Origin of eukaryotic plasmalogen biosynthesis by horizontal gene transfer from myxobacteria

J Juan Manuel Trinidad-Barnech (Laboratorio de Genómica Evolutiva, Sección Biomatemática, Facultad de Ciencias, Universidad de la República) I Irene del Rey Navalón (Departamento de Genética y Microbiología, Área de Genética (Unidad Asociada al Instituto de Química Física-Consejo Superior de Investigaciones Científicas), Universidad de Murcia) K Konstantina Mitsi (Complexity of Life Program, Institut de Biologia Evolutiva (Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universitat Pompeu Fabra)) A Antonio J. Monera-Girona (Departamento de Genética y Microbiología, Área de Genética (Unidad Asociada al Instituto de Química Física-Consejo Superior de Investigaciones Científicas), Universidad de Murcia) S Sebastian R. Najle S S. Padmanabhan (Instituto de Química Física Blas Cabrera, Consejo Superior de Investigaciones Científicas) I Iñaki Ruiz-Trillo M Montserrat Elías-Arnanz (Departamento de Genética y Microbiología, Área de Genética (Unidad Asociada al Instituto de Química Física-Consejo Superior de Investigaciones Científicas), Universidad de Murcia)

Abstract

Plasmalogens are a unique class of glycerophospholipids defined by a distinctive vinyl ether bond. While these lipids are abundant in animals and important for human health, their evolutionary history remains enigmatic, mostly due to their absence in some major eukaryotic lineages like plants. Here, we resolve the origin and evolution of the aerobic plasmalogen biosynthesis pathway in eukaryotes. Through comprehensive phylogenomic analysis and experimental validation of enzyme activity and plasmalogen presence, we demonstrate that the essential desaturase plasmanylethanolamine desaturase 1 (PEDS1)—and likely the fatty acyl-CoA reductase (FAR) and glycerone phosphate O -acyltransferase (GNPAT) enzymes also critical in the pathway—were acquired by an early eukaryotic ancestor through horizontal gene transfer (HGT) from myxobacteria. Our data show that this bacterial pathway was retained in the Amorphea and Discoba supergroups but lost or replaced in others. The findings yield insights into how HGT shaped metabolic pathways in early eukaryotes.

Article Details

Volume / Issue Vol. 123, Issue 12
Published March 24, 2026
ISSN 0027-8424
Publisher National Academy of Sciences

Authors (8)

J

Juan Manuel Trinidad-Barnech

Laboratorio de Genómica Evolutiva, Sección Biomatemática, Facultad de Ciencias, Universidad de la República

I

Irene del Rey Navalón

Departamento de Genética y Microbiología, Área de Genética (Unidad Asociada al Instituto de Química Física-Consejo Superior de Investigaciones Científicas), Universidad de Murcia

K

Konstantina Mitsi

Complexity of Life Program, Institut de Biologia Evolutiva (Consejo Superior de Investigaciones Científicas-Universitat Pompeu Fabra)

A

Antonio J. Monera-Girona

Departamento de Genética y Microbiología, Área de Genética (Unidad Asociada al Instituto de Química Física-Consejo Superior de Investigaciones Científicas), Universidad de Murcia

S

Sebastian R. Najle

S

S. Padmanabhan

Instituto de Química Física Blas Cabrera, Consejo Superior de Investigaciones Científicas

I

Iñaki Ruiz-Trillo

M

Montserrat Elías-Arnanz

Departamento de Genética y Microbiología, Área de Genética (Unidad Asociada al Instituto de Química Física-Consejo Superior de Investigaciones Científicas), Universidad de Murcia