Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nhiều sự kiện mất mát gene L-gulonolactone oxidase (GULO) độc lập và tái phát sinh việc tổng hợp Vitamin C ở các loài động vật không thuộc Deuterostome
Tóm tắt
L-ascorbate (Vitamin C) là một chất chống oxy hóa quan trọng và là đồng yếu tố trong các tế bào eukaryote, và ở động vật có vú, nó là thiết yếu cho sự phát triển não bộ và chức năng nhận thức. Các loài động vật có xương sống thường trở thành kẻ thiếu hụt L-ascorbate khi mất enzyme cuối cùng trong con đường tổng hợp, một L-gulonolactone oxidase (GULO). Do trước đây các loài Protostome được cho là không có gene GULO, nên chúng được coi là kẻ thiếu hụt Vitamin C. Thông qua việc thực hiện các phân tích phát sinh chủng loại với hàng chục bộ gen không thuộc Bilateria và Protostome, chúng tôi chứng minh rằng gene GULO có mặt ở các nhóm Placozoa, Myxozoa (được báo cáo lần đầu ở đây) và Anthozoa, và ở các loài Protostome, trong họ Araneae, lớp Gastropoda, phân lớp Acari (được báo cáo lần đầu ở đây), cùng với các nhánh phyla Priapulida, Annelida (được báo cáo lần đầu ở đây) và Brachiopoda. GULO là một gene cổ xưa hơn cả sự phân chia giữa Động vật và Nấm, mặc dù nó có thể còn cổ đại hơn. Chúng tôi cũng cho thấy rằng trong các loài Protostome, GULO đã bị mất nhiều lần trong các nhóm thuế học lớn, cụ thể là Pancrustacea, Nematoda, Platyhelminthes và Bivalvia, với một mẫu tương tự như đã được báo cáo cho các loài Động vật có xương sống. Tuy nhiên, chúng tôi đã chỉ ra rằng Drosophila melanogaster dường như có khả năng tổng hợp L-ascorbate, có thể thông qua một con đường thay thế, như đã được báo cáo gần đây cho Caenorhabditis elegans. Các loài không thuộc Bilateria và Protostome dường như có khả năng tổng hợp Vitamin C thông qua con đường động vật thông thường hoặc một con đường thay thế, nhưng trong nhóm động vật này, việc không thể tổng hợp L-ascorbate dường như là một ngoại lệ hơn là quy tắc.
Từ khóa
#L-ascorbate #Vitamin C #L-gulonolactone oxidase #GULO #Protostome #phát sinh chủng loại #không thuộc Bilateria #tổng hợp Vitamin CTài liệu tham khảo
Figueroa-Méndez R, Rivas-Arancibia S. Vitamin C in health and disease: its role in the metabolism of cells and redox state in the brain. Front Psychol. 2015;6:397.
Podmore ID, Griffiths HR, Herbert KE, Mistry N, Mistry P, Lunec J. Vitamin C exhibits pro-oxidant properties. Nature. 1998;392:559.
Bahadorani S, Bahadorani P, Phillips JP, Hilliker AJ. The effects of vitamin supplementation on Drosophila life span under normoxia and under oxidative stress. Journals Gerontol - Ser A Biol Sci Med Sci. 2008;63(1):35–42.
Hansen SN, Tveden-Nyborg P, Lykkesfeldt J. Does vitamin C deficiency affect cognitive development and function? Nutrients. 2014;6(9):3818–46.
Kratzing CC, Kelly JD, Kratzing JE. Ascorbic acid in fetal rat brain. J Neurochem. 1985;44(5):1623–4.
He XB, Kim M, Kim SY, Yi SH, Rhee YH, Kim T, et al. Vitamin C facilitates dopamine neuron differentiation in fetal midbrain through TET1- and JMJD3-dependent epigenetic control manner. Stem Cells. 2015;33(4):1320–32.
Qiu S, Li L, Weeber EJ, May JM. Ascorbate transport by primary cultured neurons and its role in neuronal function and protection against excitotoxicity. J Neurosci Res. 2007;85(5):1046–56.
Drouin G, Godin J-R, Page B. The genetics of vitamin C loss in vertebrates. Curr Genomics. 2011;12(5):371–8.
Cui J, Yuan X, Wang L, Jones G, Zhang S. Recent loss of vitamin C biosynthesis ability in bats. PLoS One. 2011;6(11):e27114.
Wheeler G, Ishikawa T, Pornsaksit V, Smirnoff N. Evolution of alternative biosynthetic pathways for vitamin C following plastid acquisition in photosynthetic eukaryotes. Elife. 2015;4:e06369.
