耐辐射球菌(Deinococcus radiodurans)是迄今为止发现的对电离辐射、紫外线、过氧化氢等一些DNA损伤剂都具有极强抗性的微小球菌。公认的耐辐射球菌有3种DNA修复方式:碱基切除修复、核苷酸切除修复和重组修复,但DNA修复过程的启动机制和修复的分子机理却知之甚少。
在这方面,浙江大学的研究人员近年来专心研究D. radiodurans的DNA修复机制来逐步提高实验室在本领域的国际影响力,成功与国外主流实验室进行的一项合作研究。从2008年到2009年逐渐获得了一些成果,分别发表在《PNAS》,《PLoS ONE》等杂志上。
领导这项研究的是华跃进教授,其1994年在德国马堡大学医学院获得理学博士学位,现任浙江大学应用生物科学系主任,目前的主要研究方向为耐辐射细菌的基因结构和功能、DNA修复机制等。
发表在PLoS ONE杂志上的文章中,研究人员发现OxyR家族基因可以分为两类:2-Cys类和1-Cys类,在细菌中,OxyR是过氧化物受体和转录调节元件,它能感受活性氧的存在并诱导抗氧化系统的功能。当细胞感受到时,OxyR蛋白通过两个保守的半胱氨酸残基(C199和C208)的二硫键的形成而被激活,在耐辐射球菌中,发现了一个基因DrOxyR基因具有特殊的特征,即它只有一个保守的半胱氨酸。 Dr0615的突变体对H2O2表现超敏感,但对电离辐射不甚敏感。定点突变和体内功能分析表明,DrOxyR蛋白的C210对感受H2O2是必须的,定量PCR和转录丰度分析表明,DrOxyR既是转录激活子也是转录抑制子,能调节Mn/Fe的平衡。
另外一篇近期发表在《美国国家科学院院刊》上的文章:Endogenous nitric oxide regulates the recovery of the radiation-resistant bacterium D. radiodurans from exposure to UV light中,华跃进教授与美国康内尔大学Brian Crane教授实验室首次阐述了一氧化氮(NO)信号分子在耐辐射奇球菌的极端辐射中的重要作用,证明一氧化氮很可能是该细菌耐受超剂量辐射能力的一个关键原因。
耐辐射球菌具有对电离辐射、紫外线及丝裂霉素等物理化学DNA损伤因素的极端抗性,被称为“世界上最坚韧的”细菌,因此是研究基因组完整性和稳定性的一种理想模式生物。以上这些研究成果对于更进一步了解这种非常态菌,以及环境修复、农作物抗旱育种、动植物抗病育种等方面的研究具有重要的意义。
(生物通:万纹)
附:华跃进
现任浙江大学应用生物科学系主任、原子核农业科学研究所所长、浙江大学生物物理学科带头人、中国比较内分泌学会理事、中国原子核农学会常务理事、浙江省原子核农学会理事长、日本东京大学大学院客座教授。 1994年在德国马堡大学医学院获得理学博士学位。1995~1999年在日本农业生物资源研究所进行博士后研究。1999年回国工作。2004年获得国家杰出青年基金,同年入选“长江学者奖励计划”。目前的主要研究方向为耐辐射细菌的基因结构和功能、DNA修复机制等。
1999年在世界上首次从家蚕脑分离鉴定了昆虫前胸腺抑制肽(PSTP),开辟了昆虫神经内分泌学研究的一个新领域。近年来,在耐辐射球菌的DNA修复机制的研究方面取得重大进展,发现和鉴定了一个通过调控 recA、pprA 等基因表达来增强DNA修复能力的关键因子PprI。现主持国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究计划(973)等项目。主持完成的研究成果“DNA修复开关基因的发现与鉴定”入选“2003年度中国高校十大科技进展”。
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