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Sequential evolution of bacterial morphology by co-option of a developmental regulator

机译:通过共同选择发育调节剂来进行细菌形态的顺序进化

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摘要

What mechanisms underlie the transitions responsible for the diverse shapes observed in the living world? Although bacteria exhibit a myriad of morphologies1, the mechanisms responsible for the evolution of bacterial cell shape are not understood. We investigated morphological diversity in a group of bacteria that synthesize an appendage-like extension of the cell envelope called the stalk. The location and number of stalks varies among species, as exemplified by three distinct subcellular positions of stalks within a rod-shaped cell body: polar in the genus Caulobacter and subpolar or bilateral in the genus Asticcacaulis. Here we show that a developmental regulator of Caulobacter crescentus, SpmX, is co-opted in the genus Asticcacaulis to specify stalk synthesis either at the subpolar or bilateral positions. We also show that stepwise evolution of a specific region of SpmX led to the gain of a new function and localization of this protein, which drove the sequential transition in stalk positioning. Our results indicate that changes in protein function, co-option and modularity are key elements in the evolution of bacterial morphology. Therefore, similar evolutionary principles of morphological transitions apply to both single-celled prokaryotes and multicellular eukaryotes.%我们对很多不同细菌形态的形成机制还很不了解。在这项研究中,Yves Brun及同事发现Caulobacter和Uasticcacaulis sp.两种细菌的spmX基因(它编码溶菌酶家族的定域化因子SpmX)是对细胞形态有重要影响的一个发育调控因子。SpmX决定向细胞被膜(cell envelope)的柄状延伸(stalk-like extension)的位置是在两极还是在两侧,而这两个位置分别是Caulobacter和Asticcacaulis的特点。系统发生分析显示,spmX一个特定区域的逐步演变导致一个新功能的获得和这一蛋白的定位,从而驱动"柄位置"(stalk position)的依次转变。
机译:哪些机制是导致生活世界中观察到的各种形态转变的基础?尽管细菌表现出无数种形态,但导致细菌细胞形状演变的机制尚不清楚。我们研究了一组细菌的形态学多样性,这些细菌合成了称为茎的细胞包膜的附件样延伸。杆的位置和数量因物种而异,例如杆状细胞体中杆的三个不同的亚细胞位置即为示例:杆状杆菌属中为极性,而阿斯卡藻属中为亚极性或双性。在这里,我们显示了Asticcacaulis属中共选择了Caulobacter crescentus的发育调节剂SpmX,以指定在亚极或双边位置进行茎秆合成。我们还显示,SpmX特定区域的逐步进化导致新功能的获得和该蛋白质的定位,从而推动了茎定位中的顺序过渡。我们的结果表明,蛋白质功能,共选项和模块性的变化是细菌形态演变的关键因素。因此,类似的形态学转变原理适用于单细胞原核生物和多细胞真核生物。%我们对很多不同细菌形态的形成机制还很不了解。两种细菌的​​spmX基因(它编码溶菌酶家族的定域化因子SpmX)是对细胞形态有重要影响的一个发育分解因子。SpmX决定向细胞被膜(细胞膜)的柄状延伸(茎状延伸) )的位置是在两极还是在两者之间,而这两个位置分别是铜细菌和Asticcacaulis的特点。系统发生分析显示,spmX一个特定区域的逐步演变导致一个新功能的获得和这一蛋白的定位,从而驱动“柄位置”(stalk position)的依次转换。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2014年第7489期|489-493C3|共6页
  • 作者单位

    Department of Biology, Indiana University, Bloomington, Indiana 47405, USA;

    Department of Biology, Indiana University, Bloomington, Indiana 47405, USA,Present address: Division of Biological Sciences, University of Missouri, Columbia, Missouri 65211, USA;

    Department of Biology, Indiana University, Bloomington, Indiana 47405, USA;

    Department of Biology, Indiana University, Bloomington, Indiana 47405, USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

  • 入库时间 2022-08-18 02:52:57

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