 3 10 �14），这表明金黄色葡萄球菌的宿主转换更频繁地发生在动物到人类之间，而不是从0SNP数量SNP数量0成对比例成对比例0成对比例成对比例0SNP数量0SNP数量0人类和人类0动物和动物0动物和人类0A B0C0E0D0CC80CC8 CC8 CC50CC50CC97 CC50CC300CC30 CC300CC50CC50CC10CC10CC50CC50CC80CC30 CC1 CC10CC8 CC8 CC8 CC1 CC450CC50CC50CC300CC80CC45 CC45 CC30 CC50动物0人类04细胞基因组学2，100194，2022年11月9日0文章0ll0开放获取BE102030405060701020304050600500000100000015000002000000250000001020304050600510152005000001000000150000020000002500000050000010000001500000200000025000000510152005000001000000150000020000002500000051520Replication, recombination and repairCell wall/membrane/envelope biogenesisFunction unknownOtherOther MGEPhage−relatedCell cycle control, cell division, chromosome partitioning0人类到动物。这些发现进一步证明了菌株或系的对金黄色葡萄球菌感染不同宿主类型的影响。抗菌药物耐药性（AMR）和与毒力相关的决定因子的频繁基因交换促进了金黄色葡萄球菌的生态适应。13接下来，我们调查了某些基因变异是否影响感染，转换-0人类和动物的感染。我们对323个人类和114个动物金黄色葡萄球菌分离株进行了GWAS，以确定独立于遗传背景的人类和动物宿主感染的遗传信号，使用了Factored Spectrally Transformed Linear MixedModels（FaST-LMM）47中实施的线性混合模型（图3A和S2）。这种遗传变异可能是由于独立和0GWAS0宿主类型（表型）宿主类型（表型）宿主类型（表型）0GWAS（SNPs）GWAS（Unitigs）GWAS（基因）0金黄色葡萄球菌遗传变异113,454个SNP0323个人类分离株114个动物分离株0418,204个Unitigs0323个人类分离株114个动物分离株01,503个基因0323个人类分离株114个动物分离株0BE0C F0D G0H I0染色体位置0-log10（P值）0FaST-LMM（SNPs）0染色体位置0-log10（P值）0FaST-LMM（Unitigs）0-log10（P值）0FaST-LMM（基因）0染色体位置0-log10（P值）0GEMMA（SNPs）0染色体位置0染色体位置染色体位置0-log10（P值）0GEMMA（Unitigs）0-log10GEMMA（基因）OR <1或>10OR <1或>1效应大小0效应大小0效应大小0效应大小0效应大小0效应大小0图3. 人类和动物S.aureus的GWAS揭示了宿主可传播性、感染、转换和适应性的关键独立进化的遗传位点(A)示意图显示了GWAS的研究设计、测试的表型、遗传变异和使用的工具。(B)使用FaST-LMM对SNP进行GWAS的曼哈顿图显示了基于人类S. aureus菌株JP080（GenBank:AP017922.1）的对数转换的统计显著性和基因组坐标。曼哈顿图中的几率比是指次要等位基因。(C)使用FaST-LMM对unitigs进行GWAS的曼哈顿图显示了对数转换的统计显著性和S.aureus基因组坐标。(D)使用FaST-LMM对基因进行GWAS的曼哈顿图显示了对数转换的统计显著性和S.aureus基因组坐标。(E)使用不同的GWAS方法GEMMA对SNP进行GWAS的曼哈顿图显示了对数转换的统计显著性和S.aureus基因组坐标。(F)使用GEMMA对SNP进行GWAS的曼哈顿图显示了对数转换的统计显著性和S.aureus基因组坐标。(G)使用GEMMA对SNP进行GWAS的曼哈顿图显示了对数转换的统计显著性和S.aureus基因组坐标。(H)GEMMA和FaST-LMM识别的SNP、unitigs和附属基因的Venn图。