Informacija

Ar avokadas ir apelsinas turi bendrą protėvį?

Ar avokadas ir apelsinas turi bendrą protėvį?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Valgydama apelsiną jaučiausi taip, lyg valgyčiau avokadą. Galbūt tai yra genetinės manipuliacijos, bet tai privertė mane susimąstyti, ar jie turi bendrą evoliucinį protėvį. Yra ten?


Čia yra svetainė, kurioje labai tiksliai pristatomas gyvybės medis: tolweb.org/tree

Taip, jie turi bendrą protėvį, kaip ir bet kuri kita gyva būtybė! Kaip glaudžiai jie susiję?

Abi rūšys yra:

  • Eukariotai (ląstelės su branduoliu)
  • Archaeplastidae (augalai)
  • Angiosperms (žydintys augalai)

Tada jie išsiskirstė! Štai tolweb.org puslapis, atitinkantis šią specifikaciją: http://tolweb.org/Angiosperms/20646

Avokadas priklauso Laurales šeimai: http://tolweb.org/Laurales/20672

Apelsinai priklauso rūtų (sapindales, rosids, eudicots) šeimai: http://tolweb.org/Sapindales/21051.

Galite naudoti kairiąją rodyklę šių puslapių medyje, kad sugrįžtumėte per laikus ir pamatytumėte skirtingą specifikacijos įvykį, skiriantį abi rūšis.

Nors apelsinas yra eudikotas, avokadas yra magnolidų dalis. Seniausi gaubtasėklio iškastiniai įrašai gyveno apie 132 MYA (žr. Crane ir kt., 2004). Taigi šios dvi rūšys skiriasi gana ilgą laiką! Kad būtų galima palyginti, jie yra taip pat nutolę nei žmonės ir triušiai (tai yra apytikslis asmeninis įvertinimas, aš neturiu tam jokios nuorodos!)

Pastaba: lotyniškai apelsinas vadinamas Citrus sinensis. Rūšis kilusi iš Kinijos. Avokadas vadinamas Persea americana ir kilęs iš Centrinės Amerikos (kaip rodo jų pavadinimai).

Nežinau, kas verčia jus jaustis, kad jie yra glaudžiai susiję. Galbūt kas nors pasakys keletą žodžių apie jų cheminius junginius (ir skonį), bet iš pirmo žvilgsnio man šie du vaisiai labai skiriasi. O gal jie turi keletą nepaprastai panašių fenotipinių bruožų dėl konvergencijos evoliucijos... Aš apie tai nežinau!


Ar avokadas ir apelsinas turi bendrą protėvį? – Biologija

Kadangi filogenetinis medis yra hipotezė apie evoliucinius ryšius, mes norime naudoti simbolius, kurie yra patikimi bendros kilmės rodikliai, kad sukurtume tą medį. Skirtinguose organizmuose naudojame homologinius simbolius, kurie yra panašūs, nes buvo paveldėti iš bendro protėvio, kuris taip pat turėjo tą charakterį. Homologinių simbolių pavyzdys yra keturios tetrapodų galūnės. Paukščiai, šikšnosparniai, pelės ir krokodilai turi keturias galūnes. Rykliai ir kaulinės žuvys to nedaro. Tetrapodų protėvis išsivystė iš keturių galūnių, o jo palikuonys paveldėjo šią savybę, todėl keturių galūnių buvimas yra homologija.

Ne visi veikėjai yra homologijos. Pavyzdžiui, paukščiai ir šikšnosparniai turi sparnus, o pelės ir krokodilai neturi. Ar tai reiškia, kad paukščiai ir šikšnosparniai yra artimesni vieni su kitais nei pelėmis ir krokodilais? Ne. Atidžiai išnagrinėję paukščių ir šikšnosparnių sparnus matome, kad yra keletas esminių skirtumų.

Šikšnosparnių sparnai susideda iš odos atvartų, ištemptų tarp pirštų ir rankos kaulų. Paukščio sparnai susideda iš plunksnų, besitęsiančių per visą ranką. Šie struktūriniai skirtumai rodo, kad paukščių ir šikšnosparnių sparnai nebuvo paveldėti iš bendro protėvio su sparnais. Šią idėją iliustruoja toliau pateikta filogenezija, pagrįsta daugybe kitų simbolių.

Paukščių ir šikšnosparnių sparnai yra analogiški, tai yra, jie turi atskirą evoliucinę kilmę, tačiau yra paviršutiniškai panašūs, nes abu patyrė natūralią atranką, dėl kurios jie vaidina pagrindinį vaidmenį skrydžio metu. Analogijos yra konvergencinės evoliucijos rezultatas.

Įdomu tai, kad nors paukščio ir šikšnosparnio sparnai yra analogiški sparnams, kaip priekinės galūnės yra homologiški. Paukščiai ir šikšnosparniai nepaveldėjo sparnų iš bendro protėvio su sparnais, tačiau jie paveldėjo priekines galūnes iš bendro protėvio su priekinėmis galūnėmis.


Ispanijos navigatorius 1500-aisiais Yaharo mieste iš naujo atrado avokadą

Tačiau būtent XV amžiaus navigatorius Martinas Fernandezas De Encisco iš Sevilijos (Ispanija) sugrąžino vaisius į populiarias žinias, kai ėmėsi ieškoti nežinomybės „Naujajame pasaulyje“. Encisco rašo savo esminiame darbe Suma de Geografia (1519) apie vaisių, kurį jis atsitiktinai aptiko Yaharo uostamiestyje, kuris „atrodo kaip apelsinas“, bet pasidaro gelsvas, kai yra paruoštas valgyti.” Toliau jis paaiškina „nuostabų skonį“. #8221 vaisiaus vidinės pusės, kurios skonis „kaip sviestas“” ir yra toks geras ir malonus gomuriui.” 2


Rezultatai ir DISKUSIJA

Tarpdomeninis genų perkėlimas ProS ir alaS

Anksčiau mes parodėme, kad genai, koduojantys atitinkamai prolil-tRNR sintetazę ir alanil-tRNR sintetazę, greičiausiai buvo perkelti iš Archaea į diplomonadus (Andersson ir kt., 2003). Norėdami toliau ištirti šiuos tarpdomeninius perkėlimus, padidinome šių genų eukariotų taksonominius mėginius, įtraukdami sekas iš trijų papildomų Entamoeba rūšis, heterolobozė Naegleria, pelobiontas Mastigameba, parabazalidas Trichomonas, diatomas Talassiosira, oomycete Fitoftora, ir blakstienas Paramecium ir Tetrahymena. Apskritai atnaujintų dviejų baltymų duomenų rinkinių filogenetinės analizės gana gerai sutampa su numatoma organizmo filogenezija, išskyrus keletą lengvai nustatomų išimčių (1 pav.). Tik du iš šių netikėtų šakojimosi modelių su dideliu įkrovos palaikymu pastebimi tarp prokariotų, abu ProS medis Pirellula seka rodo glaudų ryšį su α-proteobakterijomis ir Halobakterija seka randama kitoje vietoje nei kitos euryarchaeota sekos (1 pavA). Keista, bet eukariotai pasirodo keliose netikėtose pozicijose. The D. discoideum ir P. sojaealaS sekos randamos už pagrindinio eukariotų klado ribų (1 pavB). Deja, statistinė atskyrimo parama yra silpna, todėl šių sekų kilmė yra neaiški. Abu ProS ir alaS augalų sekos randamos įdėtos į eubakterijas su stipria atrama (1 pav.), greičiausiai tai rodo du tarpdomeninius genų perdavimo įvykius – alaS seka beveik neabejotinai per chloroplastą. Galiausiai abiejuose medžiuose randamas eukariotų pogrupis, įdėtas į Archaea (1 pav.), o tai aiškiai rodo genų perdavimą tarp Archaea ir eukariotų. Iš pažiūros panašus stebimų genų perdavimo įvykių, turinčių įtakos eukariotams, dažnis, palyginti su šių dviejų aminoacilo-tRNR genų prokariotais, gali šiek tiek nustebinti (1 pav.). Tačiau anksčiau pranešėme, kad atrodo, kad genų perdavimas panašiu mastu paveikė prokariotus ir mikrobinius eukariotus glutamato dehidrogenazės genų šeimose (Andersson ir Roger 2003), o tai rodo, kad šoninis genų perdavimas iš tiesų gali būti plačiai paplitęs mikrobų eukariotų evoliucinis mechanizmas (Andersson). ir kt., 2003 Archibald ir kt., 2003, Gogarten, 2003).

