链霉菌代谢的功能与进化基因组学

本论文聚焦于链霉菌代谢谱系的进化研究，链霉菌以生物活性天然产物（NPs）的高效生产者而闻名。我的工作主要目标是增进对 NP 生物合成途径进化背后进化机制的理解。具体而言，开发一种生物信息学方法，有助于从放线菌基因组序列中发现新的 NP 生物合成途径，重点为链霉菌属成员。我以比较与功能基因组学视角开发了该方法。我的研究表明，放线菌中中心代谢酶以属特异性方式扩张，并被广泛招募用于 NPs 的生物合成。基于这些观察，我开发了 EvoMining，一种用于识别微生物基因组中新型生物合成途径的生物信息学流程。利用 EvoMining 已在放线菌门不同成员中预测出若干新 NP 生物合成途径，包括模式生物 S. lividans 66。为验证该方法，获取了该模式菌株的基因组序列，其分析导致了前所未有的肽键形成系统的发现，以及含砷代谢物的生物合成途径。此外，该工作还鉴定了链霉菌糖酵解途径中一个保守代谢节点的扩张。这些扩张发生于链霉菌辐射之前，并与其产生 NPs 能力的进化同时发生。实验分析表明该节点进化用于介导中心代谢与 NP 代谢间的相互作用。