獨特的硫化修飾DNA抗逆優勢的發掘和應用研究進展報告

汪志軍　梁晶丹

摘 要：在細菌的DNA上進行磷硫酰化修飾（硫修飾），而硫修飾DNA在電泳過程中發生降解表型（DNA degradation，Dnd）。負責這種磷硫酰化修飾功能的蛋白由5個連鎖并存在于一個基因組島上的5個基因dndA-E編碼，其中4個基因dndA和dndC-E是磷硫酰化修飾所必需的基因。而對于生理學意義直到最近，才在天藍色鏈霉菌中發現了特異地限制磷硫酰化DNA的基因，在沙門氏菌中發現了磷硫酰化修飾限制系統。到目前為止磷硫酰化修飾DNA電泳過程中降解機制不明，且其生理學意義知之甚少。用化學合成的模擬底物磷硫酰化修飾的二核苷dGSA和PAA-TAE激活液反應，作為研究磷硫酰化DNA電泳過程中降解機制的模擬反應，鑒定到6個產物。最終提出磷硫酰化DNA在電泳過程中發生的化學反應即降解機制，磷硫酰化DNA的最終命運有兩種可能性，一種是磷硫酰化DNA可以在PAA等氧化劑的作用直接氧化到正常的DNA，或者先被氧化到氫膦酸酯然后再被氧化到正常的DNA而不會引起磷硫酰化DNA斷裂降解；另一種是磷硫酰化DNA被PAA氧化到氫膦酸酯的DNA，然后被水解而表現為磷硫酰化DNA電泳過程中的降解。自然界的沙門氏菌含有磷硫酰化修飾DNA，能夠作為抗氧化劑抵抗一定的氧化壓力。當將編碼沙門氏菌的整個dpt基因簇質粒轉化到大腸桿菌DH10B中，賦予新宿主菌以磷硫酰化修飾DNA的特性，增加了宿主菌對抗過氧化氫的能力。證明磷硫酰化DNA可以給細菌帶來抗氧化壓力的能力，也可以解釋為什么編碼磷硫酰化修飾DNA的基因處于一個基因組島上，使其能夠在微生物間進行水平轉移然后賦予新宿主以抵抗氧化壓力的能力。綜上所述，磷硫酰化DNA在電泳過程中降解主要是因為被過氧化物氧化生成氫膦酸酯化DNA，然后發生水解而斷裂；磷硫酰化DNA能夠作為抗氧化劑保護DNA免受氧化損傷，并消除一部分的氧化壓力，從而提高宿主菌在氧化壓力下的生存能力。該研究的實施為闡述磷硫酰DNA的生物學意義和應用價值提供堅實的理論數據。具有推動磷硫酰DNA的一系列研究處于國際前沿。

關鍵詞：DNA 降解 磷硫酰化DNA 氧化切割機制 抗氧化劑 氧化壓力

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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