Dviejų aminoacil-tRNR sintetazės baltymų sekos duomenų rinkinių filogenijos. ML medžiai iš (A) prolil-tRNR sintetazė ir (B) alanil-tRNR sintetazė. Rodomos baltymo ML įkrovos reikšmės, didesnės nei 50 %, apskaičiuotos naudojant PHYML (ML+Γ). Papildomų analizių kritinių dviejų skirsnių įkrovos palaikymas rodomas laukeliuose, kuriuose galima palyginti ML įkrovos reikšmes, apskaičiuotas naudojant PROML (ML+Γ*), baltymo ML, darant prielaidą, vienodą svetainės greitį (ML−Γ), baltymo ML atstumą (ML–dist), LogDet atstumą. (LogDet) ir didžiausią santūrumą (Pars). Eubakterijos yra pažymėtos juoda, Archaea - mėlyna, o eukariotai - pagal jų klasifikaciją į "supergrupes" (Cavalier-Smith 2002 Simpson ir Roger 2002 Baldauf 2003): opisthokonts (oranžinė), amebozoa (purpurinė), augalas. chromalveolatai (raudona) ir iškasa (ruda). Eukariotų stuburas pažymėtas pilka spalva.

Dviejų aminoacil-tRNR sintetazės baltymų sekos duomenų rinkinių filogenijos. ML medžiai iš (A) prolil-tRNR sintetazė ir (B) alanil-tRNR sintetazė. Rodomos baltymo ML įkrovos reikšmės, didesnės nei 50 %, apskaičiuotos naudojant PHYML (ML+Γ). Papildomų analizių kritinių dviejų skirsnių įkrovos palaikymas rodomas laukeliuose, kuriuose galima palyginti ML įkrovos reikšmes, apskaičiuotas naudojant PROML (ML+Γ*), baltymo ML, darant prielaidą, vienodą svetainės greitį (ML−Γ), baltymo ML atstumą (ML–dist), LogDet atstumą. (LogDet) ir didžiausią santūrumą (Pars). Eubakterijos ženklinamos juodai, Archėjos – mėlynai, o eukariotai – pagal jų klasifikaciją į „supergrupes“ (Cavalier-Smith 2002 Simpson ir Roger 2002 Baldauf 2003): opisthokonts (oranžinė), amebozoa (purpurinė), augalas. chromalveolatai (raudona) ir iškasa (ruda). Eukariotų stuburas pažymėtas pilka spalva.

Viena archealinė diplomonados ir parabasalido kilmė ProS

Topologija su eukariotų kladu, įskaitant parabazalidų ir diplomonadų sekas, įterptas į Archaea, neįtraukiant kitų eukariotų, yra tvirtai palaikoma. ProS medis visais filogenetiniais metodais, greičiausiai rodantis tarpdomeninį genų perdavimo įvykį iš Archėjos į bendrą šių eukariotų grupių protėvį. Konkreti archeologinė kilmė ProS geną diplomonaduose ir parabazaliduose sunkiau identifikuoti dėl didelių nesutarimų tarp įvairių naudojamų filogenetinių metodų rezultatų. Konkretus ryšys tarp N. equitans o eukariotinės sekos ML analizėje palaikomos 73% įkrovos reikšme, o ryšys atkuriamas kitais ML metodais, taip pat ir parsiminimu (1 pav.A). Tačiau LogDet atstumo analizė nesutinka. The Nanoarchaeum ryšys atkuriamas tik 25 % įkrovos pakartojimų (1 pavA), tuo tarpu 52 % pakartojimų eukariotinės sekos yra pagrindinės archaea (duomenys nerodomi) – padėtis, kuri randama tik 4 % replikacijų ML įkrovos analizėse, apimančiose greičio heterogeniškumo gama modelį (duomenys nerodomi). parodyta). Kadangi tiek N. equitans ir G. lamblia sekos neatitiko aminorūgščių sudėties nevienalytiškumo testo, taikomo duomenų rinkiniams, o taikant filogenetinius metodus duomenų rinkinyje daroma prielaida, kad aminorūgščių sudėtis yra vienoda (išskyrus LogDet analizę), specifinis ryšys tarp nanoarcheotos, diplomonado ir parabazalido. sekos gali būti artefaktinės traukos, kurią sukelia aminorūgščių sudėties nevienalytiškumas, rezultatas. Kita vertus, modelis, apimantis duomenų rinkinio greičio nevienalytiškumą, negalėjo būti taikomas LogDet analizei, nes tam reikėtų didesnio duomenų rinkinio (Thollesson 2004 M. Thollesson, asmeninis bendravimas) ir traukos tarp diplomonados ir parabazalidų sekos – kurios žymi ilgiausias šakas archea/diplomonad/parabazalid pomedžio viduje (1 pav.A) ir ilga vidinė šaka šioje analizėje gali būti artefaktas, kurį sukelia greičio nevienalytiškumo modelio nebuvimas. Akivaizdu, kad nesant veiksmingo metodo, kuris vienu metu galėtų įtraukti greičio ir aminorūgščių nevienalytiškumo modelius, ryšys tarp archea/diplomonad/parabasalid pomedžio negali būti išspręstas su dideliu pasitikėjimu. ProS.

Genų perdavimo įvykiai išplito archeališkai alaS Įvairiuose mikrobiniuose eukariotuose

