Evolution of the penicillin biosynt

Evolution of the penicillin biosynthetic gene penDE (aatA)
Unlike the pcbAB (acvA) and pcbC (ipnA) genes, the penDE (aatA) gene contains three introns, and several common features of this gene indicate that it was derived by fusion of two eukaryotic DNA fragments, one of them containing introns [43], and was recruited during evolution by fusion to the pcbAB-pcbC gene cluster from an ancestral fungal gene [7, 38]. The origin of the fungal penDE (aatA) gene has remained obscure because no known close eukaryotic or prokaryotic analogous had been identified. However, in silico analysis of the genomes of several ascomyces (including A. nidulans and P. chrysogenum) has recently allowed the identification of a putative gene paralogue of the penDE(aatA) gene that may help to clarify the evolution of the gene cluster. This novel gene has been designated aatB in A. nidulans [25] or ial in P. chrysogenum [54]. However, several differences have suggested that these two genes might
have undergone modifications during evolution (see below). The aatB gene of A. nidulans shows an expression profile similar to that of the aatA gene. Both genes contain three
introns (four exons), but unlike the IAT encoded by the aatA gene, which includes a peroxisomal targeting sequence at the C-terminal end and is targeted to these organelles, the protein encoded by the aatB gene lacks this motif and is located on the cytosol. The role of the aatB gene in penicillin biosynthesis has been confirmed in aatA-disrupted mutants, proving that the protein encoded by the aatB gene was capable of partially replacing the IAT (encoded by the aatA gene) activity in those mutants. Another interesting finding was the fact that the same transcription factors AnCF
and AnBH1 bind and regulate the promoter region of these two genes in vitro [25]. These authors suggested that because of the identical exon distribution and sequence similarity, the aatA and aatB genes are descendants of a single ancestral gene that became duplicated during evolution and that the aatB gene represents a paralogue of aatA. In this model, one of the counterparts was recruted to the penicillin gene cluster becoming the aatA gene. The ial gene of P. chrysogenum contains two introns (three exons) and it also encodes a protein that lacks the canonical peroxisomal targeting sequence. Unlike the A. nidulans aatB gene, the ial gene is expressed very poorly or not expressed at all in several P. chrysogenum strains and generation of ial null and overexpressing mutants do not affect penicillin production. In vitro experiments carried out with the protein encoded by the ial gene revealed that
despite the proper structure, folding and processing events, the protein lacked IPN acyltransferase activity [54]. Therefore, aatB and ial genes appear to differ in function. The availability of the genome of several ascomycetes has revealed the presence of ial (aatB) gene homologues in penicillin and non-penicillin producing fungi, whereas the penDE (aatA) gene homologues are only found in penicillin-producing fungi, such as A. nidulans and A. oryzae. This might indicate that during evolution, a single ancestral gene was duplicated, giving rise to the penDE (or aatA) gene and its paralogue, the ial (or aatB) gene (initially encoding a NTN amidohydrolase not active in P. chrysogenum and with low activity in A. nidulans). On the other hand,
the P. chrysogenum IAL and related proteins in other fungi form a separate evolutive clade from IATs (Fig. 4),indicating that they might have evolved separately. This hypothesis is supported by the presence of duplicated genes encoding putatives IAT and IAL homologues in A. oryzae, which also contains the penicillin gene cluster. From those
ascomycetes containing this cluster, only A. nidulans has an IAL homologue (GenBank: XP_664379) more closely related to IATs, a fact that may explain the presence of penicillin biosynthetic activity in this protein. Genes encoding IATs in P. chrysogenum, A. nidulans and A. oryzae contain three introns, thus differing from those genes encoding IAL and IAL-homologues (with exception of A. terreus ial gene homologue). Only the aatB gene encoding the A. nidulans IAL homologue and the A. terreus aatB gene homologue (GenBank: XP_001213312), contain three introns (Fig. 4).
