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細(xì)菌信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的進(jìn)化原理獲揭示
[所屬分類:行業(yè)動態(tài)] [發(fā)布時間:2022-12-15] [發(fā)布人:網(wǎng)站管理員2] [閱讀次數(shù):] [返回]
細(xì)菌信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的進(jìn)化原理獲揭示
作者:朱漢斌 劉娟 來源:中國科學(xué)報
山東拓普生物工程有限公司 http://qp8008.cn
近日,中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員高貝樂團(tuán)隊(duì)以具有足夠進(jìn)化深度和生態(tài)多樣性的彎曲菌門為研究對象,分析了六大信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在該門不同分支的進(jìn)化過程及復(fù)雜度構(gòu)建的方式,解析了細(xì)菌的信號網(wǎng)絡(luò)從簡單演變?yōu)閺?fù)雜,或從復(fù)雜至簡單的過程。相關(guān)研究發(fā)表于mBio。
細(xì)菌依賴信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)來感知和響應(yīng)環(huán)境變化以維持生存和繁殖,目前已知的細(xì)菌信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)主要有趨化系統(tǒng)、雙組份信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、第二信使介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、STYK磷酸激酶和磷酸酶介導(dǎo)的信號通路、ECF介導(dǎo)的信號通路、用于細(xì)菌間交流的群體感應(yīng)等六類。這些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)可以獨(dú)立存在,也可以交互在一起,形成一個網(wǎng)絡(luò)。以往的調(diào)查研究對不同細(xì)菌物種中的幾個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的組成蛋白進(jìn)行了統(tǒng)計和分類,以了解它們的系統(tǒng)組成和多樣性、模塊化和可塑性、系統(tǒng)發(fā)育分布、與基因組大小和生態(tài)分布的相關(guān)性等等。然而,目前尚未完全清楚細(xì)菌的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)在整體上是如何演變的。
在該項(xiàng)工作中,研究人員利用彎曲菌門的“生態(tài)-進(jìn)化”框架,對其門下82個物種的基因組進(jìn)行了詳細(xì)的比較基因組學(xué)分析。研究發(fā)現(xiàn),整體上彎曲菌門物種的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化模式表現(xiàn)出兩種相反的趨勢。在生態(tài)位擴(kuò)張的物種中,信號網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性隨著基因家族的擴(kuò)張而增加,水平基因轉(zhuǎn)移、基因復(fù)制、融合和裂變等新基因獲得方式為基因創(chuàng)新和不同轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的整合創(chuàng)造了機(jī)會。相反,當(dāng)細(xì)菌分支專一性適應(yīng)特殊生態(tài)位時,其信號網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性隨著大量基因的丟失而降低。
具體到每個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng),研究人員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的不同導(dǎo)致進(jìn)化方式也有差別。主要結(jié)論包括:一是,趨化系統(tǒng)主要通過水平基因轉(zhuǎn)移獲得新的整套趨化基因簇來增加復(fù)雜度,而不同趨化類別之間極少發(fā)生融合;二是,雙組份系統(tǒng)的復(fù)雜度主要取決于非經(jīng)典組氨酸激酶的數(shù)量,在經(jīng)典組氨酸激酶的結(jié)構(gòu)域組成的基礎(chǔ)上通過在激酶的N-端或者C-端融合REC結(jié)構(gòu)域,來實(shí)現(xiàn)磷酸信號的多步傳遞、輸入和輸出信號的整合或分流;三是,環(huán)二鳥苷酸介導(dǎo)的通路進(jìn)化方式最多樣,其合成酶和分解酶容易獲得也容易丟失,因?yàn)榈诙攀剐》肿拥暮铣珊徒到獬杀镜�,而且該小分子不受蛋白互作的進(jìn)化約束。
以上三種系統(tǒng)在彎曲菌門的祖先細(xì)胞中就已經(jīng)進(jìn)化了,后來的分支隨著生態(tài)位的拓張不斷增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度;而宿主體內(nèi)的共生菌和病原菌則大量丟失信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白,只保留簡單的單組份、雙組份系統(tǒng)以及與鞭毛共進(jìn)化的趨化系統(tǒng),一些分支徹底丟了環(huán)二鳥苷酸介導(dǎo)的通路�?偠灾趶澢T中,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的大小和復(fù)雜度呈現(xiàn)共同增強(qiáng)與共同減弱的趨勢,由細(xì)菌感受環(huán)境變化的需求、能量成本、遺傳資源和基因組內(nèi)的協(xié)同進(jìn)化共同決定的。
