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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
Aquifex aeolicus 是一種深分枝的超嗜熱化學自養細菌，僅限於熱液噴口和溫泉。這些特徵使其成為研究新陳代謝早期演化的優秀模型系統。在這裡，我們展示了這種生物體的全基因組代謝網絡，並詳細研究了塑造它的驅動力。我們廣泛使用系統代謝分析，這是我們最近引入的一種方法，透過整合系統發育和代謝約束來產生代謝表型樹。我們重建了一系列代謝子系統的演化，包括還原檸檬酸（rTCA）循環，以及幾種胺基酸和輔因子的生物合成和功能作用。我們表明，風神菌在許多子系統中使用了重建的祖先路徑，並強調了子系統之間的演化互連如何促進了一些關鍵創新。我們的分析進一步強調了代謝進化中的三大類驅動力。一是酶基因的複製和分歧，因為這些酶從較低的底物特異性發展到較高的底物特異性，從而改善了某些子系統的動力學。第二個是透過酵素融合或將其組織成更大的複合物來對已建立的途徑進行動力學優化。第三是合成生物質的ATP單位成本最小化，提高熱力學效率。量化這些類別的創新在代謝子系統和生命樹中的分佈，將使我們能夠評估最大化生長速率和生長效率之間的權衡如何塑造生物圈的長期代謝進化。