_噬菌体的溶原和溶菌过程与基因表达的时序控制_张安世.pdf

第 9卷第 4 期河南教育学院学报(自然科学版)Vol.9No.42000年12月Journal of Henan Education Institute(Natural Science)Dec.2000收稿日期:2000-03-15作者简介:张安世(1965),男,河南博爱人,焦作教育学院讲师.文章编号:1007-0834(2000)04-047-03 噬菌体的溶原和溶菌过程与基因表达的时序控制张安世(焦作教育学院,河南 焦作 454150)摘要:本文从噬菌体的生活周期入手,介绍了噬菌体的基因组结构及基因的表达过程和方式,展示了基因组表达的时间流程.关键词:噬菌体;溶原;溶菌;基因;操纵子中图分类号:TH111文献标识码:A生物的生长发育过程,基因表达按一定的时间程序而展现,此即时序控制.时序控制是一种适应调控,是在历史进化过程中形成的.有关时序控制以噬菌体的形成过程研究得比较清楚,噬菌体的溶原及溶菌途径的建立即体现了基因表达的时序控制.1 噬菌体的溶原及溶菌途径噬菌体是以大肠杆菌为宿主的一种温和噬菌体,能在细菌中大量繁殖.噬菌体感染大肠杆菌以后,可将其基因组整合到细菌染色体上,并成为细菌基因组的一部分,随着染色体 DNA 的复制而复制,这种整合有噬菌体基因组的细菌称为溶原细菌,这一过程称为溶原途径.同时,-DNA 进入大肠杆菌后,能利用大肠杆菌体内的酶和代谢原料进行自身复制,并合成噬菌体基因的各种产物,组装出许多子一代的噬菌体颗粒,最终使宿主细胞裂解死亡,释放出子一代噬菌体,这一过程称为裂解循环,也称溶菌途径.-DNA 处于溶原状态时,其溶菌能力并没有消失,只是处于潜伏状态不表达而已,一旦条件合适,它就会转入溶菌途径,释放出子代噬菌体并破坏宿主细胞.2噬菌体基因组噬菌体是一种中等大小的噬菌体,它的基因组由双链线性 DNA 分子组成,大约有 46 个编码蛋白质的基因和一些识别位点.基因调控的主要手段是转录水平上的调控,它不但包括起始和终止,而且还包括溶菌或溶原途径的选择.基因组可分为四大簇,它们分别是调节区、重组区、复制区和结构基因区(包括与头、尾部合成及组装、裂解有关的基因(图 1).图 1 DNA 基因图47图 2 噬菌体的调节基因和转录次序图nutL、nutR 为 N 蛋白结合位点,qut 为 Q 蛋白结合位点,其他见正文 拥有 6个调节基因,c、cro、N、Q、c、c,噬菌体的溶原和裂解两个生活史的发育过程是在这 6个调节基因的控制下进行的(图 2).N 蛋白抗终止 tl1、tR2和 tR2;Q 蛋白抗终止子 tR4;Cro 蛋白对 cI 和 cro 基因 的转录起负调控作用,c 、c、c基因与噬菌体的溶原状态有关,其中 C蛋白不仅能稳定 c蛋白,c-c复合物还具有激活启动子 PE,启动 c 基因表达的功能.c 蛋白是阻遏物,能抑制与 DNA 复制、成熟和裂解有关的基因转录,使噬菌体处于溶原状态.重组区基因产物控制的整合与割离,由 xis 编码割离酶,int 编码整合酶,整合酶作用位点是 att.DNA 链在整合酶的作用下由此断开,并整合到细菌染色体上.噬菌体基因组有 6 个启动子,PL、PR分别负责启动向左、向右的转录,PE、PM是转录 c 基因的两个启动子,PE主管建立溶原,PM主管维持溶原.PE的启动需要 c、c蛋白.P启动 int 基因,PI的起动也需要 c-c 蛋白.PR2(或 PR)是最强的启动子,负责后期一切基因的转录.PL、PE、PM、PI是启动左向转录,而 PR1、PR2则启动右向转录.在这 6个启子中,其中 PR、PL、PE、PM位于调节区内.3 噬菌体的转录基因组由四个操纵子组成,即阻遏蛋白操纵子,左右两个早期操纵子和晚期操纵子.它们分别位于 DNA 的两条链上(图 2),向左(或逆时针)转录的链称为 L 链,向右(或顺时针)转录的链称为 R 链.