相關(guān)論文信息:ttps://doi.org/10.1128/mbio.00764-22
(本文內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)可后臺聯(lián)系刪除。)
作者:朱漢斌 劉娟 來源:中國科學(xué)報
山東拓普生物工程有限公司 http://qp8008.cn
近日,中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員高貝樂團(tuán)隊(duì)以具有足夠進(jìn)化深度和生態(tài)多樣性的彎曲菌門為研究對象,分析了六大信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在該門不同分支的進(jìn)化過程及復(fù)雜度構(gòu)建的方式,解析了細(xì)菌的信號網(wǎng)絡(luò)從簡單演變?yōu)閺?fù)雜,或從復(fù)雜至簡單的過程。相關(guān)研究發(fā)表于mBio。
細(xì)菌依賴信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)來感知和響應(yīng)環(huán)境變化以維持生存和繁殖,目前已知的細(xì)菌信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)主要有趨化系統(tǒng)、雙組份信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、第二信使介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、STYK磷酸激酶和磷酸酶介導(dǎo)的信號通路、ECF介導(dǎo)的信號通路、用于細(xì)菌間交流的群體感應(yīng)等六類。這些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)可以獨(dú)立存在,也可以交互在一起,形成一個網(wǎng)絡(luò)。以往的調(diào)查研究對不同細(xì)菌物種中的幾個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的組成蛋白進(jìn)行了統(tǒng)計和分類,以了解它們的系統(tǒng)組成和多樣性、模塊化和可塑性、系統(tǒng)發(fā)育分布、與基因組大小和生態(tài)分布的相關(guān)性等等。然而,目前尚未完全清楚細(xì)菌的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)在整體上是如何演變的。
在該項(xiàng)工作中,研究人員利用彎曲菌門的“生態(tài)-進(jìn)化”框架,對其門下82個物種的基因組進(jìn)行了詳細(xì)的比較基因組學(xué)分析。研究發(fā)現(xiàn),整體上彎曲菌門物種的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化模式表現(xiàn)出兩種相反的趨勢。在生態(tài)位擴(kuò)張的物種中,信號網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性隨著基因家族的擴(kuò)張而增加,水平基因轉(zhuǎn)移、基因復(fù)制、融合和裂變等新基因獲得方式為基因創(chuàng)新和不同轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的整合創(chuàng)造了機(jī)會。相反,當(dāng)細(xì)菌分支專一性適應(yīng)特殊生態(tài)位時,其信號網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性隨著大量基因的丟失而降低。
具體到每個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng),研究人員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的不同導(dǎo)致進(jìn)化方式也有差別。主要結(jié)論包括:一是,趨化系統(tǒng)主要通過水平基因轉(zhuǎn)移獲得新的整套趨化基因簇來增加復(fù)雜度,而不同趨化類別之間極少發(fā)生融合;二是,雙組份系統(tǒng)的復(fù)雜度主要取決于非經(jīng)典組氨酸激酶的數(shù)量,在經(jīng)典組氨酸激酶的結(jié)構(gòu)域組成的基礎(chǔ)上通過在激酶的N-端或者C-端融合REC結(jié)構(gòu)域,來實(shí)現(xiàn)磷酸信號的多步傳遞、輸入和輸出信號的整合或分流;三是,環(huán)二鳥苷酸介導(dǎo)的通路進(jìn)化方式最多樣,其合成酶和分解酶容易獲得也容易丟失,因?yàn)榈诙攀剐》肿拥暮铣珊徒到獬杀镜�,而且該小分子不受蛋白互作的進(jìn)化約束。
以上三種系統(tǒng)在彎曲菌門的祖先細(xì)胞中就已經(jīng)進(jìn)化了,后來的分支隨著生態(tài)位的拓張不斷增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度;而宿主體內(nèi)的共生菌和病原菌則大量丟失信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白,只保留簡單的單組份、雙組份系統(tǒng)以及與鞭毛共進(jìn)化的趨化系統(tǒng),一些分支徹底丟了環(huán)二鳥苷酸介導(dǎo)的通路�?偠灾趶澢T中,信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的大小和復(fù)雜度呈現(xiàn)共同增強(qiáng)與共同減弱的趨勢,由細(xì)菌感受環(huán)境變化的需求、能量成本、遺傳資源和基因組內(nèi)的協(xié)同進(jìn)化共同決定的。
相關(guān)論文信息:ttps://doi.org/10.1128/mbio.00764-22
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