Function-related replacement of bacterial siderophore pathways.
Function-related replacement of bacterial siderophore pathways.
复制标题
与功能相关的替代细菌辅助途径。
DOI：
10.1038/ismej.2017.137
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发表时间：
2018-03
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ziemert N
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bruns H;Crüsemann M;Letzel AC;Alanjary M;McInerney JO;Jensen PR;Schulz S;Moore BS;Ziemert N
细菌基因组中充满了与未被发现的天然产物分子的次生代谢相关的孤儿生物合成基因簇（BGCs）。通常预计基因组中多达十分之一的部分编码多种代谢物的生物合成，这些代谢物的结构和功能大多未知。生物合成基因簇如此惊人的多样性以及它们较高的水平转移率引发了一系列问题：它们是否真的具有活性且有益，是否是中性的且没有优势，或者它们是否因为具有寄生性或成瘾性而存在于基因组中。我们之前报道过，盐孢菌属细菌广泛使用去铁胺家族的铁载体来获取铁。在此，我们描述了一组新的且不相关的肽类铁载体，称为盐孢菌素，它们来自少数几种缺失了去铁胺生物合成基因的盐孢菌菌株。我们重构了这两个不同铁载体家族的进化历史，并表明新的盐孢菌素铁载体的获得和保留与更古老的去铁胺途径的缺失同时发生。在该属的进化过程中，这种相同的事件至少独立发生了三次。我们推测某些生物合成基因簇可能是多余的，因为它们存在功能冗余，并证明了天然途径替换的相对进化速度显示出对保留功能上多余的基因簇存在高选择压力。
Bacterial genomes are rife with orphan biosynthetic gene clusters (BGCs) associated with secondary metabolism of unrealized natural product molecules. Often up to a tenth of the genome is predicted to code for the biosynthesis of diverse metabolites with mostly unknown structures and functions. This phenomenal diversity of BGCs coupled with their high rates of horizontal transfer raise questions about whether they are really active and beneficial, whether they are neutral and confer no advantage, or whether they are carried in genomes because they are parasitic or addictive. We previously reported that Salinispora bacteria broadly use the desferrioxamine family of siderophores for iron acquisition. Herein we describe a new and unrelated group of peptidic siderophores called salinichelins from a restricted number of Salinispora strains in which the desferrioxamine biosynthesis genes have been lost. We have reconstructed the evolutionary history of these two different siderophore families and show that the acquisition and retention of the new salinichelin siderophores co-occurs with the loss of the more ancient desferrioxamine pathway. This identical event occurred at least three times independently during the evolution of the genus. We surmise that certain BGCs may be extraneous because of their functional redundancy and demonstrate that the relative evolutionary pace of natural pathway replacement shows high selective pressure against retention of functionally superfluous gene clusters.
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