耐辐射球菌DNA修复机制研究新进展

耐辐射球菌是迄今为止发现的最耐辐射的原核生物,是研究DNA损伤与修复的模式生物.根据国内外实验室和本实验在耐辐射球菌研究上取得的最新研究成果,本文从该细菌的结构特征、分子防御机制、重要修复基因、基因组学和蛋白质组学等方面综述了耐辐射球菌在DNA修复机制方面取得的进展,探讨了未来揭示该细菌独特高效的DNA修复分子机理可能采取的途径.     

耐辐射异常球菌DNA损伤修复重要功能蛋白的研究进展

耐辐射异常球菌(DR)具有对致死剂量的电离辐射极端的抗性,但对其超强辐射抗性的分子机制仍缺乏深入了解。耐辐射异常球菌基因组分析显示其拥有许多与修复相关的基因或蛋白,转录组学和蛋白组学分析等研究表明该菌能通过复杂的代谢途径控制的网络系统有效地调整并修复DNA。近年来已分析和鉴定了许多与DNA损伤修复,特别是辐射诱导的DNA双链断裂修复相关的蛋白,这些功能蛋白的研究有助于我们加深对其极端抗性机理的认识。主要针对DR双链断裂修复系统中重要功能蛋白的研究进展进行了概述,以期为DNA修复机理的基础研究及应用研究奠定基础。     

耐辐射球菌离子注入抗性的初步研究

[目的]为深入分析耐辐射球菌的抗性机制奠定基础。[方法]以大肠杆菌为对照,研究经γ射线辐射和N+注入后耐辐射球菌的剂量-存活率曲线和剂量-生物量曲线,并分析总蛋白的变化情况。[结果]注入N+后,耐辐射球菌的存活率和生物量均呈降-升-降的马鞍型曲线。耐辐射球菌在各个辐射剂量下的存活率高于大肠杆菌,其生物量总体上也多于大肠杆菌,说明耐辐射球菌具有较高抗性。在低剂量N+注入后,总蛋白的含量变化不明显,在高剂量时蛋白含量增加明显。[结论]耐辐射球菌在高剂量下具有一定的修复能力。     

耐辐射菌中抗辐射相关基因或酶的研究进展

耐辐射菌对电离辐射、紫外线和一些DNA损伤剂等具有极强的抵抗能力,相关研究表明,耐辐射菌超强的抗辐射作用机制主要存在3个方面,即DNA损伤的高效修复、抗氧化作用以及特殊的生存方式。该研究就耐辐射菌的抗辐射作用相关基因或酶进行了简要综述,并对其应用前景进行了展望。     

耐辐射奇球菌光敏色素基因缺失突变株的构建及其功能研究

利用PCR和体内同源重组技术，对耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans R1）中光敏色素基因诱导缺失突变，构建了突变株bphP^-。对突变株分别进行不同剂量电离辐射（IR）和不同浓度过氧化氢（H2O2）处理，并以野生株R1做对照。结果表明：与野生株相比，突变株bphP^-对过氧化氢的敏感性明显上升，而对电离辐射的抗性野生型基本不变。不同性质的光照试验显示，强白光对野生菌株和光敏色素突变的耐辐射奇球菌都具有显著的抑制菌落生长作用，两者差异不明显。红光和蓝光对野生株和突变株的生长都没有明显的抑制作用。强白光照射对没有光敏色素调控体系的大肠杆菌K12菌株抑制不明显。因此，耐辐射奇球菌中光敏色素可能主要是作为氧化环境信号传递和调控的蛋白。     

去除U(Ⅵ)的微生物组合构建及培养条件的优化

[目的]为了筛选U(Ⅵ)的抗性微生物及建立高效去除U(Ⅵ)的微生物组合.[方法]通过单菌株与混合菌株对U(Ⅵ)的抗性比较,采用正交试验对微生物组合的培养条件进行优化.[结果]除考式玫瑰菌外,)XJ1、耐辐射奇球菌、柠檬酸杆菌3种微生物均能耐受50mg/L U(Ⅵ),其中耐辐射奇球菌和柠檬酸杆菌对30 mg/L U(Ⅵ)的去除率分别达到80.4％和84.8％;与单菌株对U(Ⅵ)的抗性相比,柠檬酸杆菌梁耐辐射奇球菌组合对U(Ⅵ)的抗性有明显的促进作用.最佳条件为pH 6.0、温度30℃、U(Ⅵ)初始浓度10 mg/L,该组合对U(Ⅵ)的去除率可达到98.3％.[结论]筛选的微生物组合及其培养条件的优化可为微生物修复核素提供理论依据.     

