Bioinformatic Analysis Reveals Archaeal tRNATyr and tRNATrp Identities in Bacteria

doi:10.3390/life7010008

.2017年2月21日；7(1):8.

doi:10.3390/life7010008。

生物信息学分析揭示了考古tRNA^提尔和tRNA^Trp公司细菌中的同一性

高仁木开¹, 诺亚·M·雷诺兹², 阿娜·克伦科维奇^三, 迪特尔·索尔^4 5

附属公司

¹耶鲁大学分子生物物理和生物化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。takahito.mukai@yale.edu。
²耶鲁大学分子生物物理和生物化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。noah.reynolds@yale.edu。
^三耶鲁大学分子生物物理和生物化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。ana.crnkovic@yale.edu。
⁴耶鲁大学分子生物物理和生物化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。dieter.soll@yale.edu。
⁵耶鲁大学化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。dieter.soll@yale.edu。

PMID： 28230768
PMCID公司： PMC5370408型
内政部： 10.3390/终身7010008

生物信息学分析揭示了考古tRNA^提尔和tRNA^Trp公司细菌中的同一性

木井隆仁等。人寿保险（巴塞尔）. 2017.

.2017年2月21日；7(1):8.

doi:10.3390/life7010008。

作者

高仁木开¹, 诺亚·M·雷诺兹², 阿娜·克伦科维奇^三, 迪特尔·索尔^4 5

附属公司

¹耶鲁大学分子生物物理和生物化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。takahito.mukai@yale.edu。
²耶鲁大学分子生物物理和生物化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。noah.reynolds@yale.edu。
^三耶鲁大学分子生物物理和生物化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。ana.crnkovic@yale.edu。
⁴耶鲁大学分子生物物理和生物化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。dieter.soll@yale.edu。
⁵耶鲁大学化学系，美国康涅狄格州纽黑文06520。dieter.soll@yale.edu。

PMID： 28230768
PMCID公司： PMC5370408型
内政部： 10.3390/life7010008

摘要

某些氨基酸的tRNA识别元件在细菌域和古细菌域之间是不同的。在最近的基因组和宏基因组序列数据中，我们发现一些候选的门辐射（CPR）细菌具有Tyr-tRNA和Trp-tRNA合成的古老tRNA特性。这些细菌拥有酪氨酸-tRNA合成酶（TyrRS）和色氨酸-tRNA合合酶（TrpRS）的基因，这些基因预计来自DPANN古生超叶菌，而同源的tRNA^提尔和tRNA^Trp公司基因揭示了细菌或古生物的起源。我们在细菌谱系的古生型TyrRS基因中发现了一种结构域融合和交换的痕迹，这表明CPR细菌可能利用这种机制创造了多种蛋白质。细菌的古菌型TrpRS和DPANN古菌的少数TrpRS物种代表了一个新的系统发育分支（命名为TrpRS-a）。TrpRS-A开放读码框（ORF）总是与另一个ORF（称为ORF1）相关，该ORF编码一个未知蛋白质，但与任何已知蛋白质没有全局序列一致性。然而，我们的蛋白质结构预测确定了一个假定的HIGH基序和KMSKS基序，以及许多具有I类氨酰基tRNA合成酶（aaRS）同源物特征的α-螺旋。这些结果为实现遗传密码的分子成分的多样性提供了另一个例子，并为生命和遗传密码的早期进化提供了线索。

关键词：aaRS；进化；遗传密码；横向基因转移；tRNA。

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利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1
带有古细菌tRNA的细菌^提尔或tRNA^Trp公司身份。(A类)酪氨酸-tRNA合成酶（TyrRS）和色氨酸-tRNA合合酶（TrpRS）的主要特征元素以蓝色和红色显示。候选植物辐射（CPR）的不同亚群具有古菌样tRNA^提尔和tRNA^Trp公司基因，如tRNA结构所示。Ca.Beckwith细菌RBG_13_42_9同时具有细菌和古细菌TrpRS•tRNA对^Trp公司; (B类)Ic类氨酰-tRNA合成酶（aaRS）家族（同二聚体）的结构域。S4样结构域与细菌tRNA的V臂结合^提尔.ABD表示反密码子结合域。TrpRS-A是一种新发现的TrpRS同源物。已知Ic-aaRS类可形成同二聚体（在少数情况下为假高修饰体），并一次与一个tRNA分子结合（半侧）。细菌、古生物和真核生物的起源分别用b、a和e表示；(C类)Ic-aaRS类家族的系统发育分析。显示了最大可能性引导值（100个重复）。TrpRS-A物种分为两个分支。TrpRS-A2蛋白可能螯合[4Fe–4S]簇。

