基础分子生物学12噬菌体策略培训教材.ppt

Chapter12Chapter12PHAGEPHAGESTRATEGIESSTRATEGIES 噬菌体策略噬菌体策略裂解进程包括噬菌裂解进程包括噬菌体颗粒的复制和宿体颗粒的复制和宿主细菌的破裂主细菌的破裂, ,而溶而溶源生存方式使噬菌源生存方式使噬菌体基因组成为细菌体基因组成为细菌遗传信息的一部分遗传信息的一部分. .12.112.1 IntroductionIntroduction引言引言细菌中存在的若干种独立的遗传单位细菌中存在的若干种独立的遗传单位. .噬菌体裂解进程由噬菌体裂解进程由级联反应所调控级联反应所调控, ,在这个过程中在这个过程中, ,一一个时期的基因产物个时期的基因产物是下一个时期表达是下一个时期表达的基因所必需的的基因所必需的. .12.612.6LambdaimmediateearlyanddelayedearlyLambdaimmediateearlyanddelayedearlygenesareneededforbothlysogenyandthelyticgenesareneededforbothlysogenyandthelyticcycle.cycle. 裂解周期和溶源化都需要裂解周期和溶源化都需要 噬菌体早早期噬菌体早早期和迟早期基因和迟早期基因. . 噬菌体有两条早早期基因噬菌体有两条早早期基因, ,N N和和crocro, ,它们由宿它们由宿主主RNARNA聚合酶转录聚合酶转录. . N N为表达迟早期基因所必需为表达迟早期基因所必需. . 有三个迟早期基因为调控基因有三个迟早期基因为调控基因: :cIIcII、cIIIcIII和和Q.Q. 裂解周期需要基因裂解周期需要基因crocro和基因和基因Q Q的表达的表达. . 溶源需要迟早期基因溶源需要迟早期基因cIIcII和和cIIIcIII. . 噬菌体裂解级噬菌体裂解级联途径与溶源回联途径与溶源回路连锁路连锁. .12.712.7ThelyticcycledependsonThelyticcycledependsonantitermination.antitermination.裂解周期依赖抗终止作用裂解周期依赖抗终止作用. . pNpN是抗终止因子是抗终止因子, ,能使能使RNARNA聚合酶通过两聚合酶通过两条早早期基因的终点而继续转录条早早期基因的终点而继续转录. . pQpQ是迟早期基因的产物是迟早期基因的产物, ,也是抗终止子也是抗终止子, ,能能使使RNARNA聚合酶转录晚期基因聚合酶转录晚期基因. . 因为因为 噬菌体噬菌体DNADNA在感染后环化在感染后环化, ,所以晚期所以晚期基因组成了一个单独的转录单元基因组成了一个单独的转录单元. . 噬菌体图谱显示功能相关基因的成簇现象噬菌体图谱显示功能相关基因的成簇现象. .该基因组有该基因组有48,514bp48,514bp. . 噬菌体有两个早噬菌体有两个早期转录单位期转录单位; ;在在“ “左左向向” ”单位中单位中,“,“上方上方” ”的链是向左转录的链是向左转录; ;在在“ “右向右向” ”单位中单位中,“,“下方下方” ”的链表示向的链表示向右转录右转录. . 噬菌体噬菌体DNADNA在感在感染过程中成环染过程中成环, ,如如此晚期基因簇形成此晚期基因簇形成一个完整转录单元一个完整转录单元. .12.812.8LysogenyismaintainedbyrepressorLysogenyismaintainedbyrepressorprotein.protein. 溶源态依靠阻抑物维持溶源态依靠阻抑物维持. . cIcI基因突变后不能维持溶源态基因突变后不能维持溶源态. . cIcI 编码作用于编码作用于O OL L和和O OR R操纵基因的阻抑物操纵基因的阻抑物, ,关关闭早早期基因的转录闭早早期基因的转录. . 