This suggests that alternatively, ial and ial gene homologues might have had a different origin from the IAT-encoding genes (penDE or aatA genes), thus encoding proteins with a different function as it was confirmed by the lack of penicillin biosynthetic activity of the P. chrysogenum IAL. With this hypothesis, only the aatB gene from A. nidulans would be a real paralogue of the IAT-encoding gene (aatA) formed by gene duplication from a common ancestor. This is supported by the presence of penicillin forming activity of the aatB-encoded IAL homologue and by the presence of
the same transcription factors binding to the promoter regions of these two genes [25]. The ques

Kết quả (Việt) 1:

Sự tiến hóa của penicillin viêm gen penDE (aatA)Không giống như pcbAB (acvA) và pcbC (ipnA) gen, gen penDE (aatA) chứa ba introns và một số tính năng phổ biến của gen này chỉ ra rằng nó xuất phát bởi nhiệt hạch của hai sinh vật nhân chuẩn DNA mảnh, một trong số họ có chứa introns [43], và được thuê trong quá trình tiến hóa bằng phản ứng tổng hợp pcbAB-pcbC gen cụm từ một tổ tiên nấm gen [7, 38]. Nguồn gốc của gen nấm penDE (aatA) vẫn che khuất bởi vì không có được biết đến gần sinh hoặc định tương tự như đã được xác định. Tuy nhiên, ở silico phân tích về bộ gen của một vài ascomyces (bao gồm cả A. nidulans và P. chrysogenum) đã gần đây cho phép xác định một giả định gene paralogue của gen penDE(aatA) có thể giúp đỡ để làm rõ sự tiến hóa của các nhóm gen. Gen cuốn tiểu thuyết này đã được xác định aatB trong A. nidulans [25] hoặc pháp P. chrysogenum [54]. Tuy nhiên, một số khác biệt đã gợi ý rằng những hai Gene có thểđã trải qua các sửa đổi trong quá trình tiến hóa (xem bên dưới). AatB gen của A. nidulans cho thấy một cấu hình biểu hiện tương tự như các gen aatA. Cả hai gen chứa baintrons (bốn exon), nhưng không giống như IAT mã hóa bởi gen aatA, bao gồm nhắm mục tiêu peroxisomal trình tự cuối C-ga và được nhắm mục tiêu đến các bào quan, protein được mã hóa bởi gen aatB thiếu này và nằm trên thích. Vai trò của các gen aatB trong sinh tổng hợp penicillin đã được xác nhận tại aatA gián đoạn đột, chứng minh rằng các protein được mã hóa bởi gen aatB là có khả năng thay thế một phần hoạt động IAT (mã hóa bởi gen aatA) ở những người đột biến. Việc tìm kiếm một thú vị là một thực tế rằng các yếu tố phiên mã cùng AnCFvà AnBH1 ràng buộc và điều chỉnh vùng promoter của những hai gene trong ống nghiệm [25]. Các tác giả đề nghị do phân phối giống hệt exon và tương tự, các gen aatA và aatB là hậu duệ của một gen tổ tiên duy nhất mà đã trở thành nhân đôi trong quá trình tiến hóa và gen aatB đại diện cho một paralogue aatA. Trong mô hình này, một trong các đối tác là recruted đến cụm gen penicillin trở thành gen aatA. Gene P. chrysogenum, Anh có hai introns (ba exon) và nó cũng mã hóa protein mà thiếu kinh điển peroxisomal nhắm mục tiêu dãy. Không giống như các gen aatB A. nidulans, gene anh bày tỏ rất kém hoặc không thể hiện ở tất cả trong một vài chủng P. chrysogenum và thế hệ của người đột biến null và kết Anh không ảnh hưởng đến sản xuất penicillin. Trong ống nghiệm thí nghiệm thực hiện với các protein được mã hóa bởi gen Anh tiết lộ rằngmặc dù cấu trúc phù hợp, gấp và xử lý các sự kiện, các protein thiếu IPN acyltransferase hoạt động [54]. Vì vậy, aatB và pháp gen dường như khác nhau ở chức năng. Sự sẵn có của bộ gen của một số ascomycetes đã tiết lộ sự hiện diện của Anh (aatB) gen lớn penicillin