接合

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接合

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连接是细菌细胞之间遗传物质的转移,通过直接的细胞间接触或两个细胞之间的桥状连接。 这是通过菌毛发生的。 它是细菌的一种副性繁殖方式。

与转化和转导一样,它是一种水平基因转移机制,尽管这两种其他机制不涉及细胞间接触。

经典的大肠杆菌细菌结合通常被认为是有性繁殖或交配的细菌等价物,因为它涉及遗传物质的交换。 然而,这不是有性繁殖,因为没有发生配子交换,实际上也没有新生物的产生:而是现有生物被改造。 在经典的大肠杆菌结合过程中,供体细胞提供结合或可移动的遗传元件,最常见的是质粒或转座子。 大多数接合质粒都有系统确保受体细胞不包含相似的元素。

转移的遗传信息通常对接受者有益。 好处可能包括抗生素耐药性、异生素耐受性或使用新代谢物的能力。 其他元素可能是有害的,可能被视为细菌寄生虫。

通过自发接合在大肠杆菌中进行的结合和通过分布结合转移在耻垢分枝杆菌中进行的结合与更好研究的经典大肠杆菌结合不同,因为这些情况涉及亲本基因组的大量混合。

机制

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结合图

  • 供体细胞产生菌毛。
  • 菌毛附着于受体细胞并将两个细胞结合在一起。
  • 移动质粒被切开,然后单链 DNA 被转移到受体细胞。
  • 两个细胞都合成互补链以产生双链环状质粒并繁殖菌毛; 这两个细胞现在都是 F 因子的活供体。

F因子是一个附加体(一种可以通过同源重组将自身整合到细菌染色体中的质粒),长度约为100 kb。 它带有自己的复制起点 oriV 和传输起点 oriT。 给定细菌中只能有一个 F 质粒拷贝,无论是游离的还是整合的,拥有一个拷贝的细菌称为 F 阳性或 F-plus(表示为 F+)。 缺少 F 质粒的细胞称为 F 阴性或 F 负 (F-),因此可以作为受体细胞。

在其他遗传信息中,F 质粒携带一个 tra 和 trb 位点,它们加起来大约 33 kb 长,由大约 40 个基因组成。 tra基因座包括菌毛蛋白基因和调节基因,它们一起在细胞表面形成菌毛。 该基因座还包括附着在 F- 细菌表面并启动结合的蛋白质的基因。 尽管对结合的确切机制存在一些争论,但似乎菌毛并不是 DNA 交换发生的结构。 这已经在实验中得到证明,在实验中,菌毛被允许接触,但随后被 SDS 变性,但 DNA 转化仍在进行。 在 tra 或 trb 基因座中编码的几种蛋白质似乎在细菌之间打开了一条通道,并且认为位于菌毛底部的 traD 酶启动了膜融合

当结合由信号启动时,松弛酶在结合质粒的一条链中的 oriT 处产生切口。 松弛酶可以单独起作用,也可以在由十几种蛋白质组成的复合体中起作用,这些蛋白质统称为松弛体。 在 F 质粒系统中,松弛酶称为 TraI,松弛体由 TraI、TraY、TraM 和整合的宿主因子 IHF 组成。 然后,带切口的链或 T 链从未断裂的链上解开,并以 5'-末端到 3'-末端的方向转移到受体细胞。

接合

剩余链的复制与结合作用无关(从 oriV 开始的营养复制)或与结合作用一致(结合复制类似于 λ 噬菌体的滚环复制)。 在成功转移发生之前,结合复制可能需要第二个切口。 最近的一份报告声称已经抑制了与模拟第二次切口事件中间步骤的化学物质的结合。

如果转移的 F 质粒先前已整合到供体的基因组中(产生 Hfr 菌株 [重组频率高]),则供体的一些染色体 DNA 也可能随质粒 DNA 一起转移。 转移的染色体 DNA 量取决于两种结合细菌保持接触的时间。 在常见的大肠杆菌实验室菌株中,整个细菌染色体的转移大约需要 100 分钟。 然后可以将转移的 DNA 整合到受体基因组中。

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