Selective pressure against horizontally acquired prokaryotic genes as a driving force of plastid evolution

Authors
Llorente, Briardo; Silva Junqueira de Souza, Flavio; Soto, Gabriela Cynthia; Meyer, Cristian Germán; Alonso, Guillermo Daniel; Flawia, Mirtha Maria; Bravo Almonacid, Fernando Felix; Ayub, Nicolás Daniel; Rodríguez Concepción, Manuel
Publication Year
2016
Language
English
Format
article
Status
Published version
Description
The plastid organelle comprises a high proportion of nucleus-encoded proteins that were acquired from different prokaryotic donors via independent horizontal gene transfers following its primary endosymbiotic origin. What forces drove the targeting of these alien proteins to the plastid remains an unresolved evolutionary question. To better understand this process we screened for suitable candidate proteins to recapitulate their prokaryote-to-eukaryote transition. Here we identify the ancient horizontal transfer of a bacterial polyphenol oxidase (PPO) gene to the nuclear genome of an early land plant ancestor and infer the possible mechanism behind the plastidial localization of the encoded enzyme. Arabidopsis plants expressing PPO versions either lacking or harbouring a plastid-targeting signal allowed examining fitness consequences associated with its subcellular localization. Markedly, a deleterious effect on plant growth was highly correlated with PPO activity only when producing the non-targeted enzyme, suggesting that selection favoured the fixation of plastid-targeted protein versions. Our results reveal a possible evolutionary mechanism of how selection against heterologous genes encoding cytosolic proteins contributed in incrementing plastid proteome complexity from non-endosymbiotic gene sources, a process that may also impact mitochondrial evolution.
Fil: Llorente, Briardo. Centre for Research in Agricultural Genomics; España. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina
Fil: Silva Junqueira de Souza, Flavio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina
Fil: Soto, Gabriela Cynthia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina
Fil: Meyer, Cristian Germán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina
Fil: Alonso, Guillermo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina
Fil: Flawia, Mirtha Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular; Argentina
Fil: Bravo Almonacid, Fernando Felix. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina
Fil: Ayub, Nicolás Daniel. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Genética; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Rodríguez Concepción, Manuel. Centre for Research in Agricultural Genomics; España
Subject
PLASTID
PLANT
METABOLISM
EVOLUTION
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Access level
Open access
License
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Institution
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