X噬菌體的基因調控x噬菌體是一種感染大腸桿菌的溫和噬菌體，侵染E.coli后既能進行復制和造成細菌裂解死亡，乂能整合進入E?coli基因組并隨著宿主基因組進行復制，進行溶源態生存。洛源發育盡管十分穩定，但是仍然可以通過一些損害宿主細胞的誘導劑使之誘導進入裂解感染。入噬菌體的裂解發育、溶源發育和溶源發育到裂解發育的誘導是研究生物分子調節優異的模型。經過四十多年的研究，在這個模型中已經發現了眾多的正調節因子和負調節因子在轉錄水平或轉錄后調節基因的表達。I?兩種發育途徑簡介X噬菌體在裂解發育中的繁殖過程為吸附宿主、向宿主注射核酸物質、基因的復制和蛋口質的表達、宿主細胞的裂解和子代噬菌體的釋放。裂解發育通過使噬菌體的基因按照一定的順序表達而完成，這樣就保證了每種成分在生命周期適宜的時間表達。裂解周期可以分為兩個主要的階段：早期感染一從噬菌體D\A進入宿主到開始復制的這一段時期，主要合成與DNA復制有關的酶類，如參與D\A復制.重組和修飾的酶；晚期感染一從復制開始到最后細胞裂解釋放出廣代噬菌體顆粒的過程，主要合成噬菌體顆粒的蛋白質外殼，山于噬菌體需要許多不同的蛋白質外科組建成衣殼和尾，因此基因組的絕大部分是用于執行晚期功能的。噬菌體基因表達的早期階段只有少數基因表達，并且嚴重依賴宿主的轉錄機構，例如RNA聚合酶和o因子。這些基因被成為早早期基因(immediateearlygene)。笫二類基因稱為遲早期基因(delayedearlygene)o裂解周期受到正調控作用，即每組基因只有受到恰當的信號刺激時才能啟動表達。因此，早早期基因的表達編碼了遲早期基因的調控蛋白，這種調控蛋白對于遲早期基因的表達是必需的。當噬菌體DNA開始復制時，晚期基因(lategene)開始表達。晚期基因的表達需要早早期或遲早期基因的編碼產物作為信號，在X噬菌體中，這種調控信號是一種抗終止因子。因此，裂解性感染通常分為三個時期：第一個時期山宿主RNA聚合酶轉錄噬菌體早期的轉錄調控因子；第二個時期的基因在前一階段表達的調控因子的作用下進行轉錄，此階段表達的基因大多數為噬菌體復制所必須；第三個時期山編碼噬菌體成分的基因組成，他們能夠在第二個時期合成的調控因子的指導下轉錄。每個時期的基因都含有編碼下一套基因表達所必須的轉錄因子基因，而本時期的基因表達也必然要受到上一階段表達的轉錄因子的調控，這樣裂解發育過程就形成了一種級聯反應控制過程。在級聯反應中，上一階段編碼的轉錄調控因子對下一階段的調控作用有兒種不同的機制，調控因子可能是一種新的RNA聚合酶，或者是產生一種新的o因子，聚合酶在RNA從而使得.本階段識別不同的啟動子并與之結合，開啟不同的基因轉錄；調控因子也可以是一種抗終止因子，山于抗終止過程，是的RNA聚合酶不僅能夠轉錄原來的基因片段，而且能夠越過終止子通讀隨后的序列。在X噬菌體中，控制早早期基因向遲早期基因表達的調控因子主要是通過抗終止子起作用的。事實上，當入噬菌體侵入細胞后，裂解和洛源途徑是以同樣的方式開始的，二者都需要早早期和遲早期基因的表達，之后兩種途徑產生分歧：若晚期基因得到表達，則啟動裂解過程；若晚期基因受到抑制，則啟動溶源發育。II.調控發育途徑的分子基礎X噬菌體的基因組為環狀結構，其中與轉錄調節有關的基因有：P,P,0,0,stl,tRl,cl,cro,nutR,nutL,ell,cIII,tR2,P,P等，各基因詳細的喚t功能將在下文敘述。1.兩種途徑共同的早期基因表達途徑竝才。基因，他們都是有宿主的RNAX噬菌體早早期基因只有兩個聚合基因和Nnut位點，使得轉錄進入基因編碼一種抗終止因子，它能夠作用與酶編碼的。