图2
古生菌/真核菌型TyrRS的系统发育树。使用MEGA7生成100个重复的根最大似然树显示了Bootstrap值（%）。“超高分辨率”区域显示了通过使用gi | 816604452 | gb | KKM02188.1 |作为BLASTp查询的综合基因组/元基因组/元转录组分析确定的几乎所有TyrRS序列。根据联合基因组研究所（Joint Genome Institute）的注释管线和我们的手动注释，超高分辨率地区的古生物物种可能属于DPANN超类群。opisthokontal（真菌和动物）TyrRS分支用绿色方框标记。在确认了同一组中的序列相似性后，我们为每个主要细菌群（罗伊兹曼细菌、达维斯细菌、沙皮罗细菌、沃尔夫细菌和安德森细菌）选择了几个具有代表性的TyrRS序列。相比之下，我们在超高分辨率区域鉴定了三个属于细菌的孤儿TyrRS基因。TrpRS序列*嗜热菌*（细菌）和*霍里克希热球菌*（古菌）被用作外群。

图3
TyrRS物种具有N个-终端B2域融合。(A类)三种B2-TyrRS蛋白的多序列比对；(B类)活性污泥宏基因组中两个B2-TyrRS基因的基因组位点。指出了预测的重组位点。

图4
非标准TrpRS物种。(A类)TrpRS-A基因的遗传位点和操纵子结构。括号中描述了这些未培养生物的起源，并用“CG”（水晶间歇泉地下水）和“RBG”（步枪背景地下水）表示。在一些微基因组物种中，TrpRS与小蛋白融合；(B类)ORF1基因与TrpRS-A和TrpRSA-like基因的共同进化。显示了使用MEGA7进行100次复制的未根最大似然树的引导值（%）。

图5
ORF1蛋白的多重配对比对及其SWISS-MODEL结构预测。氨基酸序列上方的横线和箭头分别表示预测的α螺旋和β链，而锯齿线表示预测的HIGH和KMSKS基序。预测的整体结构表明ORF1蛋白可能是I类aaRS的同源物。色氨酸（W）残基显示为红色字母。

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1. Ibba M.、Francklyn C.、Cusack S.E.《氨酰-tRNA合成酶》。兰德斯生物科学；美国德克萨斯州乔治敦：2005年。
1. Chaliotis A.、Vlastaridis P.、Mossialos D.、Ibba M.、Becker H.D.、Stathopoulos C.、Amoutzias G.D.氨酰-tRNA合成酶的复杂进化史。2016年《核酸研究》；45:1059–1068. doi:10.1093/nar/gkw1182。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
1. Carter C.W.，Jr.色氨酸-tRNA合成酶。作者：Ibba M.、Francklyn C.、Cusack S.E.，编辑。氨酰-tRNA合成酶。兰德斯生物科学；美国德克萨斯州乔治敦：2005年。
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[7] Carter C.W.，Jr.色氨酸-tRNA合成酶。作者：Ibba M.、Francklyn C.、Cusack S.E.，编辑。氨酰-tRNA合成酶。兰德斯生物科学；美国德克萨斯州乔治敦：2005年。

[8] Carter C.W.，Jr.色氨酸-tRNA合成酶。作者：Ibba M.、Francklyn C.、Cusack S.E.，编辑。氨酰-tRNA合成酶。兰德斯生物科学；美国德克萨斯州乔治敦：2005年。

[9] Bedouelle H.酪氨酸-tRNA合成酶。作者：Ibba M.、Francklyn C.、Cusack S.E.，编辑。氨酰-tRNA合成酶。兰德斯生物科学；美国德克萨斯州乔治敦：2005年。

[10] Bedouelle H.酪氨酸-tRNA合成酶。作者：Ibba M.、Francklyn C.、Cusack S.E.，编辑。氨酰-tRNA合成酶。兰德斯生物科学；美国德克萨斯州乔治敦：2005年。

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