The physiology and habitat of the last universal common ancestor
The physiology and habitat of the last universal common ancestor
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最后一个普遍共同祖先的生理和栖息地
DOI：
10.1038/nmicrobiol.2016.116
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发表时间：
--
影响因子：
28.3
通讯作者：
William F. Martin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Madeline C. Weiss;Filipa L. Sousa;Natalia Mrnjavac;Sinje Neukirchen;Mayo Roettger;Shijulal Nelson-Sathi;William F. Martin
所有细胞的最后一个普遍共同祖先（LUCA或progenote）的概念是早期进化和生命起源研究的核心，但关于LUCA如何以及在哪里生活的信息仍然缺乏。我们调查了所有聚类和系统发育树的610万蛋白编码基因从原核基因组测序，以重建微生物生态的LUCA。在286，514个蛋白质簇中，我们通过系统发育标准鉴定了355个蛋白质家族（约0.1%）可追溯到LUCA。因为这些蛋白质不是普遍分布的，它们可以揭示LUCA的生理学。它们的功能、性质和辅基表明LUCA是厌氧的、CO2固定的、H2依赖的Wood-Ljungdahl途径、N2固定的和嗜热的。LUCA的生物化学充满了FeS簇和自由基反应机制。其辅因子揭示了对过渡金属、黄素、S-腺苷甲硫氨酸、辅酶A、铁氧还蛋白、铁蝶呤、咕啉和硒的依赖性。其遗传密码需要核苷修饰和S-腺苷甲硫氨酸依赖性甲基化。这355个产甲烷菌属确定梭菌和产甲烷菌，其现代生活方式类似于LUCA，作为各自领域的基础。LUCA处于一个富含H2、CO2和铁的地球化学活跃环境。这些数据支持了在热液环境中涉及Wood-Ljungdahl途径的生命自养起源理论。
The concept of a last universal common ancestor of all cells (LUCA, or the progenote) is central to the study of early evolution and life's origin, yet information about how and where LUCA lived is lacking. We investigated all clusters and phylogenetic trees for 6.1 million protein coding genes from sequenced prokaryotic genomes in order to reconstruct the microbial ecology of LUCA. Among 286,514 protein clusters, we identified 355 protein families (∼ 0.1%) that trace to LUCA by phylogenetic criteria. Because these proteins are not universally distributed, they can shed light on LUCA's physiology. Their functions, properties and prosthetic groups depict LUCA as anaerobic, CO 2-fixing, H 2-dependent with a Wood–Ljungdahl pathway, N 2-fixing and thermophilic. LUCA's biochemistry was replete with FeS clusters and radical reaction mechanisms. Its cofactors reveal dependence upon transition metals, flavins, S-adenosyl methionine, coenzyme A, ferredoxin, molybdopterin, corrins and selenium. Its genetic code required nucleoside modifications and S-adenosyl methionine-dependent methylations. The 355 phylogenies identify clostridia and methanogens, whose modern lifestyles resemble that of LUCA, as basal among their respective domains. LUCA inhabited a geochemically active environment rich in H 2, CO 2 and iron. The data support the theory of an autotrophic origin of life involving the Wood–Ljungdahl pathway in a hydrothermal setting.
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