自发调节的遗传开关在细菌进化中的作用:一个沙门氏菌的模型

生物在进化中需要产生遗传多样性，其机制包括新基因的获得和突变的累积。然而，mutL等基因通常会严格限制遗传多样性的出现，使进化难以发生。我们最近发现，mutL能在野生和缺陷型之间自发地相互转换。这一现象提示mutL可能在生物进化中作为遗传开关，适时开合，在保持生物遗传特性相对稳定的同时，允许变异的产生。我们拟通过蛋白相互作用比较野生和缺陷型mutL产物的功能，用PCR法检测沙门菌mutL缺陷型细胞的基础频率及其在特定条件下的动态频率，进而经基因置换技术探讨mutL遗传开关的切换机制及其对细菌基因组稳定性的影响。鉴于mutL野生和缺陷型之间的转换可能发生得很快、不易检测出来，我们将通过改变碱基以阻止mutL由野生型向缺陷型的转换，把mutL锁定在野生型状态，然后观察变异是否仍能发生，以进一步探讨mutL在遗传开关中的作用。本研究将为细菌进化的调控和新病原菌产生的机制研究提供新的理论依据。

生物在进化中需要产生遗传多样性，其机制包括新基因的获得和突变的累积。然而，mutL等基因通常会严格限制遗传多样性的出现，使进化难以发生。我们最近发现，mutL能在野生和缺陷型之间自发地相互转换。这一现象提示mutL可能在生物进化中作为遗传开关，适时开合，在保持生物遗传特性相对稳定的同时，允许变异的产生。我们通过蛋白相互作用比较野生和缺陷型mutL产物的功能，发现突变型mutL缺乏与ATP酶结合活性，且突变株与敲除mutL菌株突变率近似，我们检测了沙门菌mutL缺陷型细胞的基础频率及其在特定条件下的动态频率，并进一步经基因置换技术对mutL遗传开关的进行“锁定”和“解锁”。观察突变发生频率和数量，发现当遗传开关处于锁定状态时细菌突变率会明显升高，而随即又对其进行解锁后其突变率可发生恢复，证实遗传开关的这种切换机制对细菌基因组稳定性有着重要的关联，可能与细菌基因组插入缺失及基因组的稳定性有着直接的关联。本研究将为细菌基因组进化的发生和调控机制的探索和新病原菌产生的机制研究提供了全新的理论角度和依据。