Abstract

Genetic variation in holobionts, (host and microbiome), occurring by changes in both host and microbiome genomes, can be observed from two perspectives: observable variations and the processes that bring about the variation. The observable includes the enormous genetic diversity of prokaryotes, which gave rise to eukaryotic organisms. Holobionts then evolved a rich microbiome with a stable core containing essential genes, less so common taxa, and a more diverse non-core enabling considerable genetic variation. The result being that, the human gut microbiome, for example, contains 1,000 times more unique genes than are present in the human genome. Microbial driven genetic variation processes in holobionts include: (1) Acquisition of novel microbes from the environment, which bring in multiple genes in one step, (2) amplification/reduction of certain microbes in the microbiome, that contribute to holobiont` s adaptation to changing conditions, (3) horizontal gene transfer between microbes and between microbes and host, (4) mutation, which plays an important role in optimizing interactions between different microbiota and between microbiota and host. We suggest that invertebrates and plants, where microbes can live intracellularly, have a greater chance of genetic exchange between microbiota and host, thus a greater chance of vertical transmission and a greater effect of microbiome on evolution of host than vertebrates. However, even in vertebrates the microbiome can aid in environmental fluctuations by amplification/reduction and by acquisition of novel microorganisms.

中文翻译：

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微生物驱动的全生物基因变异

摘要

由于宿主和微生物组基因组的变化而发生的全生物体（宿主和微生物组）的遗传变异可以从两个角度观察：可观察到的变异和导致变异的过程。可观察到的包括原核生物的巨大遗传多样性，从而产生了真核生物。Holobionts 随后进化出丰富的微生物组，其具有包含必需基因的稳定核心、不太常见的分类群和更多样化的非核心，从而实现了相当大的遗传变异。结果是，例如，人类肠道微生物组包含的独特基因是人类基因组中的 1,000 倍。微生物驱动的全生物基因变异过程包括：（1）从环境中获取新的微生物，一步引入多个基因，(2) 微生物组中某些微生物的扩增/减少，有助于 holobiont 适应不断变化的条件，(3) 微生物之间以及微生物与宿主之间的水平基因转移，(4) 突变，在优化中起重要作用不同微生物群之间以及微生物群与宿主之间的相互作用。我们认为微生物可以在细胞内生活的无脊椎动物和植物比脊椎动物有更大的机会在微生物群和宿主之间进行遗传交换，因此垂直传播的机会更大，微生物组对宿主进化的影响也更大。然而，即使在脊椎动物中，微生物组也可以通过放大/减少和获得新微生物来帮助环境波动。这有助于 holobiont 适应不断变化的条件，（3）微生物之间以及微生物与宿主之间的水平基因转移，（4）突变，这在优化不同微生物群之间以及微生物群与宿主之间的相互作用中起着重要作用。我们认为微生物可以在细胞内生活的无脊椎动物和植物比脊椎动物有更大的机会在微生物群和宿主之间进行遗传交换，因此垂直传播的机会更大，微生物组对宿主进化的影响也更大。然而，即使在脊椎动物中，微生物组也可以通过放大/减少和获得新微生物来帮助环境波动。这有助于 holobiont 适应不断变化的条件，（3）微生物之间以及微生物与宿主之间的水平基因转移，（4）突变，这在优化不同微生物群之间以及微生物群与宿主之间的相互作用中起着重要作用。我们认为微生物可以在细胞内生活的无脊椎动物和植物比脊椎动物有更大的机会在微生物群和宿主之间进行遗传交换，因此垂直传播的机会更大，微生物组对宿主进化的影响也更大。然而，即使在脊椎动物中，微生物组也可以通过放大/减少和获得新微生物来帮助环境波动。这在优化不同微生物群之间以及微生物群与宿主之间的相互作用方面起着重要作用。我们认为微生物可以在细胞内生活的无脊椎动物和植物比脊椎动物有更大的机会在微生物群和宿主之间进行遗传交换，因此垂直传播的机会更大，微生物组对宿主进化的影响也更大。然而，即使在脊椎动物中，微生物组也可以通过放大/减少和获得新微生物来帮助环境波动。这在优化不同微生物群之间以及微生物群与宿主之间的相互作用方面起着重要作用。我们认为微生物可以在细胞内生活的无脊椎动物和植物比脊椎动物有更大的机会在微生物群和宿主之间进行遗传交换，因此垂直传播的机会更大，微生物组对宿主进化的影响也更大。然而，即使在脊椎动物中，微生物组也可以通过放大/减少和获得新微生物来帮助环境波动。因此，与脊椎动物相比，垂直传播的机会更大，微生物组对宿主进化的影响更大。然而，即使在脊椎动物中，微生物组也可以通过放大/减少和获得新微生物来帮助环境波动。因此，与脊椎动物相比，垂直传播的机会更大，微生物组对宿主进化的影响更大。然而，即使在脊椎动物中，微生物组也可以通过放大/减少和获得新微生物来帮助环境波动。