【文章內(nèi)容簡介】 氨酸殘基上的能力發(fā)生變化，該殘基一般在激酶的磷?；D(zhuǎn)移－二聚體結(jié)構(gòu)域。組氨酸上的磷酸基團隨后轉(zhuǎn)移到同源反應(yīng)調(diào)節(jié)基因的天冬氨酸殘基上，使得后者與目標啟動子的親和力增強。 ? 的雙組分調(diào)控系統(tǒng)的存在： 37個傳感激酶和 34個反應(yīng)調(diào)節(jié)基因已被確定，其中 30個激酶－應(yīng)激調(diào)節(jié)基因組合在 色體上相近排列 。 誘導這些雙組分調(diào)控系統(tǒng)的環(huán)境信號還未知，因此通過適當?shù)卮碳ぜ毎麃泶_定它們的目標基因顯得很困難。 ? 為解決這個問題， Ogura 和他的伙伴（2022）在一個多拷貝質(zhì)粒（ pDG148）中，將應(yīng)激調(diào)節(jié)基因置于受 IPTG誘導的啟動子控制下，然后在 達，破壞它們的同源傳感激酶基因。應(yīng)激調(diào)節(jié)基因的過量表達預(yù)期的結(jié)果是看到缺乏特定環(huán)境信號和同源傳感激酶而無法磷酸化時目標基因表達情況的改變。利用DNA微陣列分析確定了應(yīng)激調(diào)節(jié)基因的過量表達在基因組轉(zhuǎn)錄水平上的影響。 生長和成孢過程中 全局性基因表達 ? 厭氧呼吸 細菌經(jīng)常遇到外界含氧量水平的上下波動。與嚴格的需氧或者厭氧生物相比，兼性細菌在細胞代謝過程中如果遇到外界氧含量變化，它們就會通過感應(yīng)氧壓來進行適當?shù)恼{(diào)節(jié) 。 ? 細菌通過改變潛在基因的表達或者調(diào)節(jié)蛋白活性來適應(yīng)氧化還原環(huán)境的改變。 ? 一直以來都認為 物，它以碳（以簡單碳水化合物或者有機酸的形式）作為能源來生長和生物合成細胞元件。 ? 然而，研究證明， 件下呼吸，它們以硝酸鹽或亞硝酸鹽為最終的電子受體，或者在缺少外界電子受體的情況下進行發(fā)酵 。 ? 從硝酸鹽到氨的異化還原過程需要兩種酶，膜結(jié)合的硝酸鹽還原酶（由 narGHJI操縱子編碼）和依賴于 NADH的亞硝酸鹽還原酶（由 nasDEF操縱子編碼） 。 延胡索酸鹽 /硝酸鹽還原調(diào)節(jié)子（ FNR）是無氧條件下誘導的能夠調(diào)節(jié) narGHJI操縱子表達的轉(zhuǎn)錄活化子 。 雙組分信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)， ResD/ResE，它能在氧受限的情況下通過激活 fnr轉(zhuǎn)錄子，從而在調(diào)節(jié)控制無氧呼吸的途徑中起重要作用 。 ? 在沒有硝酸鹽和亞硝酸鹽存在時，在無氧條件下 長，但在培養(yǎng)基中加入丙酮酸鹽后 。 ? 目前尚不知道無氧條件下基因表達的整體變化情況。為了在基因水平上揭示無氧基因表達的代謝和遺傳控制機制，包含有4,020個開放閱讀框的 陣列被用于檢測在指數(shù)生長期有氧和無氧條件下基因表達不同的模式 。 ? 從有氧到無氧的轉(zhuǎn)變，誘導或者抑制了幾百個不同細胞功能的基因，包括碳代謝、電子轉(zhuǎn)移、離子轉(zhuǎn)運、抗生素產(chǎn)生以及壓力適應(yīng)應(yīng)答。最突出的是包含了以下這些基因的表達： ? ⑴ ydjL，編碼了一個能夠產(chǎn)生 2,3丁二醇脫氫酶的基因 。 ? ⑵ ytkA，該基因在影響壓力應(yīng)答基因 dps的上游； ? ⑶未知區(qū)域 yolIJK，它編碼了一個能夠產(chǎn)生類似于 aspartyl蛋白酶（ YolJ）和二硫鍵氧化還原酶的基因 。 ? 其他一些未知基因的 mRNA的量在某些無氧條件下會優(yōu)先得到顯著提高 。 ? 