Mutualism-enhancing mutations dominate early adaptation in a two-species microbial community
Mutualism-enhancing mutations dominate early adaptation in a two-species microbial community
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增强互利的突变主导着两个物种微生物群落的早期适应
DOI：
10.1038/s41559-022-01923-8
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发表时间：
2023
影响因子：
16.8
通讯作者：
Kryazhimskiy, Sergey
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Venkataram, Sandeep;Kuo, Huan-Yu;Hom, Erik F.;Kryazhimskiy, Sergey
物种相互作用推动进化，而进化则塑造这些相互作用。由此产生的生态进化动力学及其可重复性取决于社区成员可用的适应性突变如何影响适应性和生态相关特征。然而，适应性突变的多样性尚未得到很好的表征，我们也不知道这种多样性是如何受到生态环境的影响的。在这里，我们使用条形码谱系追踪来解决酵母菌和藻类莱茵衣藻群落中的这个问题，它们具有由竞争性和互惠性相互作用之间的平衡产生的净共生关系。我们发现酵母可以获得许多具有不同生态后果的适应性突变，特别是那些增加和减少两个物种产量的突变。藻类的存在不会改变酵母中哪些突变是适应性的（也就是说，酵母在单独生长或与藻类一起生长之间不存在适应性权衡），而是改变选择以有利于酵母突变体，从而增加两个物种的产量并使互利共生更强。因此，在藻类存在的情况下，在酵母中争夺固定的适应性突变更有可能增强互利共生，尽管我们系统中的自然选择并不直接支持合作性。我们的结果表明，生态相互作用不仅改变了进化的轨迹，而且决定了其可重复性。特别是，弱互利共生可以反复进化变得更强。
Species interactions drive evolution while evolution shapes these interactions. The resulting eco-evolutionary dynamics and their repeatability depend on how adaptive mutations available to community members affect fitness and ecologically relevant traits. However, the diversity of adaptive mutations is not well characterized, and we do not know how this diversity is affected by the ecological milieu. Here we use barcode lineage tracking to address this question in a community of yeastSaccharomyces cerevisiaeand algaChlamydomonas reinhardtiithat have a net commensal relationship that results from a balance between competitive and mutualistic interactions. We find that yeast has access to many adaptive mutations with diverse ecological consequences, in particular those that increase and reduce the yields of both species. The presence of the alga does not change which mutations are adaptive in yeast (that is, there is no fitness trade-off for yeast between growing alone or with alga), but rather shifts selection to favour yeast mutants that increase the yields of both species and make the mutualism stronger. Thus, in the presence of the alga, adaptative mutations contending for fixation in yeast are more likely to enhance the mutualism, even though cooperativity is not directly favoured by natural selection in our system. Our results demonstrate that ecological interactions not only alter the trajectory of evolution but also dictate its repeatability; in particular, weak mutualisms can repeatably evolve to become stronger.
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