因早早期基因会引发调控的级联反应因早早期基因会引发调控的级联反应, ,所以对所以对它们的阻遏将阻止裂解周期的进行它们的阻遏将阻止裂解周期的进行. . 噬菌体调控区含有一些反式作用功能和顺式噬菌体调控区含有一些反式作用功能和顺式作用元件作用元件. .野生型野生型 噬菌体噬菌体和烈性突变体可和烈性突变体可以通过噬菌斑的以通过噬菌斑的形态区分形态区分. .12.912.9RepressormaintainsanautogenousRepressormaintainsanautogenouscircuit.circuit.阻抑物维持自主调控回路阻抑物维持自主调控回路. . 阻抑物结合在阻抑物结合在O OL L位点关闭了从位点关闭了从P PL L开始的开始的N N基基因转录因转录. . 阻抑物结合在阻抑物结合在O OR R位点关闭了位点关闭了crocro基因转录基因转录, ,同同时时, ,它是它是cIcI基因转录所需要的基因转录所需要的. . 阻抑物结合到操纵基因上阻抑物结合到操纵基因上, ,与此同时关闭通与此同时关闭通往裂解周期的途径并促进其自身的合成往裂解周期的途径并促进其自身的合成. .溶源通过一个自溶源通过一个自主调控回路维持主调控回路维持. .如果回路被干扰如果回路被干扰, ,则裂解周期开始则裂解周期开始. .12.1012.10TherepressoranditsoperatorsdefineTherepressoranditsoperatorsdefinetheimmunityregion.theimmunityregion. 阻抑物和它的操纵基因阻抑物和它的操纵基因界定了免疫区界定了免疫区. . 溶源性噬菌体产生免疫性溶源性噬菌体产生免疫性, , 而不再被具有同而不再被具有同一免疫区的其他噬菌体所感染一免疫区的其他噬菌体所感染. .12.1412.14RepressordimersbindcooperativelytoRepressordimersbindcooperativelytotheoperator.theoperator. 阻抑物二聚体协同结合操纵基因阻抑物二聚体协同结合操纵基因. . 一个阻抑物结合操纵基因后将增强下一个一个阻抑物结合操纵基因后将增强下一个阻抑物结合相邻操纵基因的亲和力阻抑物结合相邻操纵基因的亲和力. . 与与O OL L1 1和和O OR R1 1的亲和力比其他操纵基因大的亲和力比其他操纵基因大1010倍倍, ,所以它们首先被结合所以它们首先被结合. . 这种协同作用使低浓度阻抑物也能结合这种协同作用使低浓度阻抑物也能结合O O1/1/O O2 2位点位点. .每个操纵基因包含三个阻抑物结合位点每个操纵基因包含三个阻抑物结合位点, ,它它们与们与RNARNA聚合酶所结合的启动子重叠聚合酶所结合的启动子重叠. .O OL L以以与通常方向相反的位置把放以便与与通常方向相反的位置把放以便与O OR R比较比较. . 当当 噬菌体阻抑物的两个二聚体协同结合噬菌体阻抑物的两个二聚体协同结合DNADNA时时, , 一个二聚体的两个亚基分别与另一个二聚一个二聚体的两个亚基分别与另一个二聚体的一个亚基结合体的一个亚基结合. . 12.1512.15RepressoratRepressoratO OR R2interactswithRNA2interactswithRNApolymeraseatpolymeraseatP PRMRM. . O OR R2 2上的阻抑物与上的阻抑物与P PRMRM上的上的RNARNA聚合酶相互作用聚合酶相互作用. . O OR R2 2上的阻抑物的上的阻抑物的DNADNA结合区接触结合区接触RNARNA聚聚合酶合酶, ,并使其稳定地结合在并使其稳定地结合在P PRMRM上上. . 这是阻遏维持的自主调控基础这是阻遏维持的自主调控基础. .12.1612.16 CooperativeinteractionsincreasetheCooperativeinteractionsincreasethesensitivityofregulation.sensitivityofregulation.