Eukariotų grupė, turinti didžiausią įvairovę alaS medis randamas eubakterijose ir eukariotų grupėje, įskaitant diplomonadus, parabazalidą, Entamoeba, o blakstienų sekos randamos kaip seserinė grupė N. equitans seka su dideliu įkrovos palaikymu (≥ 98 % visiems metodams [ 1 pavB]). Atsižvelgiant į dabartines eukariotų filogenijos ataskaitas (Baldauf ir kt., 2000, Bapteste ir kt., 2002, Cavalier-Smith, 2002, Simpson ir Roger, 2002, Baldauf, 2003), šią topologiją lengviausia paaiškinti genų perkėlimu į bendrą diplomabasalidų protėvį, o vėliau – parabasalidų protėvį. du genų perkėlimai iš eukariotų į eukariotus, kurie pakeitė senąją eukariotinę versiją blakstienoje ir Entamoeba giminės. Konkrečiai, gerai palaikomas ryšys ML ir santūrumo analizės tarp Trichomonas seka ir Entamoeba ir blakstienų sekos, neįskaitant diplomonadų alaS medis rodo, kad parabazalidas buvo donoro eukariotų linija pirmajam iš dviejų genų perkėlimo iš eukarioto į eukariotą. Įdomu tai, kad LogDet analizė nustato Entamoeba ir blakstienų sekos kaip diplomonadų sesuo, turinčios aukštą įkrovos palaikymą (92%). Kadangi visos šios klasterio sekos išlaikė aminorūgščių sudėties nevienalytiškumo testą, ML ir LogDet analizių neatitikimas tikriausiai paaiškinamas tuo, kad pastarojoje nėra modelio, apimančio greičio heterogeniškumą. Trichomonas seka žymi ilgiausią klasterio šaką ir, iš tikrųjų, LogDet analizėje traukiama į klasterio šaknį. Nors aprašyti tik keli šoniniai genų pernešimai tarp eukariotų (Andersson ir kt., 2003, Archibald ir kt., 2003, Bergthorsson ir kt., 2003), numanomi pernešimai domene neturėtų stebinti, nes abu Entamoeba ir blakstienos yra fagotrofinės linijos, kurios gali nuryti ir mikrobinius eukariotus, ir prokariotus. Alternatyvi hipotezė – kad abu alaS versijos buvo paskutiniame bendrame eukariotų protėvyje ir vėliau skirtingai prarastos – yra daug mažiau tikėtina dėl kelių priežasčių. Blakstienos, Entamoeba, o parabazalidai / diplomonadai yra konkrečiai susiję su apicomplexa, pelobionts ir heterolobosea, atitinkamai (Baldauf ir kt., 2000 Bapteste ir kt., 2002 Cavalier-Smith, 2002 Simpson ir Roger, 2002 Baldauf), kurios visos turi „3“ versiją 20 1 pavB). Plasmodium falciparum (apicomplexa) ir M. balamuthi (pelobionto) sekos buvo pašalintos iš filogenetinių analizių dėl stipraus aminorūgščių heterogeniškumo ir trumpo ilgio (duomenys nerodomi). Taigi, reikia numatyti daug lygiagrečių nepriklausomų nuostolių, jei „archealinė“ versija buvo visų eukariotų protėviai. Be to, visi išlikę eukariotai turi „bakterinę“ arba „archealinę“ versiją. alaSNebuvo nustatyta, kad nė vienas koduotų abu, o tai prieštarauja abiejų versijų išsaugojimui viename genome per ilgą evoliucijos laikotarpį, kaip reikalaujama pagal „senovės paralogijos ir diferencinio praradimo“ scenarijų.

Dviejų nesuskaidytų Nanoarchaeota genų perkėlimas vienu įvykiu?

Genų perdavimo reketo mechanizmas galėtų paaiškinti dviejų archeologinių genų buvimą eukariotų genomuose (Doolittle 1998), o maiste, kurį suvalgė bendras diplomonadų ir parabazalidų protėvis, galėjo būti daug nanoarchaeotos narių arba artimų prieglobsčio giminaičių. arba tarp tokio organizmo ir eukarioto galėjo egzistuoti simbiotinis ryšys. Pastebėtina, kad vienintelė aprašyta Nanoarchaeota rūšis gyvena kaip simbiontas su krenarcheonu (Huber ir kt., 2002 Waters ir kt., 2003). Tačiau genų organizavimas Nanoarchaeum užuomina, kad dviejų tRNR sintetazės genų perkėlimas galėjo įvykti vienu, o ne keliais įvykiais. The N. equitansalaS genas yra vienas iš kelių tame genome, kuris, kaip parodyta, yra „suskaldytas“ į dvi negretines dalis (Waters ir kt., 2003). Įdomu tai, kad genas, atitinkantis C-galą alaS rodo glaudų genetinį ryšį su ProS genas juos skiria tik vienas genas, koduojantis hipotetinį baltymą Nanoarchaeum genome. Jei protėvių nesuskaldytas alaS nanoarchealinės linijos genas buvo dabartinėje C-galinio geno padėtyje, vieno DNR fragmento perkėlimas pakaktų abiem alaS ir ProS viename įvykyje bendram diplomonadų ir parabazalidų protėviui. Faktas, kad Nanoarchaeum yra vienintelis archeologinis genomas (tarp 18 viso genomo sekų, prieinamų šiame domene), kuris rodo tokį glaudų šių dviejų genų ryšį, netiesiogiai patvirtina šį scenarijų.

Bendras diplomonadų ir parabazalidų protėvis, išskyrus šaknį

Šios išvados turi keletą papildomų svarbių pasekmių. Buvo pasiūlyta, kad diplomonadai (Chihade ir kt., 2000), ir parabazalidai (Keeling ir Palmer 2000) atspindėtų giliausią eukariotų šaką, o rDNR filogenijos ilgą laiką vaizdavo jas kaip dvi anksčiausiai besiformuojančias grupes (Sogin 1991). Mūsų duomenys rodo, kad nė vienas iš šių pasiūlymų nėra teisingas – dviejų archeologinių protėvių aminoacil-tRNR sintetazės genų buvimas yra bendros išvestinės savybės, išskiriančios juos nuo kitų į tyrimą įtrauktų eukariotų, o tai rodo, kad jie turi bendrą protėvį. Taigi eukariotų šaknis negali gulėti nei ant šakos, vedančios į diplomonadus, nei ant šakos, vedančios į parabazalidus. Nors tai buvo pasiūlyta anksčiau (Embley ir Hirt 1998 Cavalier-Smith 2002 Simpson ir Roger 2002 Baldauf 2003 Cavalier-Smith 2003 Simpson 2003), filogenetinės analizės parama buvo gana silpna (Henze ir kt., Simpson ir kt., 20201). -Smith 2003 Simpsonas 2003). Mūsų duomenys neturi tiesioginės įtakos diplomonadų / parabazalidų grupės filogenetinei padėčiai eukariotuose. Nepaisant to, patvirtinus konkretų ryšį tarp diplomonadų ir parabazalidų, bus galima geriau suprasti dviejų svarbių žmogaus patogenų evoliuciją. G. lamblia ir T. vaginalis, kurių abiejų genomai netrukus bus visiškai suskirstyti. Pavyzdžiui, šis seserų grupės ryšys rodo, kad hidrogenosomos, mitochondrijų kilmės, vandenilį išskiriančios energiją generuojančios organelės T. vaginalis ir neseniai atrastos mitochondrijų liekanos organelės (mitosomos). G. lamblia (Tovar ir kt., 2003) gali turėti bendrų anaerobinių protėvių. Iš tiesų, nes dauguma išlikusių archeologinių linijų, įskaitant N. equitans, egzistuoja deguonies stokojančiose aplinkose, pavyzdžiui, tose, kuriose gyvena laisvai gyvenantys diplomonadai ir parabazalidai, perkėlimas tikriausiai įvyko šių dviejų protistų linijų anaerobiniame protėvyje, kuris jau galėjo prarasti kanonines aerobines mitochondrijų funkcijas.