當 ， YkzH和 ykjA基因能夠得到高水平的轉(zhuǎn)錄。 ? 然而， ywcJ和 yumD基因的轉(zhuǎn)錄水平在沒有丙酮酸鹽存在的發(fā)酵條件下，能夠提高 30－ 50倍。還有一些未知基因簇， yjlCD和yxxGyxiM，能夠在硝酸鹽和亞硝酸鹽異化還原過程中和沒有丙酮酸鹽的發(fā)酵生長過程中被負調(diào)節(jié)。盡管微陣列表達譜分析用于探究基因功能只是探索性的，但報道的結(jié)果至少能對以前沒有注釋功能類別的基因建議一些可能的功能。 ? B． subbtilis中的硝酸鹽和亞硝酸鹽的信號基因表達譜是對 narGHJI（硝酸鹽還原酶）、 narK（硝酸鹽排出蛋白）、 fnr（球狀厭氧呼吸調(diào)節(jié)子）和 hmp（生理功能未知的被公認的黃血色素），以及 nasDEF（硝酸鹽還原酶）、 cydABCD（細胞色素氧化酶和ABC膜轉(zhuǎn)運蛋白）、 sboalb（一種未知蛋白 subtilosin）、 ywiD（生理功能未知）、ywiC（生理功能未知）的一種極好的誘導。 ? 在葡萄糖培養(yǎng)基中低效率發(fā)酵生長的特點是 pdhAB（丙酮酸脫氫酶）表達量的減少和 lctPE(L乳酸透性酶和 L－乳酸脫氫酶 )表達量的顯著增加。整體轉(zhuǎn)錄譜（ global transcriptional profiling）顯示 控制厭氧呼吸的調(diào)控線路是動態(tài)的和復雜的，在這個調(diào)控線路中還包含了一些特定專門調(diào)節(jié)硝酸鹽厭氧呼吸的基因和另一些在發(fā)酵生長中發(fā)揮根本性影響的基因 。 孢子形成 ? 歷史上，科學家們之所以對 的感興趣以至于將它作為一種實驗?zāi)Ｊ缴?，很大程度上是因為這種細菌可以經(jīng)歷孢子形成的過程，而這種過程往往是對饑餓的高度特化的適應(yīng)性反映 。 ? 在細菌中，孢子形成代表了一種相對簡單的實驗可追蹤的發(fā)育過程，它能導致細胞結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。 ? 由于孢子形成是一個復雜的分化過程，所以它需要一個錯綜復雜的轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)去協(xié)調(diào)基因表達和復雜的形態(tài)變化。這一過程需要一系列受到多重調(diào)控的 δ轉(zhuǎn)錄因子的活性 。 ? 經(jīng)過許多實驗室的數(shù)十年的研究，和孢子形成有關(guān)的主要基因已經(jīng)被分離和鑒定，其中包括控制 錄活化蛋白和抑制蛋白 Spo0A。 ? 圖 ： 對微陣列得到的 586個Bacillus subtilis基因的轉(zhuǎn)錄圖譜進行分級分析，這些基因的表達水平依賴于 Spo0A。 ? 具有相似表達圖譜的基因歸為一類。如圖所示，這些基因共分為三大類： ? （ 1）依賴于 Spa0A但是不依賴于σF表達的基因； ? （ 2）表達受到 Spo0A阻遏的基因 ? （ 3）受 σF控制或者一些能夠形成孢子的下游轉(zhuǎn)錄因子控制的基因。 ? 每一大類的代表基因均在圖右側(cè)表明。紅色和綠色分別代表高低不同的 mRNA表達水平。 ? 一些研究小組通過建立二維的蛋白圖譜精確定位物理位置，已經(jīng)得到了 基因表達的特殊模式 。 ? 下面 著眼于產(chǎn)孢 在外力誘導蛋白的分析，并介紹蛋白質(zhì)組是如何提高我們對整體細胞的認識。 胞外蛋白組 ? 像土壤微生物那樣， 種分泌大量的蛋白，主要是降解酶，它們保證細菌可以從廣泛的底物中吸取營養(yǎng)物質(zhì)從而可以在復雜的連續(xù)變化的環(huán)境中生存 。 ? 另外，真細菌的分泌蛋白還有其他重要的機能，比如，細胞之間的互相交流，解除環(huán)境毒素，或者降低競爭者的數(shù)量。 ? 生長期大多數(shù)的蛋白是由那些在糖酵解，三羧酸循環(huán)，氨基酸的生物合成，翻譯和蛋白量的控制中保守的持家基因所分泌的。 ? 整體的數(shù)據(jù)顯示， 組包括糖類代謝有關(guān)的酶、蛋白酶或肽酶、氨基酸代謝中有關(guān)的酶、核酸降解有關(guān)的酶、脂酶、堿性磷酸酶、磷酸二脂酶、細胞壁生物合成中的蛋白、脂蛋白（包括不同轉(zhuǎn)運系統(tǒng)中的底物結(jié)合元件）、解毒蛋白、鞭毛蛋白、推測中的轉(zhuǎn)錄因子、蛋白合成和折疊有關(guān)的蛋白（包括 GroEL伴侶）、原噬菌體有關(guān)的蛋白、產(chǎn)孢特異性蛋白和 13個未知功能的蛋白 。 4 酵母 (Saccharomyces cerevisiae)：高等真核生物的模型 電鏡圖片 ? 釀酒酵母（ Saccharomyces cerevisiae）是一種簡單的單細胞真核生物，可以作為高等真核生物的模型生物。對這個物種的研究可以使我們了解細胞生命最基本的機制，尤其是人類遺傳病的分子基礎(chǔ)。與人類相比， S. cerevisiae的基因在實驗中更容易操作，可以比較容易的刪除、突變、然后重新轉(zhuǎn)入酵母細胞內(nèi)、過表達、標記并全面地對基因進行研究 。 ? 46%的已被識別的人類蛋白在酵母的蛋白質(zhì)組中都找得到結(jié)構(gòu)同源蛋白。這些人類和酵母共有的同源蛋白都參與細胞生命中很基礎(chǔ)的活動，如 DNA復制、重組和修復， RNA轉(zhuǎn)錄、翻譯，細胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運和基本代謝。 ? 比較有醫(yī)學意義的是，酵母的基因與 3040%的人類疾病相關(guān)基因有很高的序列相似性 。 ? 雖然很難評估酵母和人共有的的結(jié)構(gòu)同源基因在功能上是否保守， S. cerevisiae代表了一個很寶貴的實驗系統(tǒng)，可以使我們探索還沒有被了解的人類疾病的相關(guān)基因 。 ? 酵母作為復雜真核生物實驗?zāi)Ｐ偷囊粋€潛在價值是，與人類腎性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良（adrenoleukodystrophy）相關(guān)的 ALD基因 ，腎性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良是一種神經(jīng)退化性疾病，這種病人的過氧化物酶體中飽和長鏈脂肪酸的 β氧化是有缺陷的（過氧化物酶體是微體的主要類型，或者是真核細胞質(zhì)中的由膜包裹的，含有特別酶類的細胞器）。 ? 人類 ALD基因部分編碼一個 ABC轉(zhuǎn)運蛋白，這種蛋白位于過氧化物酶體的膜上，與酵母細胞的兩個 ORFs， Pal1p和 Ykl188c，有結(jié)構(gòu)同源性。 ? 但是，因為基因序列和基因功能不是總能在不同的物種之間保持保守，所以在用模式生物，比如酵母的同源基因解釋人類疾病時仍需要謹慎。 酵母基因組 ? 出芽酵母 S. cerevisiae的全基因組序列 1996年 已經(jīng)測定，這項工作由來自比利時、英國、加拿大、美國、法國、德國、日本和瑞士的科學家通過國際合作完成。它的全基因組序列在 1996年公布，這標志著第一個真核生物的基因組被人類闡明 。 ? 通過對 16個獨立的染色體中 1200萬對堿基的序列分析，人們推測約有 6， 247個可能的開放閱讀框負責編碼酵母細胞中的蛋白質(zhì)產(chǎn)物 。 ? S. cerevisiae基因組序列測定完成后的幾年中，根據(jù)序列和遺傳信息，幾乎所有的酵母基因都被注解。在線的酵母基因組數(shù)據(jù)庫（ MYGD），可通過慕尼黑蛋白序列信息中心（