The type III polyketide synthase supergene family in plants: complex evolutionary history and functional divergence

生物 查尔酮合酶 功能分歧 植物进化 收敛演化 聚酮 系统发育学 蝶形花科 多细胞生物 进化生物学 生物合成 基因家族 基因 遗传学 基因组 生态学
作者
Dongmei Guo,Hanyan Wang,Shumin Zhang,Ting Lan
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:112 (2): 414-428 被引量:19
标识
DOI:10.1111/tpj.15953
摘要

Type III polyketide synthases (PKSs) are key enzymes involved in the biosynthesis of a variety of plant specialized metabolites, including flavonoids, stilbenes, and sporopollenin, to name a few. These enzymes likely played vital roles in plant adaptation during their transition from aquatic to terrestrial habitats and their colonization of specific ecological environments. Members of this supergene family have diverse functions, but how type III PKSs and their functions have evolved remains poorly understood. Here, we conducted comprehensive phylogenomics analysis of the type III PKS supergene family in 60 species representing the major plant lineages and elucidated the classification, origin, and evolutionary history of each class. Molecular evolutionary analysis of the typical chalcone synthase and stilbene synthase types revealed evidence for strong positive natural selection in both the Pinaceae and Fabaceae lineages. The positively selected sites of these proteins include residues at the catalytic tunnel entrance and homodimer interface, which might have driven the functional divergence between the two types. Our results also suggest that convergent evolution of enzymes involved in plant flavonoid biosynthesis is quite common. The results of this study provide new insights into the origin, evolution, and functional diversity of plant type III PKSs. In addition, they serve as a guide for the enzymatic engineering of plant polyketides.
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