根据操纵子转录的先后可把转录分为早期、晚早期和晚期等 3 个时期.L1和 R1为早期转录产物,它们分别由 PL和 PR启动.L1和 R1mPNA分别翻译出调节蛋白 N 蛋白和 Cro 蛋白.L1和 R1分别在终止子 tL1和 rR1上停止转录,但由于 N 基因的表达,其产物 N 蛋白的抗终止子功能使 L1和R1继续转录,形成 L2和 R2mRNA,翻译成 c 和c蛋白,以及 DNA 复制必需的 O 及 P 蛋白.因 N蛋白对 tR2也具有抗终止子作用,转录便可进行到 tR3,翻译出 Q 蛋白,因此 R2、L2、R3是晚早期转录产物.晚期的转录是从 PR2开始转录,先到达终止子 tR4,由于 Q 蛋白对它们的抗终止子作用,转录继续进行,使基因组头、尾部蛋白及组装、裂解有关的基因全部表达.4溶原化循环和溶菌途径的建立当DNA 侵入宿主细胞后,溶原和裂解途径的最初过程是相同的,两者均要求前早期和晚早期基因的表达,然后发生歧化.前早期和晚早期基因表达最终产生 cI 蛋白,使进入溶原状态,而晚期基因表达使进入裂解循环,两个途径不是截然分开的.溶原化循环包括 3个阶段:溶原的建立、保持和噬菌体的释放.第一个阶段是DNA 整合到宿主染色体上,成为前噬菌体状态.第二个阶段是 阻遏白操纵子的表达,其产物 cI 蛋白与 cI 基因左、右两边操纵子(即早左操纵子和早右操纵子)的操纵基因(OL 和OR)结合,抑制它们的转录,阻断整个溶菌途径,溶原状态得以保持.但在紫外线48等因素作用下,CI 蛋白被钝化,前噬菌体又被切割下来,进入裂解途径的基因调控程序.溶菌途径的建立过程按时间顺序可划分为 3个阶段,前早期,晚早期和晚期.这三个阶段实质是由三个操纵子,即早左、早右操纵子和晚期操纵子的相继激活,合成了三种重要的调节蛋白,即 N蛋白、Cro 蛋白和 Q 蛋白.当溶原化细菌进入溶菌状态时,c 基因即行关闭,CI 蛋白不再合成,解除了 CI 蛋白对早左、早右两个操纵子的控制,这就是前早期基因的表达.前早期基因表达产物为 N 蛋白和 Cro 蛋白.Cro 蛋白阻遏 CI 蛋白的合成,从而使得以进入裂解循环,而 N 蛋白使前早期基因的转录越过终止信号而进入晚早期基因,为溶原和裂解的歧化做好准备.晚早期主要是使早左与早右操纵子表达完全,包括早左操纵子的整合基因、割离基因和重组基因的表达,以及早右操纵子的调节蛋白基因 Q、Cro、c、c和复制基因 O、P 的表达,这些基因的完全表达即为溶原和溶菌的歧化做好了准备.噬菌体对两个生活史周期的选择取决于 CI蛋白和 Cro 蛋白两者相拮抗的结果.前早期和晚早期基因的表达使 Cro 蛋白和 CI 蛋白均积累起来,CI 蛋白抑制除自身外的一切基因的转录.如果CI 蛋白占优势,它就阻止 的复制,促进整合作用的发生,使溶原状态得以建立和维持.Cro 蛋白则抑制 c 基因的转录,因此是一种抗阻遏物.如果Cro 蛋白占优势,CI 蛋白不能合成,噬菌体即进入营养繁殖周期.晚早期的 Q 基因产物是晚期基因表达的激活蛋白,Q 蛋白积累到一定程度,基因表达便进入晚期阶段,这个阶段已不再需要早期基因表达,这时由于 Cro 蛋白的积累而将之关闭.晚期表达的基因主要是晚期操纵子基因.这个操纵子上有 20个结构基因,它们占DNA 基因的一半左右.因此,晚期操纵子作为一个独立的操纵子十分重要,这些基因的独立开启和调节,更有利于这些蛋白的合成,使整个溶菌过程得以完全实现.因此,的溶原和溶菌途径是在的四个操纵子控制下依次完成的.在这四个操纵子中,阻遏蛋白操纵子是一个起总控制作用的操纵子,是 基因组的总开关,它决定噬菌体潜伏或裂解的命运.有人把的四个操纵子的这种活像接力赛似的,单线联系的调控程序又比喻为瀑布式调控,既形象又客观.每一个操纵子就像一个台阶,的遗传信息流就是这样一泻到底,蛋白质合成了,成熟的噬菌体装配好了,裂解途径也就结束了.因而,基因调控的线性规则,既简单又科学.5小结综上所述,噬菌体的发育阶段是由几个调节蛋白分别作用于不同启动子和终止子而调节控制的.早期基因的表达可以打开后期基因,在后期又可关闭早期基因,使的遗传信息按一定的时序展现.噬菌体基因表达的时序控制可作为有关研究的原型,对它的了解必将有助于对更复杂生物发育过程中时序控制的研究.