夏斌課題組綜述細(xì)菌外源基因沉默因子的DNA識(shí)別機(jī)制及其在細(xì)菌進(jìn)化過程中的重要作用
??? ? ? 基因水平轉(zhuǎn)移幫助細(xì)菌從環(huán)境中獲取外源基因，是細(xì)菌進(jìn)化的重要推動(dòng)力，亦是毒力基因和耐藥基因在不同細(xì)菌中傳播的主要途徑。但新獲取的外源基因不受調(diào)控的表達(dá)往往會(huì)對(duì)細(xì)菌造成不利影響。為此，細(xì)菌利用外源基因沉默因子識(shí)別外源基因并抑制其表達(dá)，這一機(jī)制被稱為“外源基因沉默”。在適當(dāng)條件下，這種抑制作用可被解除，外源基因發(fā)揮功能，提升細(xì)菌的生存競(jìng)爭(zhēng)力。目前，研究者已經(jīng)在不同種類的細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了幾類不同的外源基因沉默因子，包括分布于γ-變形菌綱的H-NS和MvaT，在α、β、γ-變形菌綱均有分布的Bv3F，在放線菌門細(xì)菌中廣泛存在的Lsr2，以及主要存在于芽孢桿菌屬的Rok（圖1）。它們均利用其C-端DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域識(shí)別富含AT堿基的外源基因，并通過N-端結(jié)構(gòu)域自聚合，改變DNA結(jié)構(gòu)，抑制轉(zhuǎn)錄，調(diào)控大量外源基因特別是許多毒力基因和耐藥基因的表達(dá)。
圖1. 外源基因沉默因子H-NS、Bv3F、MvaT、Rok和Lsr2在不同細(xì)菌中的分布
?過去十余年來，夏斌教授課題組與加拿大多倫多大學(xué)的Jun Liu教授和William Wiley Navarre教授，以及美國(guó)哈佛大學(xué)的Simon Dove教授等課題組合作，系統(tǒng)地闡明了目前已知的細(xì)菌外源基因沉默因子Lsr2、H-NS、Bv3F、MvaT和Rok等的三維空間結(jié)構(gòu)和選擇性識(shí)別DNA的分子機(jī)制。相關(guān)研究工作發(fā)表在Proc Natl Acad Sci U S A (2010, 107: 5154-9; 2011, 108: 10690-5)、Curr Opin Microbiol (2012, 15: 175-81)、PLoS Pathog (2015, 11: e1004967)、及Nucleic Acids Res (2018, 46: 10514-29)等學(xué)術(shù)雜志上。近期，課題組在Molecular Biology and Evolution雜志上發(fā)表綜述文章“Xenogeneic Silencing and Bacterial Genome Evolution: Mechanisms for DNA Recognition Imply Multifaceted Roles of Xenogeneic Silencers”，對(duì)前期工作進(jìn)行了全面總結(jié)，深入比較分析了不同的外源基因沉默因子的DNA結(jié)合特性，并對(duì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征和分子機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)闡述（圖2）。
圖2. 細(xì)菌外源基因沉默因子Lsr2、H-NS、Bv3F、MvaT及Rok 的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的三維空間結(jié)構(gòu)及其DNA識(shí)別機(jī)制
?同時(shí)，文章對(duì)外源基因沉默因子的分布及所在細(xì)菌的基因組特征進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，發(fā)現(xiàn)不同的外源基因沉默因子的DNA結(jié)合特性與其所在細(xì)菌基因組的堿基組成特征密切相關(guān)，使得外源基因沉默因子可以有效地區(qū)分基因組中的外源基因與自身基因。本研究還發(fā)現(xiàn)，含有同類外源基因沉默因子的不同細(xì)菌，其基因組AT堿基含量相近；與含有外源基因沉默因子的細(xì)菌相比，不含外源基因沉默因子的同類其他細(xì)菌的基因組AT堿基含量普遍更高（圖3）。這些發(fā)現(xiàn)揭示了外源基因沉默因子在基因組進(jìn)化過程中發(fā)揮著多方面的重要作用。其基因沉默功能既提升了細(xì)菌通過基因水平轉(zhuǎn)移獲得新基因的能力，又作為一種選擇性壓力淘汰進(jìn)化過程中的不利突變，在促進(jìn)細(xì)菌進(jìn)化的同時(shí)幫助維持細(xì)菌基因組的穩(wěn)定性。
圖3. 外源基因沉默因子H-NS、Bv3F、MvaT、Lsr2和Rok所在細(xì)菌的基因組AT堿基含量分布比較
?夏斌教授課題組長(zhǎng)期致力于研究蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和相互作用、及其發(fā)揮生理功能的分子機(jī)制。課題組博士后段博為本論文的第一作者及共同通訊作者，夏斌教授為本論文的通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心的資助。
原文鏈接：
https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msab136/6277736
?
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com