Senovės genų perkėlimai suteikia įžvalgų apie nanoarchaeotą

Dviejų perkeltų genų filogenijos taip pat rodo, kad linija, vedanti į Nanoarchaeota, skyrėsi nuo Crenarchaeota ir Euryarchaeota prieš diplomonadų ir parabazalidų skirtumą. Be to, ištisinio nanoarcheono perkėlimas alaS genas į eukariotą rodo, kad suskaidytų negretimų genų, iš kurių vienas yra alaS– apie genomą N. equitans greičiausiai yra išvestinė savybė, o ne genų protėvių būklės atspindys ankstyvoje mikrobų evoliucijoje. Taigi, padalijimas N. equitans genai tikriausiai nėra rodikliai, rodantys, kad linija yra „gyva mikrobų fosilija“ (Thomson ir kt., 2004). Deja, lieka neaišku, ar skiriasi N. equitans sekos yra simbiotinio giminės gyvenimo būdo pasekmė (Boucher ir Doolittle, 2002) arba rodo tikrai seną Archėjos kilmę. Norint patvirtinti Nanoarchaeota filogenetinę padėtį Archėjoje, reikia atlikti papildomus filogenominius tyrimus. Bet kokiu atveju, mūsų rezultatai rodo, kad buvo mezofilinių archejų, artimesnių Nanoarchaeota nei Crenarchaeota ar Euryarchaeota giminaičiams, nes bendras diplomonadų ir parabazalidų protėvis greičiausiai buvo mezofilas (Cavalier-Smith 2002), o organizmai buvo fiziškai artimi. greičiausiai svarbus veiksnys, labai padidinantis sėkmingų genų perdavimo įvykių tikimybę. Tačiau negalima atmesti galimybės perkelti iš hipertermofilo į mezofilą, gyvenantį arti hipertermofilinės aplinkos, todėl reikia atlikti tolesnius tyrimus, siekiant išsiaiškinti, ar vis dar egzistuoja mezofiliniai organizmai, susiję su Nanoarchaeota, ir ar jie gyvena kaip simbiontai su eukariotais. Tikimės, kad kiti tarpdomeninio šoninio genų perdavimo pavyzdžiai, aptikti iš genominių sekų, ir toliau išspręs prokariotų ir eukariotų filogeniją ir leis mums nustatyti santykinį pagrindinių evoliucinių įvykių laiką skirtinguose gyvybės medžio regionuose.


Tyrimai rodo, kad avokadas per dieną daro jūsų žarnyno mikrobus laimingus

Naujas Ilinojaus universiteto tyrimas rodo, kad avokado valgymas kaip kasdienio raciono dalis gali padėti pagerinti žarnyno sveikatą. Avokadai yra sveikas maistas, kuriame gausu maistinių skaidulų ir mononesočiųjų riebalų. Tačiau nebuvo aišku, kaip avokadai veikia virškinimo trakto ar „žarnyno“ mikrobus.

„Mes žinome, kad avokadų valgymas padeda jaustis sotiems ir mažina cholesterolio koncentraciją kraujyje, bet nežinojome, kaip tai veikia žarnyno mikrobus ir jų gaminamus metabolitus“, – sako Sharon Thompson, JAV Mitybos mokslų skyriaus magistrė. Aš ir pagrindinis autorius dokumente, paskelbtame Mitybos žurnalas.

Tyrėjai išsiaiškino, kad žmonės, kurie kasdien valgydavo avokadą, turėjo daugiau žarnyno mikrobų, kurie skaido skaidulas ir gamina metabolitus, kurie palaiko žarnyno sveikatą. Jie taip pat turėjo didesnę mikrobų įvairovę, palyginti su žmonėmis, kurie tyrimo metu negavo avokadų patiekalų.

"Mikrobų metabolitai yra junginiai, kuriuos gamina mikrobai, kurie daro įtaką sveikatai", - sako Thompsonas. "Avokadų vartojimas sumažino tulžies rūgščių kiekį ir padidino trumpos grandinės riebalų rūgštis. Šie pokyčiai koreliuoja su naudingais sveikatos rezultatais."

Tyrime dalyvavo 163 suaugusieji nuo 25 iki 45 metų, turintys antsvorio arba nutukę (kurių KMI yra ne mažesnis kaip 25 kg/m2), bet šiaip sveiki. Jie gaudavo vieną valgį per dieną, kad pakeistų pusryčius, pietus ar vakarienę. Viena grupė valgė po avokadą kiekvieno valgio metu, o kontrolinė grupė valgė panašų maistą, bet be avokado. Visą 12 savaičių trukmės tyrimą dalyviai pateikė kraujo, šlapimo ir išmatų mėginius. Jie taip pat pranešė, kiek suvartodavo tiekiamų patiekalų, ir kas keturias savaites registravo viską, ką valgė.

Nors kiti avokadų vartojimo tyrimai buvo skirti svorio metimui, šio tyrimo dalyviams nebuvo patarta apriboti ar keisti to, ką jie valgė. Vietoj to jie vartojo savo įprastą mitybą, išskyrus tai, kad vieną valgį per dieną pakeitė tyrėjų pateiktais valgiais.

Šio tyrimo tikslas buvo ištirti avokadų vartojimo poveikį virškinimo trakto mikrobiotai, sako Hannah Holscher, U of I Maisto mokslo ir žmogaus mitybos katedros mitybos docentė ir vyresnioji tyrimo autorė.

"Mūsų tikslas buvo patikrinti hipotezę, kad avokaduose esantys riebalai ir skaidulos teigiamai veikia žarnyno mikrobiotą. Taip pat norėjome ištirti ryšį tarp žarnyno mikrobų ir sveikatos rezultatų", - sako Holscheris.

Tačiau avokaduose yra daug riebalų, tačiau mokslininkai nustatė, kad nors avokadų grupė suvartojo šiek tiek daugiau kalorijų nei kontrolinė grupė, šiek tiek daugiau riebalų pasišalino su išmatomis.

"Didesnis riebalų išskyrimas reiškia, kad tyrimo dalyviai iš valgyto maisto pasisavino mažiau energijos. Greičiausiai taip nutiko dėl to, kad sumažėjo tulžies rūgščių – mūsų virškinimo sistemos išskiriamų molekulių, kurios leidžia pasisavinti riebalus. tulžies rūgščių kiekis išmatose buvo mažesnis, o riebalų kiekis išmatose buvo didesnis avokadų grupėje“, - aiškina Holscheris.

Įvairių rūšių riebalai turi skirtingą poveikį mikrobiomui. Riebalai avokaduose yra mononesočiųjų, kurie yra širdžiai naudingi riebalai.

Taip pat labai svarbus tirpių skaidulų kiekis, pažymi Holscheris. Vidutiniame avokade yra apie 12 gramų skaidulų, o tai labai padeda pasiekti rekomenduojamą 28–34 gramų skaidulų kiekį per dieną.

"Mažiau nei 5% amerikiečių valgo pakankamai skaidulų. Dauguma žmonių suvartoja apie 12–16 gramų skaidulų per dieną. Taigi, įtraukę avokadus į savo racioną galite priartėti prie rekomenduojamo skaidulų kiekio", - pažymi ji.

Valgyti skaidulą naudinga ne tik mums, bet ir mikrobiomui, teigia Holscheris. "Mes negalime suskaidyti maistinių skaidulų, bet kai kurie žarnyno mikrobai gali. Kai vartojame maistines skaidulas, tai naudinga tiek žarnyno mikrobams, tiek mums."

Holscherio tyrimų laboratorija specializuojasi mikrobiomo mitybos moduliavime ir jo sąsajose su sveikata. „Kaip mes galvojame apie širdžiai sveikus patiekalus, taip pat turime galvoti apie sveiką maistą ir kaip maitinti mikrobiotą“, – aiškina ji.

Avokadas yra daug energijos turintis maistas, tačiau jame taip pat yra daug maistinių medžiagų ir jame yra svarbių mikroelementų, kurių amerikiečiai nevalgo pakankamai, pavyzdžiui, kalio ir skaidulų.

"Tai tik tikrai gražiai supakuotas vaisius, kuriame yra sveikatai svarbių maistinių medžiagų. Mūsų darbas rodo, kad į šį sąrašą galime įtraukti naudos žarnyno sveikatai", - sako Holscheris.

Straipsnyje „Avokadų vartojimas keičia virškinimo trakto bakterijų gausą ir mikrobų metabolitų koncentraciją suaugusiems, turintiems antsvorio ar nutukimo: atsitiktinių imčių kontroliuojamas tyrimas“ paskelbtas. Mitybos žurnalas.

