紫红链霉菌大质粒pSV1的测序、复制及调控的研究

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链霉菌是一大类基因组为高GC含量的革兰氏阳性菌,已报道链霉菌的不同种可以产生约6000种抗生素和生理活性物质。紫红链霉菌SANK95570含有一个环型质粒pSV1和线型质粒pSV2。约163-kb的质粒pSV1是链霉菌中已报道的最大的环型质粒,并含有完整的次甲霉素生物合成基因簇,但是关于pSV1的复制和调控的研究尚处空白。本论文从以下三个部分对质粒pSV1的复制进行了研究:  第一部分对质粒pSV1复制区的复制起始的研究。通过构建SANK95570菌株的基因组cosmid文库和转化变铅青链霉菌的方法,鉴定出质粒pSV1复制所必需的基本元件,包括repA基因,ori区(origin region)和NCS区(non-coding sequence region)。其中repA基因编码的RepA蛋白可以与ori区的双链DNA进行特异结合,该结合区域为95 bp的反向重复序列。RepA蛋白在体外可以形成二聚体、三聚体和少量多聚体,提示该蛋白可能通过多聚化与DNA相互作用,形成有序的复制起始复合物。另外,通过对NCS区功能的研究,首次发现了影响链霉菌发育分化和抗生素产生的调控蛋白B1dD可以正调控质粒pSV1的复制。  第二部分对质粒pSV1的拷贝数控制的研究。将与repA基因共转录的下游repB基因进行敲除,发现质粒的拷贝数比野生型增加了约50倍,暗示RepB蛋白负控制质粒pSV1的拷贝数。RepB蛋白可以与repA基因的启动子进行结合,实现转录的自我调控。RepB蛋白也可以与ori区中的二段重复序列进行结合,RepB蛋白之间可以形成二聚体,暗示RepB与ori区可能形成“手铐”(handcuff)结构来控制质粒的拷贝数。此外,RepB蛋白也可以通过作用于二段重复序列来实现对另一个链霉菌质粒SCP2的拷贝数负控制。体内缺失实验表明,只有一段重复序列时RepB蛋白也能发挥控制作用。  第三部分对质粒pSV1的全序列进行测定和分析。通过脉冲场凝胶电泳分离出SANK95570菌株中所含的高拷贝线型质粒pSV2,将胶块中剩余的DNA回收,进行基因组测序,拼接出质粒pSV1的完整序列,共163227 bp。对质粒pSV1的全序列进行开放阅读框(ORF)分析,发现了一个与前面已鉴定的repA/repB相似的复制区,该复制区的复制效率与第一个复制区的接近,但拷贝数可能比第一个复制子略高。质粒pSV1序列中还存在编码噬菌体结构蛋白的基因,次甲霉素(mmy)生物合成基因簇,四型分泌系统(typeⅣsecretion system)基因,CRISPR基因簇等特殊功能的基因,其中的mmy基因簇与SCP1上的mmy基因簇同源性很高。另外,预测出了pSV1序列中的5个CRISPR位点。  通过对紫红链霉菌SANK95570中163kb的环型质粒pSV1进行研究,主要贡献有以下几点:  (1)获得163227 bp的pSV1完整核苷酸序列。  (2)鉴定了pSV1上存在两个类似的复制区,利用遗传学和生物化学手段对其中一个复制区进行了精细的研究。  (3)解析了复制蛋白RepA可以有序地结合到复制启动序列,调控蛋白RepB可以从多个结合位点上调控质粒的复制效率。  (4)发现链霉菌中参与发育分化和抗生素产生的调控蛋白B1dD可以正调控质粒pSV1的复制。
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