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细菌何时要变异遗传开关说了算
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作者:
entee
时间:
2024-2-27 03:09
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细菌何时要变异遗传开关说了算
副伤寒与伤寒沙门菌
不是一个“老祖宗”
1881年,人类首次从伤寒病人身上分离到了伤寒沙门菌,并确定其为伤寒病的致病菌。后来人们又陆续分离出甲型、丙型副伤寒沙门菌等。这些“小不点儿”的生物是来自于共同的祖先,还是各自独立形成的?这个问题一直深深困扰着学术界。本世纪初,英美两国学者先后
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完成了对伤寒沙门菌和甲型副伤寒沙门菌的全基因组测序。
在前人基因组遗传连锁图的基础上,我们相继完成了伤寒沙门菌、甲型副伤寒、丙型副伤寒等各种血清型沙门菌物理图谱的绘制;同时比较了6株伤寒菌共有的3691个基因,建成了“种系进化树”,在比较基因组学国际学术领域占据了一席之地。
最终我们发现,丙型副伤寒沙门菌与猪霍乱沙门菌共居于进化树之一端,伤寒沙门菌则位于进化树相反一端的“枝头”。这说明丙型副伤寒沙门菌和伤寒沙门菌来源于不同的直系祖先,两者在致病特性上的相似是趋同
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进化的结果。
关键基因缺失
开启基因突变“闸门”
从以往的研究可以看出,遗传与变异是细菌进化过程中一对表面上看来难以调和的事件。一方面,细菌为应对环境压力,促进种群的发展和进化,不断获取新的遗传基因;另一方面,细菌本身具有各种防御和修复机制,尤其是错配修复系统,严格限制DNA重组及点突变,以保持种属特异性,维持其遗传的稳定。这个看似矛盾但又并行不悖的现象产生的原因,多年来一直悬而未决。
几年前的一个意外发现,开启了笔者对于这个“谜团”的探讨:在
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实验室保存了数十年的一些鼠伤寒沙门菌错配修复系统的mutL基因中,6碱基三拷贝串联重复序列少了一个6碱基拷贝,我把剩余的2拷贝串联重复序列称为“6bpΔmutL”。经研究发现,这种“6bpΔmutL”细菌在遗传上表现出高度的不稳定性,容易发生突变,并且能自行转变为正常的mutL基因。另外,实验也证实细菌的高度变异性与“6bpΔmutL”的基因型密切相关,即当“6bpΔmutL”复原时,细菌的突变率也恢复到原始水平。
“遗传开关”假说
或能提供抗菌新
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思路
根据上述发现,我们设想:细菌细胞也许存在某种机制,可使细菌冲破错配修复系统的重重阻力而摄取到外源DNA或积累突变,以达到进化和适应的目的。
最终,我们于去年发表文章正式提出了“遗传开关”假说:细菌错配修复系统的等位基因尤其是mutL等位基因的转换,可能充当着这样一个“遗传开关”的“角色”,即当细菌处于不利于生存的环境中时,“遗传开关”会处于“开”的状态,错配修复系统功能失活,细菌因而具有较高的突变率,也相对更能“容忍”外来有益基因的重组;而一旦细菌已适应了当前的生存环境或选择压力消失,“开关”会自发“关闭”,错配修复系统恢复功能,细菌维持其遗传的稳定性。这一“开关”的切换,可使细菌既能最大限度避免有害突变的积累,又能适时获取新的遗传特性,以应对不断变化的环境压力。
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