嗜盐古菌hsp70基因的特殊应激转录调控机制

Hsp70蛋白是三域生物共有的一种重要的分子伴侣和热激蛋白。我们研究发现嗜盐古菌Natrinema sp. J7菌Hsp70系统的三个基因（grpE-hsp70-hsp40）座位排列方式类似于细菌，然而其hsp70基因转录和翻译的方式却类似于真核生物。虽然J7菌hsp70启动子中有典型的TATA box，但是没有与已知热激元件相类似的保守序列。研究还发现J7菌hsp70基因不仅在热激时表达量增加，而且在冷激和低盐环境中表达量也大大增加。为此，本项目将在J7菌基因组序列已经完成的基础上，确定与其hsp70基因应激转录调控相关的基本转录因子和调节因子；同时开展hsp70基因在应激条件下转录调控的体内外分析；最后对嗜盐古菌hsp70基因的应激转录调控机制提出新的见解。本研究不仅有助于了解Hsp70蛋白在嗜盐古菌中的功能及古菌适应极端环境的机理，而且有可能发现在古菌中尚缺的高效、可调的启动子资源。

Hsp70蛋白是三域生物共有的一种重要的分子伴侣和热激蛋白。我们研究发现嗜盐古菌Natrinema sp. J7菌Hsp70系统的三个基因（grpE-hsp70-hsp40）座位排列方式类似于细菌，然而其hsp70基因转录却类似于真核生物。虽然J7菌hsp70启动子中有典型的TATA box，但是没有与已知热激元件相类似的保守序列。为此，本项目首先分析了已知的各类嗜盐古菌hsp70基因启动子的序列特征，发现嗜盐古菌hsp70启动子中存在一个类似于真核生物kozak序列的一致序列。接着对J7菌及其它嗜盐古菌中的启动子一致序列进行了点突变分析，实验结果表明该kozak类似序列在hsp70基因表达中起重要作用，其中的重要碱基不仅影响基因的转录水平，也影响基因的翻译效率。为确定参与hsp70基因表达的转录因子，我们对J7菌基因组序列中唯一的tbp基因和8个tfb基因进行了表达纯化，并制备了相应的多克隆抗体，尝试了启动子与转录因子的体外相互作用。随后，建立了Natrinema sp. J7菌的基因敲除系统，对其tfb基因分别进行了敲除，确定参与hsp70基因转录的TFB因子。由于前期研究中发现J7菌hsp70基因不仅在热激时表达增加，而且在冷激和低盐环境中表达量也大大增加，因此本研究中也开展了Hsp70功能的初步研究，结果表明与细菌相同的是在高温下缺失hsp70基因的菌株无法正常生长，然而任何条件下，嗜盐古菌中hsp70基因的缺失都不会改变菌的形态，并且在最适生长条件及低温下，hsp70基因的缺失也不会影响菌的生长。总之，本项目研究了嗜盐古菌hsp70基因特征序列对基因表达的作用，并确定参与基因表达的基本转录因子；建立了Natrinema sp. J7菌的基因敲除系统，开展了嗜盐古菌Hsp70蛋白的功能初步研究。本研究结果说明嗜盐古菌hsp70基因的表达机制及Hsp70蛋白的功能与细菌的明显不同，为揭示嗜盐古菌适应极端环境的机理奠定了良好的基础。