cr。基因的轉錄產物具有雙重功能，既能阻止阻抑物的合成，也能遲早期基因；關閉早早期基因的表達。遲早期基因具有兩條用于復制的基因，7條用于重組的基因和3條用于編碼的基因，其中調控基因中ell和cIII是合成阻抑物所必需的，調控因子Q是使宿主RNA聚合酶轉錄晚期基因的抗終止因子。當X噬菌體進入感染細胞后啟動早早期基因的轉錄。宿主的RNA聚合酶結合左向和右向的啟動子P和P結合并啟動向左和向右的轉錄。向左轉錄終止于第一也個終止子tLl,表達一種蛋口質pN；向右的轉錄終止于右側的第一個終止子tRl,表達產物為Cro蛋白。兩種表達產物都是一種轉錄調節蛋白。pN能夠阻止終止子tLl和tRl的作用，使得轉錄越過這兩個終止子而進入遲早期基因。遲早期基因表達導致蛋白質cll.dll和Q的產生（基因Q是右向遲早期基因的最后一個，當基因Q產物不存在時，轉錄一段很短的序列就終止于一個終止子tR3；當pQ存在時，pQ能夠抑制tR3的終止作用，使得RNA聚合酶越過tR3而進一步表達晚期基因）。在此，噬菌體可以走不同的分支途徑：裂解發育或溶源發育。2?溶源發育中基因的相互作用阻抑物山d基因編碼。cl通過與d基因兩側的操縱子0和0的結合而阻止RNh聚合酶起始轉錄。A噬菌體具有復雜的調控區當阻抑物d與PL/QL和PR/QR結合，則抑制了早期基因的轉錄；否則早期基因得到轉錄和表達cl與0結合，阻止了RNA聚合酶從P處起始轉錄，從而停止N基因的表達。山?十所有的左向基因都使用啟動FP,所以ci阻止了所有左向基達:d與Q的結合除了能夠阻止右向的基因表達之外，還能夠激活RNA聚合酶自P向心“啟動轉錄，從而表達cl叢因，這樣阻抑物和cl基因建立起一個自主調控的正回路（乂被成為阻抑物維持回路），這就解釋了溶源態穩定存在的原因：只要阻抑物cl含量充分，cl基因就能夠繼續表達，結果就造成0和0氏期被阻抑，使原J筮菌體維持溶源狀態。阻抑物的存在也解釋了免疫現象的產生：如果有第二個噬菌體的DNA侵入溶源細胞，已存在的阻抑物立即與新基因組中的0和0結合"阻止了第二個噬菌體進入裂解周期。此外，高濃度的cl能夠負調節自身，其機理是高濃度的阻抑物能夠與03結合，阻牛了P開始的轉錄。鼻）和0的分區0分為三個區：01,02,03;0也分為三個區：01,02,03o皿匕皿P與03有重疊,所以cl與03的結合能夠阻止從P處轉錄。r^dl和CIII的存在對于溶源狀態也是必需的。當入噬菌體剛剛侵入時，山于沒有阻抑物幫助細菌的RNA聚合酶結合到P,噬菌體（更精確說是細菌）不能合法成cl。因此X噬菌體干擾細菌時的第一件事是轉錄基因'和cro,此后pN使轉錄繼續延伸，在左方，它使得cIII和其他基因轉錄；在右方，它使得ell轉錄。ell和cIII的存在使得cl的合成一“無中生有”一成為可能。Cro和ell基因間存在另一個啟動子P,P只有在ell存在的悄況下才能被RNA聚合酶識別并沁向左轉錄，轉錄出的mRNA能夠十分冇效的翻譯出cb一定濃度的d就可以啟動自身和d基因的自主調控的正回路，產生更多的cl。上述為ell啟動溶源途徑的一種機制，另一種機制為：ell引起了位于Q基因內的啟動子PantiQ的轉錄，形成Q基因的mRNA的反義鏈，通過與mR\A朵交而阻止Q蛋口的翻譯。前文已經講過，Q蛋口的合成對于裂解也是必須的。說明：有關d調控F、P和P更深入的研究?cl調控P、P和P的過程涉及到多種水平的協同效應，這些協同效應使得調節心因子的調控更為高效。