Independent evolutionary origins of functional polyamine biosynthetic enzyme fusions catalysing de novo diamine to triamine formation.
Independent evolutionary origins of functional polyamine biosynthetic enzyme fusions catalysing de novo diamine to triamine formation.
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DOI：
10.1111/j.1365-2958.2011.07757.x
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发表时间：
2011-08
影响因子：
3.6
通讯作者：
Michael AJ
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Green R;Hanfrey CC;Elliott KA;McCloskey DE;Wang X;Kanugula S;Pegg AE;Michael AJ
我们已经在不同的细菌门中鉴定了多胺生物合成酶S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(ADOMetDC，SPED)和氨基丙基转移酶(SPPE)的基因融合。这两个结构域都具有功能活性，我们证明了在肠沙门氏菌SV的βSpede基因缺失株中，通过δ-蛋白杆菌Delftia acidovorans和Δ-蛋白杆菌Syntrous acidrophicus的融合酶，从二胺腐胺中新合成了三胺亚精胺。鼠伤寒杆菌。来自海洋α-念珠菌Pelagibacter ubique、诺卡氏法氏放线菌、氯杆菌种Chloroherpeton halkuran和β-Producterium Delftia acidovorans的融合蛋白在大肠杆菌中表达时，都会产生不同类型的非天然多胺，包括去甲精胺。不同的氨丙基转移酶活性结合系统发育分析证实了一些融合基因的独立进化起源。比较基因组分析有力地表明，基因融合是由相邻的开放阅读框合并引起的。独立的融合事件以及水平和垂直的基因转移导致了基因融合的零散系统分布。令人惊讶的是，融合基因在大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌中的表达显示出在这些物种中产生非天然1，3-二氨基丙烷的新的潜在亚精胺分解代谢活性。我们还在古生菌中鉴定了多胺生物合成酶--胍丁胺脱亚胺酶和N-氨基甲酰腐胺水解酶的融合，在单细胞绿藻微藻中鉴定了S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶和鸟氨酸脱羧酶的融合。
We have identified gene fusions of polyamine biosynthetic enzymes S-adenosylmethionine decarboxylase (AdoMetDC, speD) and aminopropyltransferase (speE) orthologues in diverse bacterial phyla. Both domains are functionally active and we demonstrate the novel de novo synthesis of the triamine spermidine from the diamine putrescine by fusion enzymes from β-proteobacterium Delftia acidovorans and δ-proteobacterium Syntrophus aciditrophicus, in a ΔspeDE gene deletion strain of Salmonella enterica sv. Typhimurium. Fusion proteins from marine α-proteobacterium Candidatus Pelagibacter ubique, actinobacterium Nocardia farcinica, chlorobi species Chloroherpeton thalassium, and β-proteobacterium Delftia acidovorans each produce a different profile of non-native polyamines including sym-norspermidine when expressed in Escherichia coli. The different aminopropyltransferase activities together with phylogenetic analysis confirm independent evolutionary origins for some fusions. Comparative genomic analysis strongly indicates that gene fusions arose by merger of adjacent open reading frames. Independent fusion events, and horizontal and vertical gene transfer contributed to the scattered phyletic distribution of the gene fusions. Surprisingly, expression of fusion genes in E. coli and S. Typhimurium revealed novel latent spermidine catabolic activity producing non-native 1,3-diaminopropane in these species. We have also identified fusions of polyamine biosynthetic enzymes agmatine deiminase and N-carbamoylputrescine amidohydrolase in archaea, and of S-adenosylmethionine decarboxylase and ornithine decarboxylase in the single-celled green alga Micromonas.
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