耐辐射球菌sbcD基因在其极端抗性机制中的功能研究

• 作 者: 马辰宇
• 机 构: 浙江大学
• 出 处: 浙江大学农业与生物技术学院 浙江大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 耐辐射球菌 sbcD基因 极端辐射抗性 分子修复

耐辐射球菌(Deinococcus radiodurans)于1956年首次在辐射灭菌后的肉类罐头中发现，它对电离辐射、紫外线、干燥、过氧化氢等一系列的DNA损伤因子都具有极强的抗性。耐辐射球菌的这种极端的抗性表型是因为它具有高效的DNA损伤修复能力。目前对DNA损伤修复机制方面的研究很多，如切除修复、错配修复、重组修复、SOS修复等，且自1999年耐辐射球菌野生株R1全基因组数据公布以来，该菌的重要DNA修复基因的研究都有了很大的进展，但是其独特的极端辐射抗性的机理和分子修复机制仍然有待于进一步的研究。
基于生物信息学和氨基酸序列分析的结果显示，耐辐射球菌SbcCD复合体的SbcD(DR1921)蛋白和SbcC(DR1922)蛋白共同属于MR蛋白家族，且与T4噬菌体、大肠杆菌、真核生物和古细菌的MR蛋白家族成员有着相同的组织方式。真核生物中SbcD基因的直系同源物为MRE11基因，在考察酵母和人的MRE11基因突变的研究中发现，它对于维持基因组的稳定性具有重要的贡献，并与癌症的发生具有一定的相关性。原核生物的SbcD蛋白是DNA重组和损伤修复中的一个重要蛋白因子。大肠杆菌的SbcCD复合体有3→5核酸外切酶、解除DNA末端连接蛋白等生物学功能。耐辐射球菌的DNA修复途径不够完整，缺少大肠杆菌中负责DSBs的RecBC途径，而只有SbcCD和RecFOR蛋白，所以我们推测耐辐射球菌的SbcCD途径很可能是其DNA损伤修复的主要途径。
本研究运用生物信息学的方法对耐辐射球菌SbcD进行了初步的生物信息学分析，确定了该基因在染色体上的具体位置，并对SbcD(DR1921)进行了结构域同源性分析和功能预测等。为了进一步研究耐辐射球菌SbcD在DNA损伤修复和氧化抗性等机制中的生物学功能，我们利用反向插入突变的方法构建了耐辐射球菌SbcD的突变体。表型分析显示相对于野生株，突变株表现了对γ射线、紫外线和过氧化氢更强的敏感性。在进一步的生长动力学、基因组修复动力学等研究中发现，耐辐射球菌的SbcD在辐射抗性和DNA损伤修复途径中具有重要的贡献，且是维持基因组稳定的重要蛋白因子。