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。

植物和动物的基因组是线性的，而细菌的基因组是圆形的，有少数例外。原因是未知的。为了揭开这个谜团，我们是世界上第一个在此特定研究期间将大肠杆菌圆形基因组线性化的人。生成的线性基因组DNA的末端部分具有发夹结构，可防止末端部分降解。有趣的是，线性基因组大肠杆菌的生长与圆形基因组菌株相同。正如预期的那样，当我们比较两者的性质时，一种称为DIF的系统，该系统在线性基因组菌株中不需要在圆形基因组中必定会产生的二聚体基因组（不一线性基因组）为单体。另一方面，增长率根据线性基因组终端的位置而变化。换句话说，当两个臂与复制起始点的长度相同时，生长速率与循环基因组细菌的长度相同，但是生长速率与手臂长度的差异成正比，如果细菌非常不同，细菌将无法生存。另一方面，线性基因组的两端都在分裂后立即位于肋骨的两个杆子上。将来，我们希望通过动态捕获从圆形到线性基因组的转换瞬间来揭示细菌基因组的整体结构的特征。为了创建这种线性基因组大肠杆菌，使用了一种称为N15的溶酶基因，是一种感染大肠杆菌的溶菌噬菌噬菌体。该噬菌体在线性DNA中的大肠杆菌中裂解。从上面的分析中，可以推断出，本质上，大肠杆菌是一种线性基因组，它是通过在大肠杆菌中的N15噬菌体溶酶体的基因组线性化系统诞生的。