Smithella属比较基因组学揭示烷烃活化是构建于保守共代谢核心之上的可移动附加功能

《ISME Communications》：Comparative genomics of the Smithellaceae: reductive evolution and a mobile alkane-activation module in Smithella

　　

摘要

Smithella 属反复被确定为产甲烷烃降解群落中烷烃的初级活化菌，然而丙酸氧化类型的种以及许多近缘种并不能活化烷烃，该属的多样性与功能分化仍缺乏明确解析。本文对来自三个属的108个Smithellaceae 宏基因组组装基因组进行了属级比较基因组学研究。74个Smithella 基因组被解析为23个种，其中15个尚未命名。烷基琥珀酸合酶以两个同基因族的形式存在，即A族和B族。两者在三分之一的残基上存在差异，并且在同一基因组中共存。两者均否定了种的拓扑关系，B族尤其如此。assA 在几个谱系中独立获得又丢失。两个基因族在移动性上有所不同：A族为单拷贝，局限于两个种且处于保守的基因组邻域中，而B族在基因组内可重复，跨越四个种，并且占据了一个远不保守的上下文环境，通常位于2-羟基异丁酰辅酶A变位酶旁。还原特化现象普遍存在，包括全属范围的鞭毛运动性丧失、异化亚硫酸盐还原以及从头合成钴胺素（维生素B??）。在共代谢模型中，两个谱系在它们共同的底物丙酸上表现相当，而氢营养型伙伴对于烷烃氧化是必需的，其中H?和甲酸是仅有的电子受体。该属似乎偏好丙酸的歧化反应，在氢气去除不完全时这种反应在热力学上更有利；两个谱系均已基本丧失了最亲缘基因组所保留的甲基丙二酰辅酶A差向异构酶。因此，烷烃活化是建立在保守的共代谢核心之上的一种可移动附加功能。获得该功能拓宽了底物范围，同时进一步收紧了对氢营养型伙伴的需求。