Advances in Genetics, Volume 109
出版：ACADEMIC PRESS
ISBN: 978-0-443-18580-9
藏书地点：武大外教中心
在生物细胞中，DNA或RNA分子间或分子内的同源序列能在自然条件下以一定的频率发生重新组合，这个过程称为同源重组（Homologous Recombination）。同源重组的频率与DNA或RNA序列的同源程度（即序列的相似程度）、同源区域大小以及生物个体的遗传特性密切相关，一般而言，同源程度越高、同源区域越大，重组的频率就越高。同源重组是生物进化的一种重要方式，对于原核细菌、噬菌体和病毒而言，同源重组现象的发生尤为普遍。
原核生物细胞中的同源重组是个较为复杂的过程，涉及到下列多个基因的联合作用：第一种为recA基因。在一项以高频转导细菌为供体、F-细胞为受体的大肠杆菌接合实验中，人们筛选出无法产生选择性突变子的F-克隆，从而分离得到recA突变子。它与野生型亲本株的不同点在于其转导缺陷特征，对紫外线和X射线呈现高度耐受性，既不为紫外线所突变，也不能使紫外线失活的l-噬菌体回复突变，更无法通过紫外线诱导溶源噬菌体进入裂解循环。
进一步的研究结果表明，大肠杆菌recA基因编码的RecA蛋白是一个39 kDa的单一多链肽，它作为一种重要的重组酶参与同源重组，其主要作用包括促进DNA同源片段的联会以及DNA分子间的单链交换。由于RecA蛋白具有依赖于单链DNA的ATP酶活性，因此涉及到所有耗能的DNA反应，如互补单链DNA区域的退火、线状单链DNA和环状双链DNA、两条线状双链DNA分子间的单链交联（即同源重组Holliday机制的中间体）。
RecA介导的同源重组反应对单链DNA的结构要求与同源DNA分子间的联会机制有关。在中性pH的条件下，RecA能大量结合于单链DNA，每个单体与单链DNA上的3-5个碱基结合，而且这种结合作用呈现高度的协同效应。此外，RecA还具有依赖pH和ATP等三磷酸核苷酸的双链DNA结合活性。这种持续的结合作用使得双链DNA有效地解离为单链，直到与含有大于50碱基的同源区域发生联会，并形成Holliday中间体hDNA。在RecA蛋白催化的D-噜噗分叉迁移反应中，单链DNA同化是单方向的，速度极慢，每秒仅几个碱基，并且存在着1%以上的错配碱基。
RecA促进DNA同源重组反应并形成稳定的重组产物，要求底物具备三个条件：即DNA分子间或分子内存在较高的同源序列、至少一种DNA底物呈单链结构、至少一条DNA链具有自由末端。但值得注意的是，当拓扑异构酶参与反应时，最后一个条件并不是必需的。对纯化的RecA蛋白和完整细胞的研究表明，有效重组事件的发生至少需要40~50个碱基对的同源性，30个同源碱基对通常不能发生联会作用。
类似RecA的蛋白质广泛存在于各种细菌中，鼠伤寒沙门氏杆菌和奇异变形杆菌等细菌均含有能互补大肠杆菌recA突变株的DNA片段，并诱导SOS反应。它们所编码的蛋白质结构呈高度保守性，并且具有相近的分子量（约40 kDa），这表明由RecA蛋白介导的同源重组机制具有广泛的代表性。
第二种为recBCD基因。RecA蛋白质无疑是同源重组中最重要的蛋白组份之一，但是它只能催化同源联会和链交换反应，不能控制重组过程中的其他步骤，如单链DNA区域的形成、连锁分子的拆分等。根据对大肠杆菌各种重组突变体的研究发现，除了RecA蛋白之外，还需要recB、recC、recD、recE、recF、recG、recJ、recK、recL和recN等基因的编码产物。
在筛选大肠杆菌重组缺陷型突变株的过程中，相继鉴定了recB和recC突变子。其它细菌中也发现了与大肠杆菌RecBCD酶性质相同的ATP-依赖型脱氧核糖核酸酶，第一个关于这方面的报道来自于藤黄微球菌（Microccus luteus）。
