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Reconstruction of the phylogenetic history of the bc1 complex within prokaryotes
Constantin Leitgeb
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Joint-Masterstudium Evolutionary Genomics and Systems Biology
Betreuer*in
Maria Filipa Baltazar de Lima de Sousa
DOI
10.25365/thesis.80487
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12015.81272.441746-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Evolutionsgeschichte des bc1-Komplexes, auch als Komplex III der Elektronentransportkette bezeichnet, ist nach wie vor umstritten. Die Hauptdiskussion dreht sich darum, ob der Komplex bereits im letzten gemeinsamen Vorfahren (LUCA) vorhanden war oder erst später in bakteriellen Abstammungslinien entstanden ist. Das Ziel dieser Studie war es, zwischen diesen gegensätzlichen Ansichten zu unterscheiden, indem die aktuelle mikrobielle Vielfalt analysiert wurde. Es wurde ein groß angelegter Genomvergleich anhand eines Datensatzes von über 35.000 Assemblierungen durchgeführt. Die drei bc1-Untereinheiten: Cytochrom c, Cytochrom b und Rieske/ISP wurden in einem internen Datensatz mithilfe von HMM-basierten Ähnlichkeitssuchen identifiziert. Die resultierenden Treffer wurden anschließend gefiltert und analysiert. Durch sorgfältige Verfeinerung der Schwellenwerte der KEGG-Modelle konnten wir auch Untereinheiten innerhalb der Archaea-Sequenzen identifizieren. Darauf folgten phylogenetische Rekonstruktionen jeder der Untereinheiten und ein Szenario für die Geschichte des Komplexes in Bakterien und Archaea. Die Ergebnisse zeigten, dass vollständige bc1-Komplexe in bakteriellen Abstammungslinien häufig vorkommen, in Archaea-Genomen jedoch fehlen. Basierend auf unserer Analyse enthält Archaea nur Cytochrom b- und Rieske/ISP-Untereinheiten. Darüber hinaus scheint die längere Version der Cytochrom b-Untereinheit dem ursprünglichen Zustand zu entsprechen, während die kürzere Version in Cyanobakterien als Teil des b6f-Komplexes sowie in bc1-Komplexen aus verschiedenen taxonomischen Zugehörigkeiten zu finden ist. Diese Erkenntnisse veranlassen uns zu der Annahme, dass LUCA keinen bc1-Komplex besaß, da dieser Komplex eine bakterielle Innovation darstellt. Später sind mehrere domänenübergreifende HGT-Ereignisse für das Vorhandensein der Cytochrom-b- und ISP-Untereinheiten im Archaea-Bereich verantwortlich.
Abstract
(Englisch)
The evolutionary history of the bc1 complex, also referred to as complex III of the electron transport chain, remains a debated subject. The main discussion is whether the complex was already present in the Last Universal Common Ancestor (LUCA) or if it emerged later in bacterial lineages. The aim of this study was to distinguish between these opposing views by analyzing current microbial diversity. A large-scale genomic comparison was performed using a dataset of over 35,000 assemblies, The three bc1 subunits: cytochrome c, cytochrome b and Rieske/ISP, were identified in an inhouse dataset by using HMM-based similarity searches. The resulting hits were subsequently filtered and analyzed. By careful refinement of the threshold values of the KEGG models we were able to also identify subunits within the archaeal sequences. This was followed by phylogenetic reconstructions of each of the subunits and a scenario for the history of the complex in Bacteria and Archaea proposed. The results showed that complete bc1 complexes are common among bacterial lineages but absent from archaeal genomes. Based on our analysis, Archaea only contains cytochrome b and Rieske/ISP subunits. Furthermore, it appears that the longer version of cytochrome b subunit resembles the ancestral state, with the shorter version being found in cyanobacteria as part of the b6f complex as well as in bc1 complexes from diverse taxonomic affiliations. These findings lead us to propose a scenario in which LUCA did not possess a bc1 complex, with this complex being a bacterial innovation. Later, several inter-domain HGT events are responsible for the presence of the cytochrome b and ISP subunits in the archaeal domain.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Letzter universeller gemeinsamer Vorfahr (LUCA) Evolution der Atmungsketten
Schlagwörter
(Englisch)
Last Universal Common Ancestor (LUCA) Evolution of respiratory chains
Autor*innen
Constantin Leitgeb
Haupttitel (Englisch)
Reconstruction of the phylogenetic history of the bc1 complex within prokaryotes
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
48 ungezählte Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Maria Filipa Baltazar de Lima de Sousa
Klassifikation
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC17791349
Utheses ID
79552
Studienkennzahl
UA | 066 | 220 | |