Autoriai yra Sharon Thompson, Melisa Bailey, Andrew Taylor, Jennifer Kaczmarek, Annemarie Mysonhimer, Caitlyn Edwards, Ginger Reeser, Nicholas Burd, Naiman Khan ir Hannah Holscher.

Tyrimui finansavimą skyrė Hass Avocado Board ir USDA Nacionalinis maisto ir žemės ūkio institutas, Hatch projektas 1009249. Sharon Thompson rėmė USDA Nacionalinis maisto ir žemės ūkio institutas AFRI Predoctoral Fellowship, projektas 2018-07785 ir Ilinojaus valstija. ACES Jonathano Baldwino Turnerio kolegija. Jennifer Kaczmarek rėmė Mitybos mokslų kompetencijos stipendijos skyrius. Andrew Taylorą palaikė Maisto mokslo ir žmogaus mitybos stipendija. Mitybos mokslų skyrius teikė pradinį finansavimą per kompetencijos ribos fondą.

Ilinojaus universiteto Žemės ūkio, vartotojų ir aplinkos mokslų kolegijoje yra Mitybos mokslų skyrius ir Maisto mokslo ir žmogaus mitybos katedra.


Citrinų šeimos medis

Visi apelsinai, citrinos, laimai ir greipfrutai, kuriuos kada nors valgėte, yra tik kelių senovinių rūšių palikuonys.

Citrusiniai vaisiai daugeliu atžvilgių yra atskiri. Tiek daug auginamų rūšių kilo iš tiek nedaugelio pirminių protėvių. Tiesą sakant, tik trys: citrinos, pomelai ir mandarinai, kurių tėvynė yra Pietų ir Rytų Azija, kol jie pradėjo savo keliones į vakarus, tokias vietas kaip Florida, Kalifornija ir Brazilija, kurios sukūrė ištisą ekonomiką aplink vaisius iš kito pasaulio krašto.

Tokia paprasta giminė yra įspūdingo bendrumo rezultatas. Beveik visi citrusiniai vaisiai turi retą genetinį derinį – yra seksualiai suderinami ir labai linkę į mutacijas. Tokie bruožai leidžia jų genams maišytis tūkstančius metų atskirai ir galiausiai žmonių rankomis. Tiek daug natūralaus kryžminimo laukinėje gamtoje ir selektyvaus veisimo tyrimų ūkiuose ir laukuose produktas yra kiekvienas apelsinas, citrina, laimas ir greipfrutas, kurį kada nors valgėte.

Jokia kita vaisių gentis negali pasigirti tokia kilme, o nauji tyrimai įneša aiškumo dėl citrusinių vaisių kilmės. Greipfrutai yra žmogaus atradimas, jiems mažiau nei 300 metų. Tačiau patys citrusiniai vaisiai yra senoviniai. 2009 ir 2011 m. Kinijos Junanio provincijoje aptikti suakmenėję lapai rodo, kad citrusiniai vaisiai egzistavo nuo vėlyvojo mioceno epochos, net prieš septynis milijonus metų. Tačiau žmonės atnešė didžiulį pranašumą: iš tūkstančių laukinių rūšių tik kelios dešimtys tapo komerciniais begemotais, tokiais kaip bambos apelsinas, Eureka citrina ir meksikietiškas laimas. Jie yra citrusiniai vienas procentas.

Mokslininkai, tyrinėjantys citrusinius vaisius, mėgsta jį dėl patrauklumo, paslaptingumo ir dramatiškumo. „Citrusiniuose vaisiuose yra kažkas žavaus, keisto, net seksualaus“, – sako pomologas Davidas Karpas, kurio tyrimai rodo aukščiau pateiktą iliustraciją. Bakterinė liga, vadinama huanglongbing (dar žinoma kaip citrusinių vaisių žalėjimas), dėl kurios augalai nuvysta, pūva ir galiausiai miršta, kelia grėsmę komercinei gamybai kiekviename ariamajame žemyne, įskaitant Šiaurės Ameriką, kur liga atkeliavo 2005 m.

Tačiau tokios garsios istorijos vaisių grupė nebus taip lengvai sunaikinta. Tikėtina, kad ateityje citrusinių vaisių bus daugiau, o ne mažiau. „Citrusiniai vaisiai yra konkurencingi“, – sako citrusinių vaisių selekcininkas ir genetikas Fredas Gmitteris, paaiškindamas, kaip pasauliniai mokslininkai lenktyniauja kurdami, tarkime, mandarinus, kurie būtų saldesni, be sėklų ir lengviau nulupti. „Netolimoje ateityje pamatysite daug naujų dalykų. Ir nuolat besiplečiantis šeimos medis.


Visų citrusinių vaisių motina: Apelsinai, greipfrutai, citrinos ir laimai – visi kilę iš vieno protėvio

Apelsinai, greipfrutai, citrinos ir žaliosios citrinos yra hibridai, sumaišyti ir suderinti iš 10 „laukinių“ citrusinių vaisių rūšių, kilusių iš vieno Azijos protėvio prieš maždaug aštuonis milijonus metų, teigia mokslininkai….

Pasaulinė mokslininkų komanda sekvenavo 60 citrusinių vaisių veislių genomus, kad sudarytų šeimos medį, vedantį iki vienos iš labiausiai pasaulyje mėgstamų vaisių grupių šaknų.

Jie atsekė visų citrusinių vaisių motiną Himalajų pietryčių papėdėje vėlyvojo mioceno laikotarpiu, naujienų agentūrai AFP sakė tyrimo bendraautorius Guohongas Wu iš JAV Energetikos departamento Jungtinio genomo instituto.

Tas egzempliorius, pasak jo, greičiausiai buvo panašus į dabartinį, nevalgomą „papeda“ – kartaus, rūgštus vaisius.

Iš šio šaltinio atsirado 10 laukinių arba „natūralių“ rūšių, įskaitant pummelo, laukinius mandarinus ir kumkato rūšį.

Kai kurie iš dešimties yra išnykę.

“Visos kitos citrusinių vaisių rūšys, įskaitant ekonomiškai svarbias veisles (apelsinus, greipfrutus, citrinas, laimus), yra hibridai, kilę iš dviejų ar daugiau iš… 10 grynų rūšių“, – elektroniniu paštu sakė Wu.


Denisovans: Kitas žmogaus giminaitis

Mokslininkai taip pat rado DNR iš kitos išnykusios homininų populiacijos: Denisovanų. Vieninteliai iki šiol aptiktos rūšies liekanos yra vienas piršto kaulo fragmentas ir du dantys, kurie visi datuojami maždaug prieš 40 000 metų (Reich 2010). Ši rūšis yra pirmasis iškastinis homininas, nustatytas kaip nauja rūšis, remiantis vien jo DNR. Denisovanai yra tiek šiuolaikinių žmonių, tiek neandertaliečių giminaičiai ir greičiausiai nuo šių giminių skyrėsi maždaug prieš 300 000–400 000 metų. Jums gali kilti klausimas: jei turime Denisovanų DNR, kodėl negalime jų palyginti su šiuolaikiniais žmonėmis, kaip neandertaliečių? Kodėl šis straipsnis taip pat ne apie juos? Atsakymas yra tiesiog toks, kad neturime pakankamai DNR, kad galėtume palyginti. Iki šiol rastas trijų Denisovanų pavyzdžių rinkinys yra statistiškai per mažas duomenų rinkinys, kad būtų galima atlikti prasmingus palyginimus. Kol nerasime daugiau Denisovo medžiagos, negalėsime suprasti viso jų genomo taip, kaip galėtume tyrinėti neandertaliečių.