và-penicillin sản xuất nấm, trong khi lớn gen penDE (aatA) chỉ tìm thấy trong sản xuất penicillin nấm, chẳng hạn như A. nidulans và A. oryzae. Điều này có thể chỉ ra rằng trong quá trình tiến hóa, một tổ tiên gen duy nhất được nhân đôi, cho tăng đến penDE (hoặc aatA) gen và paralogue của nó, các gen Pháp (hay aatB) (ban đầu mã hóa một amidohydrolase NTN không hoạt động trong P. chrysogenum và với các hoạt động thấp trong A. nidulans). Mặt khácP. chrysogenum IAL và protein có liên quan trong các loại nấm khác tạo thành một riêng biệt evolutive nhánh từ IATs (hình 4), chỉ ra rằng họ có thể đã tiến hóa một cách riêng biệt. Giả thuyết này được hỗ trợ bởi sự hiện diện của chuyển gen mã hóa putatives IAT và PHÁP lớn ở oryzae A., cũng chứa các penicillin gen cluster. Từ nhữngAscomycetes chứa cụm sao này, các chỉ A. nidulans có một homologue PHÁP (GenBank: XP_664379) có liên quan chặt chẽ hơn để IATs, một thực tế là có thể giải thích sự hiện diện của penicillin hoạt động viêm trong các protein này. Gen mã hóa IATs ở P. chrysogenum, A. nidulans và A. oryzae chứa ba introns, do đó có thể khác nhau từ những gen mã hóa IAL và IAL lớn (với ngoại lệ của A. terreus pháp gen homologue). Chỉ các gen aatB mã hóa homologue ANH A. nidulans và A. terreus aatB gen homologue (GenBank: XP_001213312), có chứa ba introns (hình 4).Điều này cho thấy rằng ngoài ra, Anh và pháp gen lớn có thể đã có một nguồn gốc khác nhau từ các mã hóa IAT gen (penDE hoặc aatA gen), do đó mã hóa protein với một chức năng khác nhau như nó đã được xác nhận bởi việc thiếu hoạt động viêm penicillin của P. chrysogenum IAL. Với giả thuyết này, chỉ aatB gen từ A. nidulans sẽ là một paralogue thực sự của IAT mã hóa gen (aatA) được thành lập bởi gen sao chép từ một tổ tiên chung. Điều này được hỗ trợ bởi sự hiện diện của penicillin hình thành hoạt động của các mã hóa aatB homologue PHÁP và sự hiện diện củaCác yếu tố phiên mã cùng một ràng buộc để các khu vực promoter của những hai Gene [25]. Ques các

Kết quả (Việt) 2:

Sự phát triển của các gen với penicillin tổng hợp sinh Pende (aatA)
Không giống như các pcbAB (acvA) và pcbC (ipnA) gen, (aatA) gen Pende chứa ba intron, và một số tính năng phổ biến của gen này chỉ ra rằng nó đã được bắt nguồn bởi sự hợp nhất của hai nhân điển hình đoạn ADN, một trong số họ intron chứa [43], và đã được tuyển dụng trong quá trình tiến hóa của sự hợp nhất để các cụm gen pcbAB-pcbC từ một gen nấm tổ tiên [7, 38]. Nguồn gốc của gen nấm Pende (aatA) vẫn mơ hồ vì không gần tương tự nhân điển hình hoặc prokaryote được biết đến đã được xác định. Tuy nhiên, trong phân tích silic của bộ gen của nhiều ascomyces (bao gồm A. nidulans và P. chrysogenum) gần đây đã cho phép xác định một paralogue gen giả định của các gen Pende (aatA) có thể giúp làm sáng tỏ sự phát triển của các cụm gen. Gien mới này đã được chỉ định aatB trong A. nidulans [25] hoặc ial P. chrysogenum [54]. Tuy nhiên, một số khác biệt đã gợi ý rằng hai gene này có thể
đã trải qua những thay đổi trong quá trình tiến hóa (xem dưới đây). Gen aatB của A. nidulans cho thấy một tính biểu hiện tương tự như của gen aatA. Cả hai gen chứa ba
intron (bốn exon), nhưng không giống như các IAT mã hóa bởi gen aatA, trong đó bao gồm một chuỗi nhắm mục tiêu peroxisomal vào cuối C-thiết bị đầu cuối và được nhắm mục tiêu đến những cơ quan này, các protein được mã hóa bởi gen aatB thiếu motif này và nằm trên bào tương. Vai trò của gen aatB trong penicilin sinh tổng hợp đã được xác nhận trong các đột biến aatA-gián đoạn, chứng minh rằng protein được mã hóa bởi gen aatB là khả năng thay thế một phần các hoạt động IAT (mã hóa bởi gen aatA) trong những đột biến. Một phát hiện thú vị đã được thực tế rằng phiên âm cùng các yếu tố AnCF
