酵素募集中の遺伝子共有は,分岐なしの大規模で持続的な重複を含む明確な適応戦略を明らかにします

科学分野:

• 進化生物学の進化生物学について
• バイオケミストリー バイオケミストリー
• 微生物の遺伝学

背景:

• 酵素は新しい代謝反応のために再利用され,生物の適応に不可欠なプロセスです.
• 酵素の募集は,適性を維持するために,オリジナルの機能と新しい機能のバランスをとる必要があります.
• イノベーション・アンプリフィケーション・ディバージェンスのモデルは,多機能酵素が遺伝子複製と変異によって,どのように特殊な酵素に進化するかを説明します.

研究 の 目的:

• 選択的圧力下での酵素募集メカニズムを,グルコキナーゼ欠乏症の*エシェリキア・コロイ*モデルにおける適応的進化を用いて調査する.
• 望ましい酵素候補 (NanK) が,新しい機能を獲得しながらも元の機能を維持しなければならないとき,どのように採用されるかを理解する.

主な方法:

• グルコキナーゼが欠けている*エシェリキア・コライ*の適応的な実験室での進化は,NANKを含む4つの乱交酵素の代用酵素を用いて行われました.
• 全ゲノム配列解析を用いた*nanK*遺伝子における遺伝子増幅イベントと非同義変異の分析.
• 原始的な (N-アセチル-D-マンノサミンキナーゼ) 機能と新しい (グルコキナーゼ) 機能の両方の酵素活性評価.

主要な成果:

• NanKは,2つの異なるメカニズムを通じて糖分解を回復するために採用されました:遺伝子増幅に続いて突然変異,または広範な断片増幅 (最大127コピー).
• これらの採用戦略は,NanKのネイティブのN-アセチル-D-マノサミンキナーゼ活性を大きく保存しました.
• 大規模な遺伝子増幅 (数百のコピー) は配列の分岐を抑制し,標準的なイノベーション-増幅-分岐モデルに挑戦しました.

結論:

• 遺伝子の共有は,進化の軌跡に影響を与えるが,機能的な制約下であっても,好ましい乱交酵素の採用を防ぐことはできない.
• イノベーション・増幅・分散モデルは,適度な遺伝子増幅によって促進され,大規模な増幅によって妨げられる可能性があります.
• 遺伝子の複製と分岐による進化的イノベーションは,遺伝子の複製数の増加の程度に敏感です.