Neandertaliečiai ir šiuolaikiniai žmonės dalijosi buveinėmis Europoje ir Azijoje

Galime ištirti neandertaliečių ir šiuolaikinių žmonių DNR, kad sužinotume, ar jie kryžminasi su šiuolaikiniais žmonėmis

Galime ištirti neandertaliečių DNR, nes turime pakankamai didelį neandertaliečių imties dydį (atskirų neandertaliečių skaičių), kad galėtume palyginti su žmonėmis.


Augalų ir dumblių panašumai

Pradedame nuo panašių taškų tarp šių dviejų gyvų būtybių tipų. Tai yra Pagrindiniai augalų ir dumblių panašumai :

  • Jie turi chloroplastai su dviem membranomis. Dviejų membranų egzistavimas rodo, kad šioje grupėje organelės, įgalinančios fotosintezę, išsivystė iš endosimbiotinio įvykio tarp primityvaus eukariotų protėvio ir fotosintetinių cianobakterijų. Augalų ląstelių chloroplastai turi chlorofilo.
  • Chlorofitai, rodofitai, glaukofitai ir embriofitai kaupia krakmolą kaip atsarginį angliavandenį.
  • Ląstelių mitochondrijose dažniausiai yra suplotos keteros. Mitochondrijos yra organelės, kuriose ląstelinis kvėpavimas yra procesas, kurio metu ląstelė mainais į energiją suvartoja deguonį ir organines medžiagas.
  • Ląstelių sienelės sudarytos iš celiuliozės polisacharidų.
  • Jie atlieka fotosintezė . Saulės energijos dėka jie fiksuoja CO2 ir gamina deguonį bei organines medžiagas, kurių prireiks ląstelių kvėpavimui ir energijos gavimui.
  • Jie yra autotrofinis ty jie savo organines medžiagas gamina iš neorganinių. Sąvoka, susijusi su fotosinteze.
  • Gali gyventi ir dumbliai, ir augalai vandens aplinka ir sausumos aplinka .

Autoriaus atsakymas

Santrauka:

Recenzentai nustatė, kad dokumente pateikiama reikšmingų įžvalgų apie šią receptorių šeimą: pirma, jūsų GRL atradimas keliuose vienaląsčiuose organizmuose patvirtina teiginį, kad turite reikalų su didele augalų homologų šeima, nors sekos išsaugojimo analizė tebėra spekuliatyvi. Tačiau didžiausią pažangą lemia tretinės šių baltymų struktūros, kurios pasinaudoja trRosetta galia, kad pateiktų įrodymų, kad GRL baltymai yra tolimi tos pačios superšeimos nariai. This represents a significant advance in our understanding of the origins of this superfamily of proteins.

However, the reviewers had also two major concerns: One is the serious lack of technical details and you must provide more information about how many genomes were used in your initial search and discuss whether it was exhaustive or so stringent that more members of the family likely exist: Providing more technical details will help make the work more accessible.

We acknowledge this concern and have now provided additional technical details on the initial searches and other analyses in the Materials and methods. We further note that all code and sequence files are provided as Supplementary files, and outputs of the ab initio protein modelling are available on the Dryad repository (doi:10.5061/dryad.s7h44j15f).

We hope these efforts will clarify the search strategies taken and aid in the reproduction and extension of this work by others. Although our searches have been very broad phylogenetically, the extreme divergence in the primary sequences of these proteins and the relatively stringent criteria for retaining hits – to avoid excessive numbers of spurious matches with other polytopic membrane proteins – make it highly likely that additional members of the family exist (as we now stress in the Discussion and Materials and methods sections). In this work, we have preferred to be relatively conservative by including proteins for which several lines of evidence support their homology to insect chemosensory receptors (i.e., from amino acid sequence similarity and predicted secondary and tertiary structural analyses). Although finer scale details of the evolution of this superfamily will likely emerge in the future, we believe the current data support the central conclusion of our work (i.e., the origin of the insect chemosensory receptor superfamily in the last common eukaryotic ancestor).

The second point is that functional data would be very useful, e.g. showing biochemically that distant members behave similarly to the fly proteins, or that they serve (or not!) as ligand-gated channels. If you have already acquired this type of data, they would strengthen your paper. However, a discussion of possible molecular functions would be sufficient in the absence of such data.

We also would very much like to have functional data on these phylogenetically distant homologs, but do not have anything to add to the current manuscript. Functional characterization is far from trivial: if they are ion channels, it is unknown what ligands might gate them if they are not channels, it is not obvious how to determine what biochemical function(s) they do possess. Our planned initial approach would be reverse genetic while this is certainly conceivable for the plant proteins (using Arabidopsis thaliana as a model), for the fungal and protist species possessing GRL homologs, none are yet genetically accessible. Transgenesis was very recently reported in Spizellomyces punctatus (Medina et al., eGyvenimas 2020), raising hope that genome-editing approaches will soon be available in this species.

We have expanded the Discussion to discuss possible molecular functions of family members. While we feel that consideration of roles of unicellular eukaryotic GRLs would be pure speculation at this stage (little is known about the biology of these species), we do incorporate some further information on the plant homologs.

Reviewer #1:

Vertebrate and nematode odorant receptors (ORs) function as GPCRs, while insect ORs were derived from gustatory receptors (GRs) and function as ligand gated ion channels. However, the evolutionary origin of insect GRs is not clear. The manuscript of Benton, Dessimoz and Moi titled "A putative origin of insect chemosensory receptors in the last common eukaryotic ancestor" answered this key question. Following the previous studies that identified GR-like proteins (GRLs) in animals, and GR homologs, known as the DUF3537 domain-containing proteins in plants, they further identified and performed phylogenetic analysis on GRL proteins in unicellular eukaryotic organisms, including fungi, protists, and algae, the common ancestor of plants and animals.

Overall, the topic of this manuscript is very interesting and well written. The data are solid. Several key points have been addressed, including role of TM7, consistent predicted orientation of TM domains, presence of intracellular loops (like ORCO), conserved vs diverse regions on GRL proteins, and same origin for plant and animal GRLs. Therefore, I strongly recommend for publication, after the authors properly address the following concerns:

1) The major weakness is that there is no functional analysis. If any of GRL proteins is predicted to be a canonical chemical sensor, would it be possible to utilize Ksenopus or another system to test the hypothesis?

As described above in response to the general comments, we also would very much like to have functional data on these phylogenetically distant homologs, but do not have anything to add to the current manuscript. Experimental characterization is far from trivial: if they are ion channels, it is unknown what ligands might gate them (necessitating large-scale chemical screening). If they are not channels, it is unclear how best to determine what biochemical function(s) they do possess. Our planned initial approach would be reverse genetic while this is certainly conceivable for the plant proteins (using Arabidopsis thaliana as a model), for the fungal and protist species possessing GRL homologs, none are yet genetically accessible. Transgenesis was very recently reported in Spizellomyces punctatus (Medina et al., eGyvenimas 2020), raising hope that genome-editing approaches will soon be available in this species.

2) If functional study is currently a big challenge, could the authors perhaps add some validation on GRL protein localization in a unicellular eukaryote? I wonder if antibody could be made and used to test membrane localization of GRL, or a tagged protein could be ectopically expressed in a cell line (or yeast).

While it certainly would be possible to tag these proteins with GFP and express them in a heterologous cell type, we do not think such results alone would be particularly informative. It is almost certain – based upon the secondary structure predictions – that these are integral membrane proteins, but they could potentially localize anywhere within the endomembrane system. Without validation in the endogenous cell types, it would be hard to interpret whether localization patterns are real or artefactual (due to, for example, protein over-expression, an impact of the protein tag or an influence of the heterologous cellular environment). Antibodies might be an alternative tool to assess endogenous protein localization, although there has only been very limited success for generation of effective antibodies against insect receptors moreover, this approach would require development of immunofluorescence protocols for the fungal or protist species of interest and ideally a means of validating antibody specificity (e.g., by parallel staining of genetic knock-outs of the corresponding GRL).