(I)包含与宿主类型统计相关的遗传变异的基因的功能分析。有关更多信息，请参见图S2-S6。0细胞基因组学2，100194，2022年11月9日50文章0ll0开放获取0趋同进化。由于S.aureus主要通过突变和MGEs进化，我们首先调查了SNP和宿主类型的关联。我们发现在5%–95%的分离物中存在的113,454个SNP中，有129个SNP在经过多重检验校正后与宿主类型显著相关（图3B）。基于SNP的GWAS的Q-Q图显示了由于人群结构而没有问题（图S3）。我们发现具有最低统计显著性的SNP位于包含MGE 4 Sa3噬菌体的基因组区域中，这是一个约43kb的噬菌体，携带着免疫逃逸簇基因，插入到b-溶血素（hlb）基因48,49（表S1；图S4；数据S2）。这些基因包括scn、chp、sak和sea，它们编码了先天免疫调节因子，包括葡萄球菌互补抑制剂（SCIN）、葡萄球菌趋化抑制蛋白（CHIPS）、葡萄球菌激酶（SAK）和肠毒素A（SEA）蛋白48,50,51。与这些基因相关的效应大小范围从0.707到0.729（调整后的p值为3.59 3 10 � 39到2.05 3 10 �29）（SAK基因（scn）），0.739到0.753（调整后的p值为4.29 3 10 � 12到3.16 3 10 �10）（SAK基因（sak）），以及1.63 3 10 � 9到1.32 3 10 �8（p值为0.0044–0.0360）（转座酶基因（tnp））（表S1）。与宿主类型相关的其他基因包括假设基因，包括编码溶解酶、酰胺酶、推测的噬菌体蛋白和转座酶（数据S2）。我们还在噬菌体区域内的基因间区域中发现了统计显著的SNP，这些SNP与人类和动物宿主类型的感染有关。这些噬菌体相关的SNP可能反映了由于细菌噬菌体从一个菌株到另一个菌株的整体单元的转位而产生的强链联不平衡。我们还发现了六个与宿主类型相关的噬菌体区域外的SNP。其中两个SNP与噬菌体整合位点上游的转座酶序列相关。相比之下，四个与噬菌体下游的IS 1272转座酶相关的SNP可能是从其他葡萄球菌物种获得的52。0值得注意的是，在预噬菌体序列之外鉴定的SNP数量和统计学显著性低于预噬菌体内的SNP。因此，这些发现表明金黄色葡萄球菌的遗传变异对不同宿主类型的感染有重大影响。我们提出宿主的可传播性和感染主要受到4Sa3预噬菌体内的遗传变异的驱动。然后，我们使用unitigs进行了补充GWAS，unitigs被定义为可变长度的连续k-mer序列，作为金黄色葡萄球菌遗传变异的标记（图3A和表1，以及图S5）。与基于参考基因组确定的SNP不同，unitigs捕获了参考基因组中不可用的额外基因和基因间变异，包括附属基因、任何大小的插入和缺失以及基因组重排。关键是，unitigs捕获了通过水平基因转移（HGT）产生的基因组变异，例如预噬菌体和其他MGE，在细菌进化中起着关键作用。基于在5%–95%的分离物中检测到的418,204个unitigs的GWAS，我们发现451个与金黄色葡萄球菌宿主类型有统计学关联的unitigs（图3C和数据S2）。统计上显著的unitigs数量约为SNP检测到的关联数量的三倍，这表明了检测宿主相关遗传变异的能力增强。0有趣的是，将unitig序列映射到参考基因组进行注释显示，它们标记了所有包含SNP-based GWAS中鉴定的变异的基因，特别是4Sa3预噬菌体中的免疫逃避基因。然而，鉴定的unitigs也映射到了在基于SNP的GWAS中找不到的额外基因，显示了unitig-basedGWAS的增强能力和分辨率。类似地，基于unitig的GWAS的Q-Q图显示出由于人群结构而没有问题（图S3）。总的来说，这些发现进一步证明了金黄色葡萄球菌的遗传变异对人类和动物宿主的不同感染有贡献。在发现与不同宿主类型感染相关的SNPs和unitigs后，我们进行了进一步的分析，以调查标记了与宿主类型相关的整个基因的存在和缺失，而不是核苷酸替换水平上的等位变异（图3A、S3和S6；表S2）。我们通过对金黄色葡萄球菌分离物的泛基因组分析来实现这一点，以确定基因的存在和缺失模式。基于在5%–95%的分离物中发现的1,503个中频基因的存在和缺失模式的GWAS显示出四个基因，即，scn（比值比，0.707；p = 2.25  310 � 39），sak（比值比，0.750；p = 1.19  3  10 �10），以及两个假设基因：一种酰胺酶（比值比，0.814；p =0.0308）和ATP酶相关的多样性细胞活性（AAA）家族蛋白（比值比，0.835；p =0.0025）（图3D；表S2；数据S2）。