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超嗜热古菌整合性遗传元件与环境适应性

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-05-22
核心提示:超嗜热古菌中,整合性遗传元件等可移动元件对于宿主基因组的塑造作用至关重要。同时,通过移动元件的整合带来新的功能基因也可改变超嗜热古菌Thermococcus和Pyrococcus的环境适应性。
       超嗜热古菌中,整合性遗传元件等可移动元件对于宿主基因组的塑造作用至关重要。同时,通过移动元件的整合带来新的功能基因也可改变超嗜热古菌Thermococcus和Pyrococcus的环境适应性。譬如,P. furiosus和P. woesei在利用麦芽糖方面存在差异,是由于在P. furiosus中携带的一段含有海藻糖/麦芽糖转运系统的16 kb DNA区域与其两端的IS序列和相邻转座酶构成了一个复合型转座元件所致,而P. woesei中由于没有该转座元件,则不能利用麦芽糖。
 
  此外,该转座元件还携带了与硫酸盐运输、过氧化物解毒以及多肽降解相关的基因,这些基因赋予了宿主菌株在不同营养环境下的生态优势及适应性。同时该元件可以在P. furiosus和T. litoralis之间发生转移,从而影响各自的基因组构成。P. furiosus菌株基因组中6个假定的基因组岛参与的基因组重排对于此类维持超嗜热古菌的遗传多样性,并应对快速变化的环境是必需的。
 
  对T. kodakaraensis KOD1中4个病毒状整合性遗传元件的遗传研究发现,缺失了4个整合性遗传元件的突变株在85 ℃培养条件下,细胞数量和生长速率降低,说明这些病毒状整合性遗传元件对细胞的正常生长是必需的。将超嗜热嗜压古菌P. yayanosii中的基因组岛PYG1敲除后,发现突变株的生物量在高温(100 ℃)培养条件下显着下降,而在高压(80 MPa)培养条件下反而显着上升。该研究结果显示了该基因组岛在参与超嗜热古菌自身的代谢调节或环境应激调控中具有重要的作用。
 
  小结:分离自海洋热液口、热泉及火山的超嗜热古菌显示出广泛的基因组重排现象,特别是在基因组中的特殊“热点”区域经常发现含有整合性遗传元件存在,被认为与基因组演化过程中发生的大量水平基因转移事件相关。这些整合性遗传元件中携带的基因,既可看作是促进超嗜热古菌种属分化的分子印记,也可通过参与代谢过程或调控特定条件下基因表达而帮助超嗜热古菌适应不断变化的环境。
 
  此外,对于超嗜热古菌整合性遗传元件的研究不仅可以增强对超嗜热古菌基因组与环境协同演化的理解,也将为开发相关的分子遗传学工具奠定基础。
 
 
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