An early study of one of the plant proteins, A. thaliana AT4G22270, revealed that an overexpressed GFP-tagged version displayed membrane localization (Guan et al., 2009). Curiously, this study (mis)predicted the family as having four transmembrane domains and did not recognize the similarity with insect chemosensory receptors. This work also found that overexpression of AT4G22270 led to increases in the size of various plant organs, although the relevance of this phenotype (if any) remains to be confirmed by loss-of-function analysis. Nevertheless, the cellular localization may be real and we cite this work in the revised Discussion.

3) "heteromeric (probably tetrameric) complexes composed of a tuning OR, which recognises odour ligands, and a universal co-receptor, ORCO" This describes a dimeric complex with one OR and one ORCO. It seems not consistent with "probably tetrameric"

We have clarified this sentence to indicate that the tetrameric complex probably comprises two tuning OR subunits and two ORCO subunits.

4) Introduction paragraph three provides examples of non-chemosensation functions of GRL proteins. I suggest to expand and add a table or a supplemental table, which should include currently known expression patterns and functions of GR and GRL proteins in animals and plants.

To our knowledge, the work cited in this paragraph, and the revised Discussion (which incorporates further information on the plant proteins – see the comment above) encompasses all known “non-chemosensory” roles of this family. For completeness, we have now added a sentence to this paragraph on the thermosensory and light-sensing functions of D. melanogaster GR28b isoforms. At this stage, we feel that information on non-chemosensory function of members of this repertoire is simply too sparse – and the evidence for certain functions too limited – to warrant a table, which would ultimately be redundant with the information in the text.

Reviewer #2:

In this work, Benton and colleagues consider the evolutionary origin of the immense insect chemoreceptor family, which includes odorant receptors (ORs) and gustatory receptors (GRs). Past sequence mining from the Benton lab and others has suggested that distant members of the GRL family were found in diverse Protostomia and also homologous to a family of uncharacterized plant proteins containing the Domain of Unknown Function 3537. However, despite multiple GRL lineages being present in early branching deuterostomes, GRLs have been completely lost from the chordate lineage suggesting recurrent independent losses, obscuring their exact evolutionary trajectory. Here Benton and colleagues extend their genome mining analyses to identify 17 sequences from fungi, protista and unicellular plants that share the same overall topology and some of the poorly conserved sequence features of this family. Finally, they use the extraordinary power of trRosetta to predict candidate GRL structures from the diverse lineages de novo and demonstrate that they share the same distinct architecture as an experimental structure of an OR. By far the most impressive part of the manuscript is the structure prediction since it would argue that these distantly related members, even bearing little sequence conservation, fold into the same distinct helical arrangement. If correct, this would argue that the GRL family is incredibly ancient, originating in the last eukaryotic ancestor, 1.5-2 Billion years ago, which has important implications for thinking about how this immense family arose.

Overall, I have a few concerns that should be addressed:

1) The Materials and methods are quite sparse and require a lot of effort by the reader to appreciate how well controlled and vetted their results are. Only 17 members of the family were found across the genomes of fungi, protista and unicellular plants, derived from an even smaller subset of species, which the authors acknowledge is extremely sparse and implies either that they propagated by lateral gene transfer or were independently lost many times, making their evolutionary origin still a bit uncertain. The authors should provide more information about how many genomes were used in their initial search and discuss whether it was exhaustive or so stringent that more members of the family likely exist.

As described above in response to the general comments, we acknowledge this concern and have now provided additional technical details on the initial searches and other analyses in the Materials and methods. We further note that all code and sequence files are provided as Supplementary files, and outputs of the ab initio protein modelling are available on the Dryad repository (doi:10.5061/dryad.s7h44j15f).

We hope these efforts will clarify the search strategies taken and aid in the reproduction and extension of this work by others. Although our searches have been very broad phylogenetically, the extreme divergence in the primary sequence of these proteins and the relatively stringent criteria for retaining hits – to avoid excessive numbers of spurious hits with other polytopic membrane proteins – make it highly likely that additional members of the family exist (as we now stress in the Discussion and Materials and methods sections). In this work, we have preferred to be relatively conservative by including proteins for which several lines of evidence support their homology to insect chemosensory receptors (i.e., from amino acid sequence similarity and predicted secondary and tertiary structural analyses). Although finer scale details of the evolution of this superfamily will likely emerge in the future, we believe the current data support the central conclusion of our work (i.e., the origin of the insect chemosensory receptor superfamily in the last common eukaryotic ancestor).

2) One complication of the limited number of sequences from unicellular eukaryotes is that the structure prediction relies on multiple sequence alignments largely built from GRs. This was not obvious from the Materials and methods. I only know this because I took one of their putative GRL sequences and submitted it to the trRosetta website and three hours later got the same structure prediction as in Figure 3 and the MSA the trRosetta algorithm used for prediction. While the algorithm for trRosetta has been previously published, for a general audience the paper would benefit from more detail about how it was used-both what was required as input (apparently just a single sequence plugged into the trRosetta website) and how to evaluate the output, beyond physical inspection. For example, in Figure 3C the assignment of proteins to their groups seems like an arbitrary delimitation without further explanation, since the score/distances between proteins are marginally different. Only in the figure legend it states: TM-scores of 0.0-0.30 indicate random structural similarity TM-scores of 0.5-1.00 indicate that the two proteins adopt generally the same fold. The authors thus suggest a TM score of 0.27 as meaning Orco and HsapAdipoR1 are unrelated but a score of 0.53 as being indicative that VbraGRL2 and AthaAT3G20300 are part of the same structural family, but provide insufficient information to the reader to understand whether this is a stringent cutoff or not.

The reviewer raises a number of important points, which we address individually below:

- structure predictions from multiple sequence alignments (MSAs) largely built from GRs: this reviewer reiterates this issue in the comment below, where we provide a full response.

- use of trRosetta algorithm: we provide additional use and evaluation of this server in the Materials and methods. In brief, the user interface is indeed extremely simple, requiring just entry of an individual sequence, as MSAs are built automatically.

- evaluation of trRosetta output: we describe the pertinent information in Supplementary file 7 and the associated legend. The key parameter to judge the quality of the top model from trRosetta is the “estimated TM-score”. As described in the cited trRosetta paper (Yang et al., 2020), this is calculated based upon a combination of the probability of the predicted top distances and the average pairwise TM-score between the top ten models under no restraints. In test proteins of known structure, the estimated TM-score had a high correlation with the true TM-score (which is calculated based upon comparison of the model and the experimentally-determined protein structure). For proteins for which no experimental information is available (such as GRLs or DUF3537 proteins), the estimated TM-score provides a measure of predicted resemblance of the model to the real structure. While there is no firm cut-off, scores <0.17 are likely to reflect spurious protein structural models (Yang et al., 2020). In our work, as shown in Supplementary file 7, sequences that yielded MSAs with very few proteins gave commensurately extremely low estimated TM-scores (typically around 0.1) these models were not examined further. All trRosetta output files are provided in the Dryad repository (doi:10.5061/dryad.s7h44j15f).