基于基因的GWAS的Q-Q图显示出对人群结构的稳健控制（图S3）。我们还使用不同的工具，全基因组高效混合模型分析（GEMMA），55重复了GWAS分析，以检查鉴定的遗传变异的一致性，并确认我们的方法是否正确（图3E–3G）。同样，人群结构得到了有效控制（图S3）。我们发现了不同方法之间的类似结果。GEMMA鉴定的所有与金黄色葡萄球菌感染不同宿主类型相关的SNP、unitigs和基因也被FaST-LMM鉴定。然而，FaST-LMM具有更大的能力，如发现了与宿主类型相关的额外变异（图3H；数据S3）。通过对两种基因鉴定的组合遗传变异进行功能分析，发现大多数基因与MGE相关，特别是预噬菌体（图3I）。这些结果表明，通过HGT对4Sa3预噬菌体相关基因的动员，特别是人类先天免疫逃避基因，而不是等位变异，是金黄色葡萄球菌对人类和动物宿主的感染、转换和适应的主要决定因素。0基于系统发育的人类和动物分离株的配对采样确认了GWAS位点与宿主传播能力和感染的关联为了确认所涉及的遗传位点是否与不同宿主类型的S.aureus感染相关，我们接下来对系统发育匹配的人类和动物分离株进行了GWAS（图4A和4B）。我们基于系统发育的匹配采样方法，对药物耐药性和宿主适应性的位点进行了鉴定，分别用于鉴定结核分枝杆菌和弯曲杆菌物种。06细胞基因组学2，100194，2022年11月9日0文章0ll0开放获取Locus tagGene nameReferencegenomeTotalunitigsQ valuerangeall0Staphylococcusepidermidis的致病性。30这种方法提高了发现隐藏的基因型-表型关联的统计能力，即使对于小数据集，也能够有效地控制由隐性细菌种群结构引起的残余混杂效应。我们假设对人类和动物分离株进行系统发育匹配，如果没有遗传变异影响不同宿主类型的感染，那么人类和动物S.aureus分离株之间的遗传变异将呈现出一种分布。我们从437个S.aureus分离株的系统发育中识别出了36对系统发育匹配的人类和动物分离株（图4A和4B）。配对的人类和动物分离株之间的SNP的中位数为320。考虑到识别出的分离株对的数量很少，遗传0具有未经调整的p值<0.05的变异根据精确的McNemar's检验被标记为统计学上显著，以避免在使用Bonferroni校正进行多重检验时对统计学显著性的p值进行过度惩罚。我们的研究结果否定了没有遗传变异影响S.aureus在动物和人类宿主中感染的假设。我们发现编码具有多种功能的蛋白质的20个基因，在人类和动物分离株中过度表达（图4C；表S3；数据S4）。在不匹配分离株的GWAS中发现的四个基因中的三个也在匹配分离株的GWAS中被识别出来，这进一步证明了这些基因在人类和动物宿主的S.aureus中的作用。这些发现证明了基于的有效研究设计的改进能力0表1.基于使用FaST-LMM的GWAS与人类和动物S. aureus分离株相关的unitigs的总结0概率比范围基因产物0JP02758_1300 scn AP017922.1 23 2.25  3  10 � 39 to 2.34  3  10 � 21 0.707–0.746 补体抑制剂SCIN0JP02758_1303 sak AP017922.1 30 3.84  3  10 � 12 to 0.015 0.745–0.834 溶栓激酶0JP02758_1973 tnp AP017922.1 5 0.0191–0.0359 1.352 IS 1272  转座酶0JP02758_1367 int AP017922.1 57 3.26  3  10 � 11 to 0.04864 0.742–0.809 整合酶0Intergenic AP017922.1 110 6.56  3  10 � 41 to 0.0244 0.705–0.840 假定蛋白0无匹配无匹配129 1.24  3  10 � 35 to 0.0484 0.714–0.813 无匹配0C2G36_RS11395 NZ_CP030138.1 1 4.27  3  10 � 05 to 4.27  3  10 � 5 0.835–0.835 AAA家族ATP酶0C7M54_RS09660 