耐辐射异常球菌的微生物资源及其应用

异常球菌属菌株作为耐辐射微生物代表的具有对辐射、氧化、干燥等胁迫的极端抗性。随着耐辐射微生物的不断分离和鉴定,以及4株异常球菌属菌株全基因组序列的测定,耐辐射微生物及其基因资源的应用受到了极大的关注。综述了异常球菌属及其基因资源的研究与利用,并分析和展望了该属微生物及其基因资源在环境保护和生物修复、人类健康、生物技术和农业产业等方面的潜在应用前景。     

华跃进教授团队揭示耐辐射奇球菌RecJ蛋白参与碱基切除修复途径的分子机制

正浙江大学生命科学学院生物物理研究所华跃进教授团队证实了耐辐射奇球菌RecJ(Deinococcus radiodurans RecJ,drRecJ)蛋白参与碱基切除修复途径的分子机制。相关研究成果论文"Participation of RecJ in the base excision repair pathway of Deinococcus radiodurans"(https://doi.org/10.1093/nar/gkaa714)发表在国际知名期刊《核酸研究》(Nucleic Acids Research)上。     

耐辐射球菌锰离子转运蛋白基因DR1709的完全删除分析

[目的]研究耐辐射球菌锰离子转运蛋白基因DR1709完全删除所造成的影响。[方法]试验构建DR1709完全删除突变体PM1709,并对其进行紫外线处理。[结果]在紫外线照射剂量为0和100 J/m2时,耐辐射球菌野生型、M1709和PM1709的存活率基本没有差别;从200 J/m2开始,突变体的存活率显著低于野生型;在含有200 nmol/L Mn的DMM中,M1709和PM1709几乎不能生长。在DMM平板上31℃下培养13 d后,仍然见不到M1709有任何生长的迹象。[结论]DR1709被删除以后,耐辐射球菌对紫外线的抗性显著降低,DR1709在耐辐射球菌抗辐射的过程中发挥了重要作用,DR1709部分删除突变体和完全删除突变体对紫外线的抗性几乎没有差别,说明M1709虽然只是部分删除了DR1709的基因序列,但DR1709的功能在M1709中已完全丧失;M1709对低剂量的锰离子十分敏感,但M1709在TGY中能够生长,说明在营养液中含有丰富的锰离子时,有其他基因代替DR1709行使吸收锰离子的功能,但当外界锰离子含量低时,DR1709则是唯一行使该功能的基因。     

耐辐射球菌抑菌圈试验过程中出现的问题与分析

[目的]分析耐辐射球菌抑菌圈试验过程中出现的问题并提出解决方法。[方法]采用已发表的基因组序列作参考,对来自于耐辐射球菌的所有菌株均用TCY培养基或者TGY平板在30℃条件下进行培养,参照Debabrota等的方法进行抑菌茵圈试验,所用突变体源于以前的试验。[结果]分析认为,在做耐辐射球菌抑菌圈试验的过程中,首先需要注意的是严格灭菌,每次重新拿到超净工作台上的离心管和钢圈都要进行严格的灭菌处理。试验前对上清液要进行高速离心,以防止在上清液中混有菌体,从而造成结果不准确。最好在进行抑菌圈试验以前,先对上清液中是否含有菌体做一个前期试验,以免造成后面不必要的麻烦。[结论]该研究所提出的解决方法对做好以后的试验具有借鉴意义.     

Genome sequence of the radioresistant bacterium Deinococcus radiodurans R1

The complete genome sequence of the radiation-resistant bacterium Deinococcus radiodurans R1 is composed of two chromosomes (2,648,638 and 412,348 base pairs), a megaplasmid (177,466 base pairs), and a small plasmid (45,704 base pairs), yielding a total genome of 3,284, 156 base pairs. Multiple components distributed on the chromosomes and megaplasmid that contribute to the ability of D. radiodurans to survive under conditions of starvation, oxidative stress, and high amounts of DNA damage were identified. Deinococcus radiodurans represents an organism in which all systems for DNA repair, DNA damage export, desiccation and starvation recovery, and genetic redundancy are present in one cell.     