溶源化的建立早期基因得到轉錄，N和Cro蛋口產生；'蛋白發揮抗終止作用，產生ell和cIII;ell和cIII導致cl被表達；cl協助建立溶源態(詳細內容見正文)總結A噬菌體侵染細菌后，山于P/0和P/0上沒有阻抑物cl的結合，所以細菌RNA^.聚合酶自P和P出開始轉錄并形成'蛋白和cro蛋白，轉錄終止于左右兩側的.第一個啟動子tLl和tRl；'蛋白發揮抗終止作用，使得轉錄越過左右兩個終止JhmcIII；ell對于cl的產生是必需的,ell導IHW的RNA聚合酶識別P啟動子而向左轉錄，從而表達cl；"無中生有”的cl之后啟動正調韭節回路，從P開始轉錄產生更多的cl,cl也結合到0和Ocro蛋口和N,阻止,g的繼續表達，從而維持溶源發育。3.裂解途徑的建立Cro基因對于X噬菌體進入裂解周期具有關鍵做作用，其編碼產物Cro蛋白能夠阻止阻抑物的合成，從而消除了建立溶源狀態的可能性。Cro蛋白形成小的二聚體，作用于免疫區，它能夠通過維持回路阻止阻抑物的合成，也就是阻止經山P的轉錄，也能夠抑制早期基因從P和P的表達，即當噬菌體進入裂解途徑時,^.Cro蛋白負責阻止阻抑物的合成和抑制早期基因的表達。Cro蛋白具有和阻抑物類似的螺旋一轉角一螺旋(helix-turn-helix),因此，而這能夠識別并結合相同的區域。以Cro蛋白與右向0/P的相互作用為例:Cro蛋白對03的親和力要比對02和叫01的親和力更強，所以它首先與03結合，這個結合抑制了RNA聚合酶與P的喰結合，所以Cro蛋口的第一個作用就是阻止溶源維持回路的運行。此后Cro蛋白與02或01結合，阻止RNA聚合酶利用P,并進而停止產生早期功能產物，包”,括Cro蛋口本身。山于ell蛋口不穩定，F的作用也被停止，因此，Cro蛋口的韭這兩種作用完全阻斷了阻抑物的合成。山PQ激活晚期基因表達，這樣噬菌體進入裂解途徑4?溶源和裂解的平衡建立溶源態的起始時間是Cro蛋白在01和01處的結合。第二個位點的結合伴乩隨這阻抑物二聚體在02和02處的協同結合，結果關閉了Cro蛋口的合成，并魁開始經山P進行阻抑物的合成。址進入裂解周期的起始事件是Cro蛋口在03出的結合，這就停止了P處開始的X溶源維持回路。Cro蛋白必須和01或02,以及01或02結合，以下調基因表s達。通過停止合成ell和cIII蛋口，導致從P停止合成阻抑物；當不穩定的Mil蛋口和CIII蛋口降解時，阻抑物回路就被關閉。因此，實現溶源和裂解間轉變的關鍵是CII蛋白：如果CII蛋口是有活性的，經山F啟動阻抑物合成是有效的，結果阻抑物占據操縱基因（ell也通過組織肛蛋口翻譯而阻止后期基因表達）；如果ell蛋白沒有活性，則不能合成阻抑物，Cro蛋口結合操縱基因。據認為，在宿主生理狀態比較好，即營養條件比較適合，菌體代謝旺盛的情況下，ell蛋口沒有活性，噬菌體傾向于進行裂解發育；而宿主生理狀態不是很理想的狀態下，ell蛋白有活性，能夠啟動溶源態的建立。綜合以上信息，噬菌體的基因調控途徑為：噬菌體侵入后，立即從P1和P1開始轉錄，形成'蛋白和Cr。蛋白；N蛋白是整抗終止因子，導致CII和CIII的表達；cliff啟從P開始的cl合成，從而建址立阻抑物維持回路，噬菌體進入溶源狀態；如果Cro蛋口與03結合，那么就能，消失而進入裂解狀CII最終因為并阻止早期基因表達，夠切斷阻抑物維持回路，態。X噬菌體侵染細菌后，由于P/0和P/0上沒有阻抑物d的結合，所以細菌RNA^?聚合酶自P和P處開始轉錄并形成'蛋白和"O蛋白，轉錄終止于左右兩側的.第一個啟動子tLl和tRl；'蛋白發揮抗終止作用，使得轉錄越過左右兩個終止子而轉錄ell和cIII；ell對于cl的產生是必需的，e