NZ_CP029685.1 1 0.0051–0.0051 1.448–1.448 IS 1182  家族转座酶0CGP86_RS04080 NZ_CP022720.1 1 0.0002 1.386–1.386 IS 1182  家族转座酶0CPC18_RS10665 NZ_CP023561.1 5 8.64  3  10 � 06 to 0.0439 1.462–1.348 IS 1182  家族转座酶0CPC18_RS13120 NZ_CP023561.1 4 0.0002–0.0003 1.399–1.390 IS 1182  家族转座酶0CU118_RS06940 NZ_CP024998.1 1 3.33  3  10 � 9 0.799–0.799 AAA家族ATP酶0E3S65_RS00020 NZ_CP047859.1 2 0.0007–0.0014 0.798–0.803 Clp蛋白酶 ClpP0E3S65_RS00025 NZ_CP047859.1 2 0.0002–0.0010 0.780–0.791 噬菌体主要外壳蛋白0E3S65_RS14240 NZ_CP047859.1 4 2.62  3  10 � 08 to 3.81  3  10 � 6 0.809–0.823 AAA 家族ATP酶0F6Y18_RS01700 NZ_AP020316.1 1 0.0457–0.0457 1.292–1.292 IS 1182 家族转座酶0FP479_RS08875 NZ_CP042008.1 1 0.0041–0.0042 1.351–1.351 IS 1182 家族转座酶0I3K83_RS01375 NZ_CP065199.1 2 2.69  3  10 � 06 to 0.0489 1.546–1.342 IS 1182 家族转座酶0I3K83_RS04555 NZ_CP065199.1 1 8.27  3  10 � 07 to 8.27  3  10 � 7 0.667–0.667 转座酶0I6J76_RS02915 NZ_CP069470.1 2 0.0002–0.0002 1.399–1.399 IS 1182 家族转座酶0I6J76_RS05230 NZ_CP069470.1 1 0.043886364–0.043886364 1.348–1.348 IS 1182 家族转座酶0ILP77_RS09555 NZ_CP062467.1 1 0.017527775–0.017527775 1.288–1.288 IS 1182 家族转座酶0JP02758_1299 AP017922.1 12 1.24  3  10 � 35 to 1.15  3  10 � 16 0.714–0.761 噬菌体蛋白0JP02758_1302 AP017922.1 8 3.41  3  10 � 11 to 0.0022 0.763–0.804 酰胺酶0JP02758_1304 AP017922.1 3 2.01  3  10 � 06 to 0.032490283 0.794–0.794 溶菌酶0JP02758_1310 AP017922.1 29 6.02  3  10 � 08 to 0.0237 0.748–0.805 SA1764蛋白0JP02758_1330 AP017922.1 2 2.7  3  10 � 05 to 0.010 0.769–0.806 噬菌体蛋白0JP02758_1340 AP017922.1 6 9.64  3  10 � 07 to 0.0471 0.817–0.849 推测蛋白0JP02758_1355 AP017922.1 1 5.91  3  10 � 10 to 5.91  3  10 � 10 0.758–0.758 噬菌体蛋白0JP02758_2192 AP017922.1 2 3.32  3  10 � 06 to 9.86  3  10 � 6 0.649–0.675 转座酶0K9B11_RS08960 NZ_CP083728.1 2 0.0005–0.0005 1.424–1.424 IS 1182 家族转座酶0LO764_RS13470 NZ_CP087593.1 1 0.0301–0.0301 0.899–0.899 E结构域蛋白0RK77_RS01455 NZ_CP026064.1 1 1.79  3  10 � 06 to 1.79