A phylogenetic and evolutionary analysis of antimycin biosynthesis
A phylogenetic and evolutionary analysis of antimycin biosynthesis
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抗霉素生物合成的系统发育和进化分析
DOI：
10.1101/164145
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Joynt R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Joynt R
链霉菌属和其他放线菌在世界各地的不同环境中普遍存在，是大多数抗生素的来源或灵感。基因组时代增强了对这些有价值的化学实体的生物合成理解，也提供了了解天然产物生物合成基因簇的多样性和分布的窗口。抗霉素是线粒体细胞色素 c 还原酶的抑制剂，最近被证明可以抑制癌细胞通常过度产生的 Bcl-2/Bcl-XL 相关抗凋亡蛋白。在这里，我们在放线菌的公开基因组序列中鉴定了 73 个推定的抗霉素生物合成基因簇 (BGC)，并根据簇中基因 antPandantQ 的存在或不存在对它们进行分类，该基因分别编码犬尿氨酸酶和磷酸泛酰基转移酶 (PPTase)。大多数 BGC 要么同时拥有 antPandantQ（L 型），要么两者都不具备（S 型），而少数则缺乏 antPorantQ（分别为 IQ 型或 IP 型）。我们还评估了抗霉素生产者和 BGC 的生物地理分布和系统发育关系。我们发现抗霉素 BGC 存在于七大洲中的五块，并且经常从植物和其他高等生物中分离出来。我们还提供了抗霉素生产者和基因簇的两个不同系统发育分支的证据，这些分支将 S 型 BGC 与 L 型和 I 型 BGC 区分开来。最后，我们的研究结果表明，祖先的抗霉素生产者拥有一个L型基因簇，该基因簇主要通过垂直传播传播，随后多样化为S型、IQ型和IP型生物合成途径。
Streptomycesspecies and otherActinobacteriaare ubiquitous in diverse environments worldwide and are the source of, or inspiration for, the majority of antibiotics. The genomic era has enhanced biosynthetic understanding of these valuable chemical entities and has also provided a window into the diversity and distribution of natural product biosynthetic gene clusters. Antimycin is an inhibitor of mitochondrial cytochrome c reductase and more recently was shown to inhibit Bcl-2/Bcl-XL-related anti-apoptotic proteins commonly overproduced by cancerous cells. Here we identify 73 putative antimycin biosynthetic gene clusters (BGCs) in publicly available genome sequences ofActinobacteriaand classify them based on the presence or absence of cluster-situated genesantPandantQ, which encode a kynureninase and a phosphopantetheinyl transferase (PPTase), respectively. The majority of BGCs possess either bothantPandantQ(L-form) or neither (S-form), while a minority of them lack eitherantPorantQ(IQ- or IP-form, respectively). We also evaluate the biogeographical distribution and phylogenetic relationships of antimycin producers and BGCs. We show that antimycin BGCs occur on five of the seven continents and are frequently isolated from plants and other higher organisms. We also provide evidence for two distinct phylogenetic clades of antimycin producers and gene clusters, which delineate S-form from L- and I-form BGCs. Finally, our findings suggest that the ancestral antimycin producer harboured an L-form gene cluster which was primarily propagated by vertical transmission and subsequently diversified into S-, IQ- and IP-form biosynthetic pathways.
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