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Molecular evidence for the adaptive evolution of Geobacter sulfurreducens to perform dissimilatory iron reduction in natural environments.
Molecular Microbiology ( IF 2.6 ) Pub Date : 2019-12-30 , DOI: 10.1111/mmi.14443 Xing Liu 1 , Yin Ye 1 , Ke Xiao 2 , Christopher Rensing 1 , Shungui Zhou 1
Molecular Microbiology ( IF 2.6 ) Pub Date : 2019-12-30 , DOI: 10.1111/mmi.14443 Xing Liu 1 , Yin Ye 1 , Ke Xiao 2 , Christopher Rensing 1 , Shungui Zhou 1
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The electrically conductive pili (e-pili) of Geobacter species enable extracellular electron transfer to insoluble metallic minerals, electrodes and other microbial species, which confers biogeochemical significance and global prevalence on Geobacter in diverse anaerobic environments. E-pili are constructed by truncated PilA which is considered to have evolved from full-length pilin by gene fission under positive evolutionary selection. However, this hypothesis is based on phylogenetic analysis and has not yet been experimentally confirmed. Here, we reconstructed an ancestral strain of G. sulfurreducens (designated COMB) carrying full-length PilA by combining genes GSU1496 and GSU1497. The results demonstrated that strain COMB expressed and assembled the full-length fused PilA and exhibited an outer membrane c-type cytochrome profile similar to the wild-type strain. Surprisingly, the generated COMB-pili were also conductive, indicating the evolution of truncated PilA did not occur for conductivity. Moreover, strain COMB minimally reduced Fe(III) oxides but maintained its ability to respire electrodes, demonstrating the truncation of pilin enables iron respiration. This study provides the first experimental evidence that the truncation of pilin in Geobacter species confers adaption to Fe(III)-mineral-mediated selective pressures, and suggests an evolutionary event during which the separation of the GSU1497 gene helped Geobacter survive and thrive in natural environments.
中文翻译：
减少土壤中的硫还原菌以在自然环境中进行异化铁还原的分子证据。
Geobacter菌种的导电菌毛（e-pili）能够将细胞外电子转移到不溶性金属矿物质，电极和其他微生物菌种，这赋予了地球化学在各种厌氧环境中的生物地球化学意义和普遍性。E-菌毛是由截短的PilA构建的，该PilA被认为是在正向进化选择下通过基因分裂从全长菌毛蛋白进化而来的。但是，该假设基于系统发育分析，尚未得到实验证实。在这里，我们通过结合基因GSU1496和GSU1497重建了携带全长PilA的G.sulfreducens祖传菌株（称为COMB）。结果表明，菌株COMB表达并装配了全长融合的PilA，并且表现出与野生型菌株相似的外膜c型细胞色素谱。出人意料的是，生成的COMB-菌毛也具有导电性，这表明截短的PilA不会因导电性而发生进化。此外，COMB应变最小程度地还原了Fe（III）氧化物，但保持了其呼吸电极的能力，证明了菌毛蛋白的截短可以实现铁的呼吸作用。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。生成的COMB-菌毛也具有导电性，这表明截短的PilA不会因导电而发生进化。此外，COMB应变最小程度地还原了Fe（III）氧化物，但保持了其呼吸电极的能力，证明了菌毛蛋白的截短可以实现铁的呼吸作用。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。生成的COMB-菌毛也具有导电性，这表明截短的PilA不会因导电而发生进化。此外，COMB应变最小程度地还原了Fe（III）氧化物，但保持了其呼吸电极的能力，证明了菌毛蛋白的截短可以实现铁的呼吸作用。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。证明菌毛蛋白的截短可以使铁呼吸。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。证明菌毛蛋白的截短可以使铁呼吸。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。
更新日期：2019-12-30
中文翻译：
减少土壤中的硫还原菌以在自然环境中进行异化铁还原的分子证据。
Geobacter菌种的导电菌毛（e-pili）能够将细胞外电子转移到不溶性金属矿物质，电极和其他微生物菌种，这赋予了地球化学在各种厌氧环境中的生物地球化学意义和普遍性。E-菌毛是由截短的PilA构建的，该PilA被认为是在正向进化选择下通过基因分裂从全长菌毛蛋白进化而来的。但是，该假设基于系统发育分析，尚未得到实验证实。在这里，我们通过结合基因GSU1496和GSU1497重建了携带全长PilA的G.sulfreducens祖传菌株（称为COMB）。结果表明，菌株COMB表达并装配了全长融合的PilA，并且表现出与野生型菌株相似的外膜c型细胞色素谱。出人意料的是，生成的COMB-菌毛也具有导电性，这表明截短的PilA不会因导电性而发生进化。此外，COMB应变最小程度地还原了Fe（III）氧化物，但保持了其呼吸电极的能力，证明了菌毛蛋白的截短可以实现铁的呼吸作用。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。生成的COMB-菌毛也具有导电性，这表明截短的PilA不会因导电而发生进化。此外，COMB应变最小程度地还原了Fe（III）氧化物，但保持了其呼吸电极的能力，证明了菌毛蛋白的截短可以实现铁的呼吸作用。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。生成的COMB-菌毛也具有导电性，这表明截短的PilA不会因导电而发生进化。此外，COMB应变最小程度地还原了Fe（III）氧化物，但保持了其呼吸电极的能力，证明了菌毛蛋白的截短可以实现铁的呼吸作用。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。证明菌毛蛋白的截短可以使铁呼吸。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。证明菌毛蛋白的截短可以使铁呼吸。这项研究提供了第一个实验证据，证明在地细菌中菌毛蛋白的截短赋予了对Fe（III）-矿物介导的选择压力的适应性，并提出了一个进化事件，在此过程中，GSU1497基因的分离帮助地细菌在自然环境中存活并繁衍生息。 。
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