咖啡因合酶功能进化
第一作者
Andrew J. O’Donnell
第一单位
Western Michigan University
通讯作者
Todd J. Barkman
Abstract
背景+问题：Convergent evolution is widespread but the extent to which common ancestral conditions are necessary to facilitate the independent acquisition of similar traits remains unclear.
主要研究：In order to better understand how ancestral biosynthetic catalytic capabilities might lead to convergent evolution of similar modern-day biochemical pathways, we resurrected ancient enzymes of the Caffeine Synthase (CS) methyltransferases that are responsible for theobromine and caffeine production in flowering plants.
结果1：Ancestral CS enzymes of Theobroma, Paullinia and Camellia exhibited similar substrate preferences but these resulted in the formation of different sets of products. From these ancestral enzymes, descendants with similar substrate preference and product formation independently evolved after gene duplication events in Theobroma and Paullinia. Thus, it appears that the convergent modern-day pathways likely originated from ancestral pathways with different inferred flux.
结果2：Subsequently, the modern-day enzymes originated independently via gene duplication and their convergent catalytic characteristics evolved to partition the multiple ancestral activities by different mutations that occurred in homologous regions of the ancestral proteins..
结论：These results show that even when modern-day pathways and recruited genes are similar, the antecedent conditions may be distinctive such that different evolutionary steps are required to generate convergence.
摘 要
趋同进化是广泛的，但是尚不清楚共同祖先条件对促进独立获得相似性状所必需的程度。为了更好地了解祖先的生物合成催化能力如何导致类似现代生化途径的趋同进化，我们复活了咖啡因合酶（CS）甲基转移酶的古老酶，该酶负责开花植物中可可碱和咖啡因的生产。可可，泡桐和山茶的祖先CS酶表现出相似的底物偏好，但是这些导致形成不同的产品组。从这些祖先酶中，在可可和泡桐中发生基因复制事件后，具有相似底物偏好和产物形成的后代独立地进化。因此，似乎收敛的现代途径可能起源于具有不同推断通量的祖先途径。随后，现代酶通过基因复制独立起源，其聚合催化特性演变为通过祖先蛋白同源区域中发生的不同突变来划分多种祖先活性。这些结果表明，即使当现代途径和募集的基因相似时，前提条件也可能是独特的，因此需要不同的进化步骤来产生收敛。
通
讯
作
者
Todd Barkman
个人简介：
Professor, Western Michigan University
Postdoctorate, Pennsylvania State University, 1998-00
Ph.D., Botany, University of Texas, 1998
M.S., Botany, Michigan State University, 1993
B.S., Botany, Michigan State University, 1990
研究方向：
Plant systematics
Molecular evolution
doi: https://doi.org/10.1093/molbev/msab059
Journal: Molecular Biology and Evolution
Impact Factor：11.1
Published date: 28 February 2021
END
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