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关于M13噬菌体的基本信息介绍

2022.11.11

  M13噬菌体是一种丝状噬菌体,内有一个环状单链DNA分子,长6407个核苷酸,含DNA复制和噬菌体增殖所需的遗传信息。M13DNA的复制起始位点定位在基因间隔区内。但是基因间隔区的有些核苷酸序列即使发生突变、缺失或插入外源DNA片段,也不会影响M13DNA的复制,这为M13DNA构建克隆载体提供了条件。

  其中M13mp系列对野生型M13加以改造,插入了多克隆位点和LacZ基因,可容纳外源DNA300-400bp,可用于制备DNA测序时用的单链模板和核酸探针。

  M13 噬菌体的生物学 M13 噬菌体颗粒是丝状的,只感染F+(含F质粒,能产生性菌毛)的大肠杆菌。感染宿主后通常不裂解宿主细胞,而是从感染的细胞中分泌出噬菌体颗粒,宿主细胞仍能继续生长和分裂。但生长水平比未感染组低。

  M13 噬菌体的基因组为单链 DNA (+DNA),由 6407 的碱基组成。基因组 90% 以上的序列可编码蛋白质,共有 11 个编码基因,基因之间的间隔区多为几个碱基。较大的间隔位于基因 Ⅷ 和基因 Ⅲ 以及基因 Ⅱ 和基因 Ⅳ 之间,其间有调节基因表达和 DNA 合成的元件。

  M13 噬菌体基因组可编码 3 类蛋白质,包括复制蛋白(基因 Ⅱ,Ⅴ 和 Ⅹ),形态发生蛋白(基因Ⅰ,Ⅳ 和 Ⅺ),结构蛋白(基因 Ⅲ 、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ 和 Ⅸ)。所有结构蛋白在形态发生之前都插入在宿主细胞的质膜中。基因组 DNA 为正链,按基因 Ⅱ 至基因 Ⅳ 方向合成,与噬菌体的 mRNA 序列同义。

  在宿主细胞内,感染性的单链噬菌体 DNA (正链)在宿主酶的作用下转变成环状双链 DNA ,用于 DNA 的复制,因此这种双链 DNA 称为复制型 DNA (replicative form DNA) ,即 RF DNA 。通过 θ 复制方式, RF DNA 进行扩增,基因的转录也随即开始。基因组中的任意一个启动子都可以启动基因的转录,单方向地终止于下游的终止子。启动子和终止子的位置关系使得靠近终止子的基因转录更频繁。

  当基因 Ⅱ 蛋白在亲代 RF DNA 的正链特定位点上产生一个切口时,便启动噬菌体基因组进行滚环复制。此时,在大肠杆菌的 DNA 聚合酶 Ⅰ 的作用下,以负链为模板在切口的 3' 末端加入核苷酸,并持续 DNA 的合成,用新合成的 DNA 替换原有的正链。当复制叉环绕模板整整一周时,被取代的正链由基因 Ⅱ 产物切去,经环化后形成单位长度的噬菌体基因组 DNA 。在感染开始的 15~20 分钟内,这些子代正链在宿主细胞酶的作用下,又转变成 RF DNA ,然后以之为模板继续转录并继续合成子代正链 DNA 。当感染细胞内累计有 100-200 个 RF DNA 时,细胞内也产生了足够的单链 DNA 结合蛋白,即基因 Ⅴ 蛋白。该蛋白可以抑制翻译活性,特别是抑制基因 Ⅱ mRNA 的翻译,并且强烈地结合在新合成的正链 DNA 上,阻止其转化成 RF DNA 。此时, DNA 的合成几乎只产生子代正链 DNA 。另外,基因 Ⅹ 蛋白和基因 Ⅴ 蛋白也是噬菌体特异 DNA 合成的强力抑制子,从而限制感染细胞内 RF DNA 的数量。结果,感染细胞内 RF DNA 的数目和子代正链 DNA 的产生速率都能保持适度。

  成熟噬菌体颗粒由 11 个病毒蛋白中的 5 个组成,至少 4 个其他蛋白(如基因 Ⅰ 、Ⅳ 和 Ⅺ 蛋白,以及宿主的硫氧还蛋白(thioredoxin)对噬菌体颗粒的组装和分泌是必须的。

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