大肠杆菌的recB、recC和recD基因分别编码130 kDa、120 kDa和60 kDa的多肽链，三者构成一个在同源重组中的功能单位RecBCD蛋白复合物。它是一个多功能的酶系，具有依赖于ATP的单链和双链DNA外切酶的性质，因此又称为外切核酸酶V。它能利用水解ATP释放的能量使线型DNA解旋，此外还呈现序列特异性的DNA单链内切酶活性。
体外实验结果表明，如果系统中缺少SSB，RecBCD能进攻线型双链DNA的末端，一次解旋1000 bp左右的区域，其中一条链被切成4~5碱基的寡核苷酸，另一条链则成为1000个碱基左右的单链尾巴。RecBCD对线型双链DNA的外切活性最高，而对于平头末端的双链DNA来说，螺旋酶活性占主导地位。RecBCD只对具有平头末端或者几乎平头结构的线型DNA分子呈现解旋功能，而对超螺旋、缺刻、含10到774个碱基缺口的环状双链DNA或含大于30碱基的单链结构的线型DNA分子均无活性。由RecBCD产生的单链DNA可能是RecA促进联会反应的主要底物。
当DNA通过转化、交配或噬菌体感染进入细菌细胞时，细菌面临挑战。他们是应该把这种DNA视为入侵性的外来者并摧毁它，还是认为它是自己的DNA，并可能从整合新基因或等位基因中获益以获得有用的功能?人们常说，短核苷酸序列Chi(5’ GCTGGTGG 3’)是大肠杆菌RecBCD解旋酶核酸酶识别的同源遗传重组热点，它使大肠杆菌能够将其DNA(自身)与任何其他DNA(非自身)区分开来，并破坏非自身DNA，并且Chi在大肠杆菌基因组中“过度代表”。我们在这里表明，后一种说法(教条)没有现有证据的支持。我们注意到Chi在远亲细菌物种和噬菌体中广泛存在和活动。我们阐明了大肠杆菌和大肠杆菌P1基因组的多个高度非随机特征，这些特征解释了Chi的高频率和基因组位置，使我们提出P1选择了Chi的增强重组，而大肠杆菌选择了Chi中的首选密码子。我们讨论了其他，先前描述的自我决定与非自我决定的机制，涉及RecBCD，以及RecBCD破坏不能重组的DNA的机制，无论是外来的还是国内的，有或没有Chi。
胃致病菌幽门螺杆菌的耐酸作用需要四个调节脲酶活性的必要过程的协调。首先，在不同的环境ph值下，脲酶的表达需要在一个碱基水平以上进行微调。其次，由于激活脲酶需要镍，镍的稳态需要通过蛋白质来维持，这些蛋白质输入和输出镍离子，并在需要时隔离、储存和释放镍。第三，需要表达通过插入镍激活脲酶活性的脲酶辅助蛋白。最后，尿素的可靠来源需要通过内在和外在尿素来源来维持。双组分系统(arsRS和flgRS)以及镍反应调节剂(NikR)能够感知pH值的变化，并作用于多种基因，在不引起细胞过度碱化和镍毒性的情况下完成耐酸功能。镍储存蛋白还具有内置开关，可以在中性pH值下储存镍，在低pH值下释放镍。本文总结了幽门螺杆菌的研究现状，并强调了一些需要验证的假设。
《遗传学的进展，第109卷》一书于2022年由ACADEMIC PRESS出版，作者为Gerald R. Smith。
《遗传学的进展，第109卷》一书，作者展现了遗传学研究领域中关的一些最新研究，讨论的主题主要包括两部分，分别为RecBCD酶和Chi重组热点作为自我与非自我的决定因素，胃病原体幽门螺杆菌pH稳态的多重调节机制。
《遗传学的进展，第109卷》是生物学实验室不可或缺的工具用书，适用于遗传学等相关专业的研究生和研究人员高年级本科生、研究生，也可作为教师的教学和科研参考书，亦可对医学和肿瘤学的研究生和研究人员有用。
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总的说来，《遗传学的进展，第109卷》一书为想要了解遗传学进展的人员提供了清晰的导读路径，作为遗传学和生物医学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
本书目录：
撰稿者名单
第1章 RecBCD酶和Chi重组热点作为自我与非自我的决定因素：神话和机制
Suriyen Subramaniam, Gerald R. Smith
第2章 胃病原体幽门螺杆菌pH稳态的多重调节机制
Xuhua
Xia
胡萌欣 武汉大学生命科学学院 博士