参 考 文 献 1 沈同,王镜岩.生物化学(下册)M.北京:高等教育出版社,1994.2 朱汝王 番,张楚富.生物化学 M.武汉:武汉大学出版社,1989.3 朱玉贤,李毅.现代分子生物学 M.北京:高等教育出版社,1997.4 盛祖嘉,沈仁权.分子遗传学 M.上海:复旦大学出版社,1990.5 宣建武.认识基因之路 M.北京:科学出版社,1989.(下转第 80 页)49要把过滤程序嵌入到 sendmail中.当 sendmail收到邮件时,就会自动的对邮件进行审查.sendmail 处理邮件时,通常是根据他的配置文件 sendmail.cf,对接近的邮件的接收方地址进行分析,如果是本地邮件,就将它提交给本地代理(local mailer)来处理.本地代理是由 sendmail.cf 文件来指定的,例如:Mlocal,P=/bin/mail,F=lsDFMAwS:/qSnE9,S=10/30,R=20/40,T=DNS/RFC822/X-UNIX,A=mail-f S g-dS u其中,本地邮件实际是有/bin/mail 来处理即写入用户邮箱的.因此我们可以用过滤程序来替换mail,在完成任务之后,再调用/bin/mail 将邮件写入用户邮箱.这样一来,我们就完全实现过滤功能.4结束语本文介绍了作者关于电子邮件管理的一些经验方法.电子邮件已成为人与人交流的重要手段,我们要重视它的安全管理.还应开发使用智能的、能够自我学习的安全拦截系统以提高工作的准确率.参 考 文 献 1 查贵庭.sendmail 安全解决方案 J.计算机工程,2000,(26):281.2 滕小玲.电子邮件过滤功能的探讨和实现 J.计算机应用,2000,(1):154.3 sendail.org.http:www.sendmail.org.4 perl.http:www.perl.org.Implementation of Email Filtering System on SendmailCHEN Tan,XIE Cheng-sheng(Comp.College,HuazhongUniv.of Science and Tech.,Wuhan 430073,China)Abstract:Based on the intruduction of various kinds of email attacks on Internet,this paper de-scribes a email filtering system.There are two ways to implement filtering functionwith sendmail,oneis based on the email address,the other is based on the contents of emails.Key words:Email relaying;Email Spamming;Email filtering(上接第 49页)Lysogency and Lysis proless of -phage and Time ProlessControl of Genetic ExpressionZHANG An-shi(Jiaozuo College of Education,Jiaozuo 454150,China)Abstract:This article firstly beglnswith Life periods of -phage,Then it introdues genetic structureof -phage and genetic expression process and its way.At the same time,it also reveals time pro-cess shown by -phage gene groups.Key words:-phage;Lysogeny;Lysis;gene;operon80