Tsurusaki Y, Yamaguchi M. Role of regucalcin in liver nuclear function: binding of regucalcin to nuclear protein or DNA and modulation of tumor-related gene expression. Int J Mol Med. 2004;14(2):277–81.
Yamaguchi M, Yamamoto T. Purification of calcium binding substance from soluble fraction of Normal rat liver. Chem Pharm Bull (Tokyo). 1978;26(6):1915–8.
Carr RS, Neff JM. Determination of ascorbic acid in tissues of marine animals by liquid chromatography with electrochemical detection. Anal Chem. 1980;52(14):2428–30.
Carr RS, Bally MB, Thomas P, Neff JM. Comparison of methods for determination of ascorbic acid in animal tissues. Anal Chem. 1983;55(8):1229–32.
Dabrowski K, Hinterleitner S. Applications of a simultaneous assay of ascorbic acid, dehydroascorbic acid and ascorbic sulphate in biological materials. Analyst. 1989;114(1):83–7.
Massie HR, Shumway ME, Whitney SJP, Sternick SM, Aiello VR. Ascorbic acid in Drosophila and changes during aging. Exp Gerontol. 1991;26(5):487–94.
López-Fernández H, Duque P, Henriques SF, Vázquez N, Fdez-Riverola F, Vieira CP, et al. A bioinformatics protocol for quickly creating large-scale phylogenetic trees. In: Fdez-Riverola F, Mohamad M, Rocha M, De Paz J, González P, editors. Practical applications of computational biology and bioinformatics, 12th international conference. PACBB2018. Advances in intelligent systems and computing. Springer: Cham; 2018. p. 88–96.
Barbehenn RV, Bumgarner SL, Roosen EF, Martin MM. Antioxidant defenses in caterpillars: role of the ascorbate-recycling system in the midgut lumen. J Insect Physiol. 2001;47(4–5):349–57.
Kolawole AO, Olajuyigbe FM, Ajele JO, Adedire CO. Activity of the antioxidant defense system in a typical bioinsecticide-and synthetic insecticide-treated cowpea storage beetle Callosobrochus maculatus F. (Coleoptera: Chrysomelidae). Int J Insect Sci. 2014;6:IJIS.S19434.
Zhang Y, Wu H, Xie J, Jiang R, Deng C, Pang H. Transcriptome responses to heat and cold-stress in ladybirds (Cryptolaemus montrouzieri Mulasnt) analyzed by deep-sequencing. Biol Res. 2015;48:66.
Patananan AN, Budenholzer LM, Pedraza ME, Torres ER, Adler LN, Clarke SG. The invertebrate Caenorhabditis elegans biosynthesizes ascorbate. Arch Biochem Biophys. 2015;569:32–44.
Wolucka BA, Communi D. Mycobacterium tuberculosis possesses a functional enzyme for the synthesis of vitamin C, L-gulono-1,4-lactone dehydrogenase. FEBS J. 2006;273(19):4435–45.
Kado CI, Pujol CJ, Chan A, inventors. Avenir Genetics Llc, assignee. Microbiological method for producing ascorbic acid. International patent 040955. 2004-05-21.
Chang YL, Rossetti M, Vlamakis H, Casero D, Sunga G, Harre N, et al. A screen of Crohn’s disease-associated microbial metabolites identifies ascorbate as a novel metabolic inhibitor of activated human T cells. Mucosal Immunol. 2018:1–11.
Arumugam M, Raes J, Pelletier E, Le Paslier D, Yamada T, Mende DR, et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature. 2011;473(7346):174–80.
Sannino DR, Dobson AJ, Edwards K, Angert ER, Buchon N. The Drosophila melanogaster gut microbiota provisions thiamine to its host. MBio. 2018;9(2):e00155-18.
Blagojevic DP, Grubor-Lajsic GN, Spasic MB. Cold defence responses: the role of oxidative stress. Front Biosci (Schol Ed). 2011;3:416–27.
Aboobucker SI, Lorence A. Recent progress on the characterization of aldonolactone oxidoreductases. Plant Physiol Biochem. 2016;98:171–85.
Leferink NGH, Jose MDF, van den Berg WAM, van Berkel WJH. Functional assignment of Glu386 and Arg388 in the active site of L-galactono-γ-lactone dehydrogenase. FEBS Lett. 2009;583(19):3199–203.
Maddison DR, Schulz KS, Maddison WP. The tree of life web project. Zootaxa. 2007;1668:19–40.
Black WC, Klompen JSH, Keirans JE. Phylogenetic relationships among tick subfamilies (Ixodida: Ixodidae: Argasidae) based on the 18S nuclear rDNA gene. Mol Phylogenet Evol. 1997;7(1):129–44.
