線状ゲノム大腸菌の作製と解析

线性基因组大肠杆菌的创建和分析

基本信息

批准号：
18058023
负责人：
堀内嵩
金额：
$ 3.33万
依托单位：
National Institute for Basic Biology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

動植物のゲノムは線状であるのに対し、細菌のゲノムは一部の例外を除き環状である。その理由は分かっていない。この謎を明らかにするため、我々は本特定研究期間において、大腸菌の環状ゲノムの線状化に世界で初めて成功した。作成した線状ゲノムDNAの末端部分はヘアピン構造を有しており、これが末端部分を分解から防いでいる。面白いことに線状ゲノム大腸菌は、環状ゲノム株と同じように生育した。両者の諸性質の比較を行ったところ、環状ゲノムで必然的に生じる2量体ゲノム(線状ゲノムでは起こらない)を単量体に変換するdifと呼ばれるシステムは、予想通り線状ゲノム株では不要であった。一方、線状ゲノムの末端の位置によって生育速度が変化した。つまり複製開始点からの両腕が同じ長さの場合だと、環状ゲノム菌と同じ生育速度を示すが、両腕の長さの違いに比例して生育が悪くなり、極端に異なると菌は生存できなかった。一方、線状ゲノムの両末端は、分裂直後は細腹の両極に位置することが判明した。今後、環状から線状へのゲノムの変換の瞬間を動的に捉えることで、細菌ゲノムの全体構造の特性を明かにしたい。この線状ゲノム大腸菌を作成するには、大腸菌に感染する溶原化ファージのN15と呼ばれる溶原化ウイルスを利用した。このファージは大腸菌内で線状DNAの状態で溶原化する。以上の解析から、自然界においても、大腸菌に溶原化したN15ファージのゲノム線状化システムを介して線状ゲノムの大腸菌が生まれてもなんら不思議でないと推察された。

动物和植物的基因组是线性的，而细菌的基因组是圆形的，但也有一些例外。原因不明。为了解开这个谜团，在这个特定的研究时期，我们在世界上首次成功地线性化了大肠杆菌的环状基因组。所产生的线性基因组DNA的末端部分具有发夹结构，可保护末端部分免遭降解。有趣的是，大肠杆菌的线性基因组菌株的生长与环状基因组菌株类似。当我们比较两者的特性时，我们发现名为dif的系统将环状基因组中不可避免地出现的二聚体基因组（线性基因组中不会出现）转换为单体，但在线性基因组菌株中并不能按预期工作。这是没有必要的。另一方面，生长速率根据线性基因组末端的位置而变化。换句话说，如果复制起点的两条臂长度相同，则生长速度将与环状基因组细菌相同，但生长速度会根据两条臂长度的差异成比例地下降，并且如果手臂极其不同，细菌将无法生存。另一方面，发现线性基因组的两端在分裂后立即位于侧翼的两极。未来，我想通过动态捕捉基因组从环状到线状转变的瞬间，揭示细菌基因组整体结构的特征。为了创建大肠杆菌的线性基因组，他们使用了一种名为 N15 的溶原病毒，这是一种感染大肠杆菌的溶原噬菌体。该噬菌体在大肠杆菌中以线性 DNA 的形式溶原化。从以上分析可以推断，即使在自然界中通过溶原化到大肠杆菌中的N15噬菌体的基因组线性化系统产生具有线性基因组的大肠杆菌也不足为奇。