- evaluation of trRosetta models by structure comparisons with Dali and TM-align: for all trRosetta models that had an estimated TM-score >0.17, we assessed whether these had similarity to proteins of known structure in the Protein Data Bank using the Dali server. In all but two cases (TtraGRL4 and TtraGRL5), the ORCO cryo-EM structure was identified as the top hit, usually with a Dali Z-score (a measure of structural similarity) that is substantially higher that the next most similar protein fold. The results of these Dali searches are provided inside the corresponding subfolder of the trRosetta output in the Dryad repository. The consistent retrieval of ORCO by other models of animal GRs/GRLs, protist GRLs and plant DUF3537 proteins is striking and argues these proteins all adopt a similar fold. Regarding the two exceptions: the best TtraGRL4 and TtraGRL5 models identified Diablo (a HECT-type E3 ligase) and Plectin (a cytoskeletal protein) as top hits, respectively. Although these GRL models have estimated TM scores >0.17 and the Dali Z-scores are indicative of “significant similarity” (>2 (Holm et al., 2010)), these are clearly spurious matches. We note that in both cases the number of sequences used in the MSA is very low (<230) compared to models of TtraGRL1-3 (>1200).

We further assessed structural similarity by pairwise comparisons of selected proteins (with the highest estimated TM-score) together with a negative control (AdipoR1, which has the same membrane topology as the OR/GR/GRL/DUF3537 superfamily). For Dali pairwise comparisons (top-right of Figure 3C), the Z-score is substantially higher for all comparisons within the OR/GR/GRL/DUF3537 set than with AdipoR1. Similarly, for TM-align pairwise comparisons, the OR/GR/GRL/DUF3537 comparisons all fall within the range of 0.5-1, which indicates – as described in Zhang and Skolnick NAR 2005 – that the proteins are expected to adopt the same fold (1 would be a perfect match). By contrast, comparisons with AdipoR1 fall within the range (0-0.3) indicative of spurious similarity. We tried to add these numerical ranges on the figure itself but found that it cluttered the panel and would prefer to have the full description of their meaning in the legend.

We emphasize that the cut-offs of trRosetta, Dali and TM-align are defined by the developers of these algorithms based upon analysis of many test cases of proteins of known structure. To our knowledge, these cut-offs are not stringent, and must be viewed in the context of the proteins being analyzed, as many factors could impact these scores (e.g., quality of model, quality of experimentally-determined structure, primary sequence similarity target and query, domain organization of protein (in our experience individual proteins with large inserts in the loops were often problematic)). In our work, the tertiary structural similarity provides additional support for the homology between various proteins that were initially identified based upon primary and secondary structural similarities.

To strengthen our claims, we now provide analyses of the same set of query sequences with an independent ab initio protein folding algorithm, RaptorX, which uses distance-based protein folding driven by deep learning (Kallberg et al., 2012). While this algorithm failed to build sufficiently large MSAs for slightly more queries than trRosetta, several sequences from both protists and plants successfully yielded models that, via Dali searches, retrieved the ORCO structure as the top hit. The results of this new analysis are summarized in Supplementary file 7, and the complete output files from RaptorX, together with the results of the subsequent Dali searches, are provided in the Dryad repository (doi:10.5061/dryad.s7h44j15f).

We hope to have explained the logic of software use, our steps for quality control at each stage and the availability of the source data to allow readers to view and reproduce our results. As we are users, not testers, of the software packages, we felt it out-of-place to have a detailed description of these published algorithms in our work, but we have added additional technical details in this revision to enable a reader to appreciate our procedures for assessing the structure prediction results.

3) One important caveat that the authors should discuss and address is that given that the de novo structure prediction relies heavily on GR sequence covariation, is there any possibility that tertiary structural similarity is imposed onto these more distant members of the GRL family? Ideally the de novo structure prediction would be truly independent and based on similar numbers of GRL sequences from single-celled eukaryotes but this does not seem possible.

This is a very good point: at present, there are indeed insufficient numbers of GRL sequences from unicellular eukaryotes alone to be able to analyze amino acid co-evolution and use this information for modelling. The current models therefore necessarily depend in part upon covariation within the larger animal GR/GRL family. At the level of the global fold, this is only problematic if the query sequence is not homologous to the sequences in the alignment. We believe that the primary and secondary sequence analyses and phylogenetic analysis (in Figure 1, Figure 1—figure supplement 1, Figure 2) do support such homology, notably for the protist GRLs for which we have obtained structural models.

Importantly, the models of the plant proteins used information extracted from alignments of only other DUF3537 family members, because these are more divergent from the animal sequences than those of unicellular eukaryotes. It is therefore striking that the plant structural models are also similar to ORCO, and infer that the entire family is likely to share the same global fold. We briefly mentioned these issues in our original manuscript but have now expanded our comments on these points in the text.

4) The central advance of this study over past work from the Benton lab (Benton, 2015 Hopf et al., 2015) is the dramatic improvement in structure prediction algorithms, which provide tantalizing information about structural similarity (barring the caveat in the point directly above.) I appreciate that the authors don't overstate their claims, suggesting that these GRL proteins may not serve the same function in different organisms but likely form ligand gated channels. To really move into novel territory, I wish the authors could probe the functional or biochemical properties of these ancient GRLs a bit further. For example, for these proteins to serve as ion channels likely requires a multimeric organization. Native gels could biochemically demonstrate this, providing powerful additional evidence that these are part of the same family. Alternatively, could sequence covariation provide evidence for this (e.g. Hopf, 2014). Either way, it would be valuable to discuss this additional feature that does not immediately fall out of the trRosetta predictions.

As described above in response to the general comments, we feel it is premature to begin to assess biochemical properties of these proteins without first some hint of their in vivo role, which in turn requires genetic analysis. It is currently hard also to extract further insights from patterns of amino acid covariation for the protist and fungal GRLs alone because there are too few sequences available.

We have made some preliminary analysis of the plant proteins, by overlaying the degree of amino acid conservation on the predicted structure but this was not particular informative: in contrast to the animal proteins, the plant family has quite high amino acid identity throughout its length and this analysis did not highlight particularly conserved regions (in 3D space) that might indicate functional domains. Moreover, in contrast to ORs, for which there is good (albeit mostly indirect) evidence of heteromeric complex assembly between tuning ORs and ORCOs, we currently do not know if and how DUF3537 proteins may form multimeric complexes. As it is not trivial to distinguish contacts that may be involved in monomer folding versus those involved in potential intersubunit contacts (as described in Hopf et al., eGyvenimas 2014), we feel it is premature to attempt to draw conclusions about complex formation from sequence analysis alone at this stage. If such intersubunit interactions exist, we suspect they are slightly different from those reported in ORCO. The cryo-EM ORCO structure revealed that the major interaction interface was within cytoplasmic domain (the “anchor” domain (Butterwick et al., 2018)) comprising cytosolic regions of TM4, TM5, TM6 and TM7a notably, all of the plant proteins have a cytoplasmic insertion of ∼50 amino acids in this region in IC3 (between TM6 + TM7a).

Reviewer #4:

Benton et al. is a well written study on the evolution of insect chemosensory receptors that uses bioinformatics-based approaches to identify putative GRL homologs in several species of unicellular eukaryotes. Both sequence and structure-based approaches are utilized to buttress the authors arguments that fungal and protista GRL homologs are an evolutionary link to DUF3537 proteins they have previously identified in plants and algae thereby extending this evolutionary relationship to "the last common eukaryotic ancestor"

While I am generally supportive of the authors rationale and recognize they have been careful to appropriately qualify their hypothesis throughout this work, I am somewhat disinclined to place a high degree of definitive value on the ab initio structural predictions which underscores much of this analysis. Even so, and despite the fact these evolutionary relationships between animal and plant GRLs are unlikely to ever be definitively tested, this hypothesis seems to me to be reasonable. That said, I remain underwhelmed by their significance.


Žiūrėti video įrašą: Augink namie- Avokadas, mandarinai,apelsinai,persimonas (Birželis 2022).