独特的硫化修饰DNA抗逆优势的发掘和应用研究进展报告

汪志军　梁晶丹

摘 要：在细菌的DNA上进行磷硫酰化修饰（硫修饰），而硫修饰DNA在电泳过程中发生降解表型（DNA degradation，Dnd）。负责这种磷硫酰化修饰功能的蛋白由5个连锁并存在于一个基因组岛上的5个基因dndA-E编码，其中4个基因dndA和dndC-E是磷硫酰化修饰所必需的基因。而对于生理学意义直到最近，才在天蓝色链霉菌中发现了特异地限制磷硫酰化DNA的基因，在沙门氏菌中发现了磷硫酰化修饰限制系统。到目前为止磷硫酰化修饰DNA电泳过程中降解机制不明，且其生理学意义知之甚少。用化学合成的模拟底物磷硫酰化修饰的二核苷dGSA和PAA-TAE激活液反应，作为研究磷硫酰化DNA电泳过程中降解机制的模拟反应，鉴定到6个产物。最终提出磷硫酰化DNA在电泳过程中发生的化学反应即降解机制，磷硫酰化DNA的最终命运有两种可能性，一种是磷硫酰化DNA可以在PAA等氧化剂的作用直接氧化到正常的DNA，或者先被氧化到氢膦酸酯然后再被氧化到正常的DNA而不会引起磷硫酰化DNA断裂降解；另一种是磷硫酰化DNA被PAA氧化到氢膦酸酯的DNA，然后被水解而表现为磷硫酰化DNA电泳过程中的降解。自然界的沙门氏菌含有磷硫酰化修饰DNA，能够作为抗氧化剂抵抗一定的氧化压力。当将编码沙门氏菌的整个dpt基因簇质粒转化到大肠杆菌DH10B中，赋予新宿主菌以磷硫酰化修饰DNA的特性，增加了宿主菌对抗过氧化氢的能力。证明磷硫酰化DNA可以给细菌带来抗氧化压力的能力，也可以解释为什么编码磷硫酰化修饰DNA的基因处于一个基因组岛上，使其能够在微生物间进行水平转移然后赋予新宿主以抵抗氧化压力的能力。综上所述，磷硫酰化DNA在电泳过程中降解主要是因为被过氧化物氧化生成氢膦酸酯化DNA，然后发生水解而断裂；磷硫酰化DNA能够作为抗氧化剂保护DNA免受氧化损伤，并消除一部分的氧化压力，从而提高宿主菌在氧化压力下的生存能力。该研究的实施为阐述磷硫酰DNA的生物学意义和应用价值提供坚实的理论数据。具有推动磷硫酰DNA的一系列研究处于国际前沿。

关键词：DNA 降解 磷硫酰化DNA 氧化切割机制 抗氧化剂 氧化压力

Abstract：DNA sulfur modification occurs in the DNA backbone，in which the nonbridging oxygen is replaced by sulfur，governed by five dndABCDE genes. This physiological modification is widespread in nature. However， it is still unclear the significance of this modification. Here， we found the sulfur modified DNA has two particular biological roles. On one hand， the sulfur in the DNA can scavenge the oxidative radicals， conferring the host resistance to oxdidative stress.On the other hand， the restriction genes adjacent to DNA sulfur modification can act as a protect wall to against invasion of foreign DNA， protecting the genetic stability of host. Here we are trying to study furthur of this DNA sulfur modification and apply it to Streptomyces sp. FR-008 to develop of a suitalbe microbial host.

Key Words：DNA degradation；DNA phosphorothioation；Oxidative breakage；Oxidative resistance

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