协同作用可以增加调节协同作用可以增加调节的敏感性的敏感性 结合在结合在O OL L1 1和和O OL L2 2的阻遏物二聚体与结合在的阻遏物二聚体与结合在O OR R1 1和和O OR R2 2的二聚体相互作用并形成八聚体的二聚体相互作用并形成八聚体. 八聚体的形成可将八聚体的形成可将O OL L3 3靠近靠近O OR R3 3, ,这样可以这样可以允许结合在上面的二聚体相互作用允许结合在上面的二聚体相互作用. . 这些协同作用可以增加调节的敏感性这些协同作用可以增加调节的敏感性. . O OL L和和O OR R上的阻遏物相互作用并形成八聚体上的阻遏物相互作用并形成八聚体. . 更高浓度的阻遏物结合到更高浓度的阻遏物结合到O OL L3 3和和O OR R3. 3.12.1712.17 TheThecIIcIIandandcIIIcIIIgenesareneededtogenesareneededtoestablishlysogeny.establishlysogeny. cIIcII和和cIIIcIII基因是建立溶源基因是建立溶源态所需的态所需的. . RNARNA聚合酶在启动子聚合酶在启动子P PRERE上起始转录需要迟上起始转录需要迟早期基因产物早期基因产物CIICII和和CIII.CIII. CIICII蛋白直接作用于启动子而蛋白直接作用于启动子而CIIICIII蛋白则保蛋白则保护护CIICII蛋白不被降解蛋白不被降解. . 从从P PRERE开始的转录导致阻抑物的合成开始的转录导致阻抑物的合成, ,同时同时它也封闭了它也封闭了crocro的转录的转录. .在在P PRERE上上,cII,cII蛋白与蛋白与RNARNA聚合酶互相作用聚合酶互相作用, ,开始开始从从crocro基因反义链到基因反义链到cIcI基因的转录基因的转录, ,这样合成阻这样合成阻抑物抑物. .12.1812.18ApoorpromoterrequirescIIprotein.ApoorpromoterrequirescIIprotein.弱启动需要弱启动需要cIIcII蛋白蛋白. . P PRERE在在-10-10区和区和-35-35区有非典型的序列区有非典型的序列. . 只有在只有在cIIcII蛋白存在下蛋白存在下,RNA,RNA聚合酶才结合启动聚合酶才结合启动子子P PRERE. .12.1912.19Lysogenyrequiresseveralevents.Lysogenyrequiresseveralevents. 溶源化需要一系列过程溶源化需要一系列过程. . cII/cIIIcII/cIII启动阻抑物的合成也引发晚期基因转录启动阻抑物的合成也引发晚期基因转录的抑制的抑制. . 阻抑物的合成关闭了早早期基因和迟早期基阻抑物的合成关闭了早早期基因和迟早期基因的表达因的表达. . 阻抑物开启了维持自身合成的回路阻抑物开启了维持自身合成的回路. . 在溶源态建立的最后阶段在溶源态建立的最后阶段, , 噬菌体噬菌体DNADNA整合整合到细菌基因组中到细菌基因组中. .建立溶源需要一建立溶源需要一个级联反应个级联反应, ,接着接着这个回路关闭并这个回路关闭并被阻抑物所维持被阻抑物所维持的自主调控系统的自主调控系统所取代所取代. .12.2012.20 ThecrorepressorisneededforlyticThecrorepressorisneededforlyticinfection.infection. 裂解感染需要阻抑物裂解感染需要阻抑物crocro. . CroCro蛋白和阻抑物结合相同的操纵基因蛋白和阻抑物结合相同的操纵基因, ,但亲和力不同但亲和力不同. . 当当CroCro蛋白结合蛋白结合O OR R3 3时时, ,它阻碍它阻碍RNARNA聚合聚合酶结合到酶结合到P PRMRM上上, ,使其不再能保。