Competition and coevolution drive the evolution and the diversification of CRISPR immunity

共同进化 生物 寄主(生物学) 清脆的 进化生物学 人口 种内竞争 竞赛(生物学) 实验进化 抗性(生态学) 遗传学
作者
Martin Guillemet,Hélène Chabas,Antoine Nicot,François Gatchich,Enrique Ortega-Abboud,Cornelia Buus,Lotte Hindhede,Geneviève M. Rousseau,Thomas Bataillon,Sylvain Moineau,Sylvain Gandon
出处
期刊:bioRxiv
标识
DOI:10.1101/2021.11.12.468349
摘要

The diversity of resistance fuels host adaptation to infectious diseases and challenges the ability of pathogens to exploit host populations. Yet, how this host diversity evolves over time remains unclear because it depends on the interplay between intraspecific competition and coevolution with pathogens. Here we study the effect of a coevolving phage population on the diversification of bacterial CRISPR immunity across space and time. We demonstrate that the negative-frequency-dependent selection generated by coevolution is a powerful force that maintains host resistance diversity and selects for new resistance mutations in the host. We also find that host evolution is driven by asymmetries in competitive abilities among different host genotypes. Even if the fittest host genotypes are targeted preferentially by the evolving phages they often escape extinctions through the acquisition of new CRISPR immunity. Together, these fluctuating selective pressures maintain diversity, but not by preserving the pre-existing host composition. Instead, we repeatedly observe the introduction of new resistance genotypes stemming from the fittest hosts in each population. These results highlight the importance of competition on the transient dynamics of host-pathogen coevolution.
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