và AnBH1 ràng buộc và điều chỉnh vùng promoter của hai gen trong ống nghiệm [25]. Các tác giả cho rằng vì sự giống nhau phân phối exon và trình tự giống nhau, các gen aatA và aatB là hậu duệ của một gen của tổ tiên đơn đó đã trở thành nhân đôi trong tiến hóa và rằng gen aatB đại diện cho một paralogue của aatA. Trong mô hình này, một trong những đối tác được recruted đến cụm gen penicilin trở thành gen aatA. Gen ial của P. chrysogenum chứa hai intron (ba exon) và nó cũng mã hóa một protein thiếu trình tự nhắm mục tiêu peroxisomal kinh điển. Không giống như các gen A. nidulans aatB, gen ial được thể hiện rất kém hoặc không được thể hiện ở tất cả trong một số chủng chrysogenum P. và thế hệ của null ial và đột biến biểu hiện tốt không ảnh hưởng đến sản xuất penicillin. Trong các thí nghiệm in vitro thực hiện với các protein được mã hóa bởi gen ial tiết lộ rằng
mặc dù cấu trúc phù hợp, gấp và các sự kiện chế biến, các protein thiếu IPN hoạt động acyltransferase [54]. Do đó, aatB và gen ial xuất hiện khác nhau về chức năng. Tính sẵn có của hệ gen của một số ascomycetes đã tiết lộ sự hiện diện của (aatB) tương đồng gen ial trong penicillin và phi sản xuất penicilin nấm, trong khi Pende (aatA) tương đồng gen chỉ được tìm thấy trong nấm penicillin sản xuất, chẳng hạn như A. nidulans và A. oryzae. Điều này có thể cho thấy trong quá trình tiến hóa, một gen của tổ tiên duy nhất được nhân đôi, làm phát sinh các Pende (hoặc aatA) gen và paralogue của nó, là ial (hoặc aatB) gen (ban đầu là mã hóa một NTN amidohydrolase không hoạt động trong P. chrysogenum và thấp hoạt động trong A. nidulans). Mặt khác,
các P. chrysogenum IAL và protein có liên quan trong các loại nấm khác tạo thành một nhánh riêng biệt xu hướng tiến triển từ IATs (Hình. 4), chỉ ra rằng họ có thể đã tiến hóa riêng biệt. Giả thuyết này được hỗ trợ bởi sự hiện diện của gen nhân đôi mã hóa putatives IAT và IAL tương đồng trong A. oryzae, mà cũng có chứa các cụm gen penicillin. Từ những
ascomycetes chứa cụm này, chỉ có A. nidulans có một tương đồng IAL (GenBank: XP_664379) liên quan chặt chẽ hơn để IATs, một thực tế mà có thể giải thích sự hiện diện của hoạt động sinh tổng hợp penicillin của protein này. Các gen mã hóa IATs P. chrysogenum, A. nidulans và A. oryzae chứa ba intron, do đó khác với những gen mã hóa IAL và IAL-tương đồng (với ngoại lệ của A. terreus tương đồng gen IAL). Chỉ gen aatB mã hóa tương đồng A. nidulans IAL và A. terreus aatB gen tương đồng: (. Hình 4). (GenBank XP_001213312), chứa ba intron
Điều này cho thấy rằng cách khác, tương đồng gen ial và ial có thể đã có một nguồn gốc khác nhau từ gen IAT-mã hóa (Pende hoặc aatA gen), do đó mã hóa protein có chức năng khác nhau như nó đã được khẳng định bởi sự thiếu hoạt động với penicillin tổng hợp sinh học của P. chrysogenum IAL. Với giả thuyết này, chỉ có các gen aatB từ A. nidulans sẽ là một paralogue thực của gen IAT-mã hóa (aatA) được hình thành bởi sự trùng lặp gen từ một tổ tiên chung. Điều này được hỗ trợ bởi sự hiện diện của penicillin hình hoạt động của các tương đồng IAL aatB mã hóa và bởi sự hiện diện của
các yếu tố phiên mã cùng liên kết với các vùng promoter của hai gen [25]. các ques