Liana M, Witaliński W. Sperm structure and phylogeny of astigmata. J Morphol. 2005;265(3):318–24.
Domes K, Althammer M, Norton RA, Scheu S, Maraun M. The phylogenetic relationship between Astigmata and Oribatida (Acari) as indicated by molecular markers. Exp Appl Acarol. 2007;42(3):159–71.
Dowling APG, Oconnor BM. Phylogenetic relationships within the suborder Dermanyssina (Acari: Parasitiformes) and a test of dermanyssoid monophyly. Int J Acarol. 2010;36(4):299–312.
Taylor JD, Williams ST, Glover EA, Dyal P. A molecular phylogeny of heterodont bivalves (Mollusca: Bivalvia: Heterodonta): new analyses of 18S and 28S rRNA genes. Zool Scr. 2007;36(6):587–606.
Plazzi F, Ceregato A, Taviani M, Passamonti M. A molecular phylogeny of bivalve mollusks: ancient radiations and divergences as revealed by mitochondrial genes. PLoS One. 2011;6(11):e27147.
Zapata F, Wilson NG, Howison M, Andrade SCS, Jörger KM, Schrödl M, et al. Phylogenomic analyses of deep gastropod relationships reject Orthogastropoda. Proc R Soc B Biol Sci. 2014;281(1794):20141739.
Liu J, Liu H, Zhang H. Phylogeny and evolutionary radiation of the marine mussels (Bivalvia: Mytilidae) based on mitochondrial and nuclear genes. Mol Phylogenet Evol. 2018;126:233–40.
Peterson KJ, Lyons JB, Nowak KS, Takacs CM, Wargo MJ, McPeek MA. Estimating metazoan divergence times with a molecular clock. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(17):6536–41.
Wägele JW, Mayer C. Visualizing differences in phylogenetic information content of alignments and distinction of three classes of long-branch effects. BMC Evol Biol. 2007;7:147.
Simhadri RK, Fast EM, Guo R, Schultz MJ, Vaisman N, Ortiz L, et al. The gut commensal microbiome of Drosophila melanogaster is modified by the endosymbiont Wolbachia. mSphere. 2017;2(5):e00287–17.
Bremus C, Herrmann U, Bringer-Meyer S, Sahm H. The use of microorganisms in l-ascorbic acid production. J Biotechnol. 2006;124(1):196–205.
Newell PD, Chaston JM, Wang Y, Winans NJ, Sannino DR, Wong ACN, et al. In vivo function and comparative genomic analyses of the drosophila gut microbiota identify candidate symbiosis factors. Front Microbiol. 2014;5:576.
Sugisawa T, Ojima S, Matzinger PK, Hoshino T. Isolation and characterization of a new vitamin C producing enzyme (L-Gulono-γ-lactone dehydrogenase) of bacterial origin. Biosci Biotechnol Biochem. 1995;59(2):190–6.
Smirnoff N. Vitamin C: the metabolism and functions of ascorbic acid in plants. Adv Bot Res. 2011;59:107–77.
Logan FJ, Taylor MC, Wilkinson SR, Kaur H, Kelly JM. The terminal step in vitamin C biosynthesis in Trypanosoma cruzi is mediated by a FMN-dependent galactonolactone oxidase. Biochem J. 2007;407(3):419–26.
Wilkinson SR, Prathalingam SR, Taylor MC, Horn D, Kelly JM. Vitamin C biosynthesis in trypanosomes: a role for the glycosome. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005;102(33):11645–50.
Reboiro-Jato D, Reboiro-Jato M, Fdez-Riverola F, Fonseca NA, Vieira J. On the development of a pipeline for the automatic detection of positively selected sites. In: Rocha M, Luscombe N, Fdez-Riverola F, Rodríguez J, editors. 6th international conference on practical applications of Computational Biology & Bioinformatics. Advances in intelligent and soft computing. Berlin, Heidelberg: Springer; 2012. p. 225–9.
Notredame C, Higgins DG, Heringa J. T-coffee: a novel method for fast and accurate multiple sequence alignment. J Mol Biol. 2000;302(1):205–17.
Ronquist F, Teslenko M, Van Der Mark P, Ayres DL, Darling A, Höhna S, et al. Mrbayes 3.2: efficient bayesian phylogenetic inference and model choice across a large model space. Syst Biol. 2012;61(3):539–42.
Kumar S, Stecher G, Li M, Knyaz C, Tamura K. MEGA X: molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol Biol Evol. 2018;35(6):1547–9.