Ringlike structure of the Deinococcus radiodurans genome: a key to radioresistance?

The bacterium Deinococcus radiodurans survives ionizing irradiation and other DNA-damaging assaults at doses that are lethal to all other organisms. How D. radiodurans accurately reconstructs its genome from hundreds of radiation-generated fragments in the absence of an intact template is unknown. Here we show that the D. radiodurans genome assumes an unusual toroidal morphology that may contribute to its radioresistance. We propose that, because of restricted diffusion within the tightly packed and laterally ordered DNA toroids, radiation-generated free DNA ends are held together, which may facilitate template-independent yet error-free joining of DNA breaks.     

耐辐射异常球菌K+吸收蛋白ktrA基因功能研究

耐辐射异常球菌(D. radiodurans R1)ktrA基因(DR_1666)编码的K+吸收蛋白在盐胁迫和渗透胁迫中起着重要作用。采用QRT\|PCR分析表明在盐和D\|山梨糖醇胁迫条件下,野生型菌株中ktrA基因表达均显著上调。同时采用融合PCR方法和同源重组技术,构建ktrA基因缺失突变株(ΔktrA),以野生型菌株DR做对照,分别用不同浓度的氯化钾和D\|山梨糖醇对突变株进行胁迫处理。结果显示,突变株ΔktrA对氯化钾和D\|山梨糖醇的敏感性明显高于野生型,表明ktrA基因在菌株耐受高盐和高渗透胁迫时起重要作用。该结果为深入研究D. radiodurans R1菌株中ktrA基因的功能提供了很好的基础。     

Bacteriophytochromes: phytochrome-like photoreceptors from nonphotosynthetic eubacteria

Phytochromes are a family of photoreceptors used by green plants to entrain their development to the light environment. The distribution of these chromoproteins has been expanded beyond photoautotrophs with the discovery of phytochrome-like proteins in the nonphotosynthetic eubacteria Deinococcus radiodurans and Pseudomonas aeruginosa. Like plant phytochromes, the D. radiodurans receptor covalently binds linear tetrapyrroles autocatalytically to generate a photochromic holoprotein. However, the attachment site is distinct, using a histidine to potentially form a Schiff base linkage. Sequence homology and mutational analysis suggest that D. radiodurans bacteriophytochrome functions as a light-regulated histidine kinase, which helps protect the bacterium from visible light.     

耐辐射球菌PPrI突变株的蛋白质组学分析

PprI由dr0167编码,在耐辐射球菌的极端抗性中起重要作用.pprI突变株对于电离辐射、紫外线辐射、丝裂霉素C等都很敏感.与正常培养的野生型菌株比较,正常培养的pprI突变株的双向图谱有明显的变化,其中有18个蛋白质表达量增加,7个蛋白质表达量减少.在有差异的25个蛋白质中,我们用MALDI-TOF质谱仪成功鉴定了13个,这些蛋白质在细胞中行使不同的功能,包括:①糖类转运与代谢;②能量的产生与转化;③无机离子转运与代谢;④氨基酸转运与代谢;⑤翻译后修饰,蛋白代谢,分子伴侣及一些未知的功能等.研究表明,PprI不仅调控与DNA修复直接相关的基因表达,而且调控一个极其复杂的网络系统,这个系统包括行使各种生物学的功能蛋白.     

耐辐射异球菌pprM基因克隆及功能预测

[目的]通过耐辐射异球菌(Deinococcus radiodurans)pprM基因可能功能的研究,为进一步开发利用耐辐射微生物宝贵基因资源奠定基础.[方法]通过PCR方法克隆pprM基因,利用穿梭表达载体pRADZ3将其转入大肠杆菌内,通过冲击试验分析其功能.[结果]pprM基因转入大肠杆菌,发现该基因能提高大肠杆菌的抗盐、耐旱能力.[结论]pprM基因是一个非常重要的抗逆基因,在农业育种方面有极好的应用前景.