重组DNA的稳定性及其对适应性的影响

Lens.,RE 谢国文

文章主题:重组DNA 稳定性 适应性

文章内容：重组的稳定性及其对适应性的影响..等摘要重组的稳定性受遗传传递的确限度拓工程生物昀适应性影响依据超重行车假说,工程生物的应用列环境具有内在的安牟臀.固为对重组柏预期功毹缺乏选择,由于其运拽翻表达的丧失而导致工程生物性状消失.有不少俐证意持这种假说,世也有某些重要的例外情况引言根据许多支持者的观点,作为生物工程的应用目的,把遗母:程生韧释放到璐境中去具有向征柏安全性.这种安全性是由于重组的运鞍瓤表达的丧失得出的推断.工程生物与其岈生型配对物比较,其适应性较低,同此应该防止工程生物的随意散布.莸们把这个论点叫做"超重行李"假说."超蘑行李假说是以达尔文生物进化论为理溏依据在《物种起源》,达尔文认为,选择作用不仪可以保存某些性状,而且也会使某些性状丢失虽然迭尔文当时并不知避导致性状丢失的遗传机刳,但我们现在知道在缺乏对性状功锭的选择耐性状丢失的累扭变异.进行重组的稳定性的讨论,我们必须考虑到重组的稳定性不仅受到工程生物适应性的影响,而且受到重组复制和传递的影响,因为这也将影响到重组命番.分离与选择以耘想,某些工程性状如此不稳定,以致使某些工程生物预精应罔失败.倘若天真地设想由于遗传分离而导致工程性状的:稳定,那么可以适当增排藿芝的拷!势,扭而使每个后代得到一个工程基因功能,?4'一拷贝的可能傩硝太.但是,如果这种不稳定性主要是由于对重组基冈表选的严格选择造成的,那幺增加拷贝数量就能扩大选撵,剐使这种不稳定性进一步加重来潺于群体遗传学领域的模型可悄于引分离与选择对重组稳定性的影响当霞组被运载于染色体外因子(如质粒)上时,分离可能显得特别重要,其复制和阵递或多或少不受染色体蛆的控『.染色体外网子分离的可能性职凄予方面的因索,包括它们的短铷率,拷贝数量辊正常功能的存在与否,可以设想通过使拷贝均等分配给子细胞裘增加工程性状的稳定性.能量负担与生理紊乱遗传工程生物可能面临着两个显着的舟题.一是合成附加的大分子(包括榜酸和蛋白质)的能量负担,二是由于新型基圈的表达可能目起正常生理过程的紊乱事宴上,这两种影响表明同任何遗传变异的结果一样,不管是否由遗传工程造成的.稻『占测出犬酾轩菌细胞含有50十质粒322拷贝(4.4),表达相当于总细胞蛋白的2师的纯系基因产品约需要0.1嘶以上『&;,用于质粒和蛋白质合成就需13呖以上的.仅从这些能量数字考虑,至少在:乏选择纯系基矧产品的情况_,司望选择有于髓粒游离分离子刊质粒的细胞.综合研究了自然?:生抗菌素抗性的质粒对大肠杆菌寄主生殪期的影响,他们发现这些质粒的物质比率倍增时间增加超过5面.但生殖期的延长与质粒的体积和拷贝数量关系不大因而,能量负担与附加的关系看来似乎并不重要,这支持了的估计.较长的倍增时阔估计可能对质粒犏码蛋白表达有影响.然而,蛩自质合成的能量负担和生理过程紊乱,究竟哪个问题更重要尚不清楚.在某些情况下,显然,能量计算可能大大砥估了有关不必要的蛋白质表达的不利条伴.由于能量储存自然增长给营养敞陷体,冈此提出在培养基中补充足够的氨基酸的情况下,选择营养突变体(不能合吱某些氨基酸)优于它们的原募性袒先.许多_试验也已证实,在这种条件下,营养缺陷体具有选择的优势.而表明,色氨酸营养缺陷体的优势比单独根据能量效率来解释的要重要得多.弛假设,由代谢中引起的某些生理过程紊乱仅_投在原养型品系中呈现.但是,对观察到的选择性变异与能量储存的估计之间确切的性质差异并不靖楚.生理紊乱与不必需基因产物的表达有关,有时这种相关性-】能非常密切.等人发现,:丘肠杆菌细胞会严重损害一杂交蛋白构诱导合成.这种损害之所以发生是为杂交分子会变成细胞质膜的物质塞,从而阻碍用质和外屡膜蛋白的必需运输.等人观察到,诱导10四环素抗性闻,当带有多拷贝质粒时,严重抑制其大晒杆菌寄主的生长.这种抑制的显着发生是旧为抗性蛋白的破环影响了细胞的正常生理活动.这种影响可能与蛋白质外渗活性有关(就环素和其它可能的代谢物而论),或者】能是细胞质膜的功能蛋门于扰的结果.有趣的是,他们还证实,当有许多抗性基阿拷贝时,就会降低对四环索的表型抗性水平.阁此,这项研究说明了基图表达和表现性状之间的复杂关系进化与共同进化选择性损失与基因有关由于能量负担还是由于某些生理过程紊乱造成这种损失,都可能受后米进化所减少.也许是高弋价的基日产物表达水平降低的突变造成的,或者是别的补偿关键性生理过程紊乱的基因龃的突变结果_和[发现,抗病毒4的大肠杆菌突变体的适应性并不比它们的敏感型祖先强,当病毒不存在时,允许两种基因型竞争.然而,与4的抗性有关的选择仕损失可以克服,因为增强竞争适应性的跗加突变没有降低抗性.(这些附加突变至今还不明确,它们∞功能的生理基础也不清楚.)同样,等人已观察到铜绿蝇()的选择性损,失与抗杀虫剂二嗪农的突变有关,锅绿蝇的后来进化使之减少或消除了茹剂的杀伤力.造成这种效应的基因并不与抗性基因连锁,其产物的作用机制尚不清楚,但在锖绿蝇的发育过程中,它似对抗性基因的紊乱具有调节效应.有许多试验研究表明,意外的适应性优势与细菌外酒的运载有关.等人发现转位子5(以及它的成分50插八顺序)可以提高大晒杆菌的某些寄主的生长率.产生这种效应需要一种功能基因产物(转位酶或有关抑制物),但它并不受转泣因子本身的传递.许多研究者也指出,运载整合的病毒基因可以意外地提高感染细菌的寄主的生长率,至少在某些培养条件下是这样的等人证咀,当进行无性繁殖质粒时,病毒基因组能使产生质粒的细胞比缺乏病毒运载质粒的细胞的适应性相对提高.有人认为这些增强适应性功能表现在附加遗传因子和它们的寄主之间的互惠共同进化上.在理论基础上,附加因子能限制寄主间发生的有害传递,这对提高寄主适应蛙功舛能的选择是很有利的.0和验了非遗传的质粒和荩大肠杆菌寄主之间的进化关系.最韧,这种进化关系在有抗菌素存在妁条件下是互惠酶但在缺乏抗菌京的条件下则是互相拮抗的.培养500代后,这种进化关系在两种环境条件中都是互惠的.有趣的是,遗传变异所带来的这种进化转变只发生在细荫寄土的基阿组内,而并不是发