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同源重组修复是一类重要的针对双链DNA分子断裂的修复方式。RecA蛋白和Rad51蛋白分别是细菌和真核生物中参与DNA同源重组修复的重要蛋白。泉古菌Sulfolobus solfataricus中的RadA蛋白是最早被分离纯化并进行生化性质研究的与RecA蛋白和Rad51蛋白同源的类似蛋白。在嗜盐古菌Haloferax volcanii中将radA基因敲除后,得到的突变体表现出生长速率下降,并且对DNA诱变剂敏感性增加。但是,在嗜热古菌中,由于遗传操作体系的缺乏,至今对于radA基因的研究还仅限于一些体外的生理生化性质方面,而对其在体内的遗传学分析则从未报道过。
本实验以pyrEF和lacS基因双缺失突变的Sulfolobus islandicus E233s作为研究对象。在构建敲除载体的过程中,对位于radA基因两端的DNA分子片段进行PCR扩增得到两段同源序列臂,分别命名为L-arm和R-arm。接着利用PCR技术扩增出一个用araS启动子替换了radA基因自身启动子的DNA分子片段,命名为T-Gene。最终得到的敲除载体是在pUC19载体的多克隆位点处依次插入了R-arm、L-arm、pyrEF+lacS marker和T-Gene。将线性化的敲除载体电转化S.islandicus E233s后,利用不含尿嘧啶的选择性培养基筛选线性化载体发生双交换整合到染色体上的转化子。得到的双交换转化子经过划线纯化后,直接倒PSCVYU+5-FOA的双层平板进行反筛选radA基因的缺失突变体。但是经PCR验证,平板上长出的单菌落全部是pyrEF基因自发突变产生的。为此,本课题又进行了反筛选富集实验,期望能够筛选得到radA基因功能互补型的缺失突变株。反筛选富集实验中得到的几株经X-gal染色显白色的菌落经验证亦不是radA基因的缺失突变株,而可能是pyrEF和lacS基因的双自发突变体。这些实验结果说明radA基因对于S.islandicus的生长是必需的。此外,通过将radA双交换转化子放在3种不同碳源的培养基中进行培养并测定生长曲线,我们发现radA基因的表达差异对细胞的生长速率有着十分明显的影响。
本课题首次说明了radA基因对于嗜热古菌Sulfolobus islandicus的生长是一个必需基因。但是在其他嗜热古菌中,radA基因是否也是一类必需基因呢?如果是,则说明同源重组在嗜热古菌中的生物学功能有着十分重要的作用;如果不是,则说明在嗜热古菌中radA基因可能还有着其他方面的重要功能。