《砷基生命DNA的精細化學結構鑑定及對細胞活動影響》是依託武漢大學，由陳實擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：砷基生命DNA的精細化學結構鑑定及對細胞活動影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳實
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為生命的中樞，DNA上每個微小的改變都牽動著相應的生命現象。DNA生理修飾包括鹼基上甲基化修飾和磷酸骨架上的磷硫醯化硫修飾。2010年12月Science雜誌報導了一種獨特的砷基生命細菌，可以將砷整合到它的DNA中。這是DNA上首次發現除CHONPS之外的新元素，可能代表了一種前所未見的DNA化學結構。然而，雖然知道此細菌DNA中含有砷，但是砷位於DNA的什麼位置，砷取代的頻率，仍是未解之謎。本項目將依託申請人前期成功鑑定DNA硫修飾本質的經驗和技術，來解析砷取代的精細化學結構，並鑑定這種砷取代的序列和頻率特徵。本項目還將鑑定砷基生命細菌基因組的特徵，以及基因組特徵與砷基生命超能力之間的聯繫。進一步尋找可能決定這種超能力的基因，以及砷取代對基因表達等生命活動的影響，來研究砷基生命的生物學意義。
結題摘要
GFAJ-1是一種桿狀鹽單胞菌科（Halomonadaceae）嗜極細菌，由美國宇航局（NASA）一位太空生物學研究員Felisa Wolfe-Simon發現並培養的。2010年12月2日，Science雜誌報導稱該細菌能在缺乏磷元素的環境中吸收砷元素進入細胞內，並利用該元素對DNA進行修飾—“砷基生命”。雖然“砷基生命”的假說後來被一系列的數據徹底推翻，但是GFAJ-1相對於其近源鹽類細菌，從外界環境吸收砷的傾向更勝一籌，這就值得我們進一步對其抗砷機制進行探索與挖掘。 我們通過測序獲得GFAJ-1基因組完成圖，成功在GFAJ-1染色體上定位了一系列與砷代謝相關的基因以及基因簇，其中包括5個散在的ars基因：arsA基因、arsB基因、arsR基因、acr3-1基因和arsC基因；1個由arsH1、acr3-2和arsH2三個基因組成的ars基因簇； 1個由mfs1、mfs2和G3P三個基因組成的mfs基因簇以及2個由pstB、pstA、pstC、pstS四個基因組成的pst基因簇。我們在國際上率先建立了GFAJ-1的基因作業系統，完成了各抗砷相關基因缺失，獲得了多達27個基因缺失突變株，並且觀察了這些基因缺失後相應突變株的砷抗性表型。 我們最終確定了GFAJ-1抗砷表型相關的兩個操縱子。其中，GFAJ-1三價砷抗性表型由ars操縱子調控，而五價砷抗性表型由ars操縱子和mfs操縱子共同調控，並且ars操縱子中的acr3-2基因在GFAJ-1三價砷和五價砷解毒機制中都扮演著重要的角色。而mfs操縱子中mfs2基因和G3P基因僅僅對GFAJ-1五價砷抗性表型起作用。由此，我們在國際上率先提出了GFAJ-1獨特的砷解毒機制：環境中五價砷通過磷酸轉運系統pst/pit系統進入細胞，隨後五價砷以兩種形式排出細胞，一種是五價砷通過還原蛋白還原成三價砷，隨後通過Acr3砷泵蛋白排除細胞，一種是五價砷直接通過MFS蛋白排出細胞，以此達到五價砷解毒效果；而三價砷As（Ⅲ）通過水-甘油蛋白通道GlpF進入細胞，並且直接通過砷泵蛋白Acr3排出細胞。GFAJ-1砷解毒機制不同於以往報導的單純由ars操縱子調控，加入了mfs操縱子的協同作用，使得GFAJ-1相對於其它近源鹽類細菌的砷解毒能力更勝一籌。GFAJ-1抗砷機制的闡明給其它生物砷解毒研究提供了新的方向。
