e42-2入噬菌體基因表達(dá)的時(shí)序性調(diào)控在詳細(xì)介紹為噬菌體基因表達(dá)的時(shí)序性調(diào)控機(jī)理之前，有必要對(duì)它的基因組的組成和生活史有所了解。入噬菌體的線形DNA約含有50個(gè)基因，組成4個(gè)操縱子［圖42-2(1)］。它是一種溫和噬菌體，其生活周期分為溶原期和裂解期［圖42-2(2)］。尾部蛋白和裝配基因匚也蚩白31蛋白N蛋白-調(diào)節(jié)晚早明基因表達(dá)4蛋白\era裂解蛋白起始區(qū)—4終止酗晚期啟動(dòng)JP尾部蛋白和裝配基因匚也蚩白31蛋白N蛋白-調(diào)節(jié)晚早明基因表達(dá)4蛋白\era裂解蛋白起始區(qū)—4終止酗晚期啟動(dòng)JP早期啟動(dòng)了和辣縱基因鹿菌體DNA苴制蛋白Q蛋白-調(diào)節(jié)晚期基因表送elll圜'I的切割切出酶一xis^整合前1許,?噬前體重組蛋白［禽,頭部生白和裝配些因圖e42-2(1)入噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)裂解周期溶原周期里新感染細(xì)膻裂入_2^黑普制/轉(zhuǎn)折閃頻整合噬肉體「DXA裂解周期溶原周期里新感染細(xì)膻裂入_2^黑普制/轉(zhuǎn)折閃頻整合噬肉體「DXA環(huán)化噬菌體頭部.尾部和DNA組裝成新的病毒顆粒噬菌體DNA夏制細(xì)胞分裂「.V博導(dǎo),噬菌體XDNA被輪放圖e422(2)入噬菌體的生活周期在不同的時(shí)期，丸噬菌體基因組表達(dá)的基因差別很大［圖42-2(3)］。如果進(jìn)入溶原期，噬菌體DNA首先環(huán)化，前早期基因表達(dá)Cro蛋白和N蛋白。晚早期基因表達(dá)整合酶和CI阻遏蛋白，其中CI阻止晚期基因表達(dá)，整合酶催化X-DNA通過位點(diǎn)特異性重組整合到宿主DNA上(參看第三十五章DNA重組)，以原噬菌體的形式存在，并隨著宿主DNA的復(fù)制而復(fù)制，但不會(huì)對(duì)宿主細(xì)胞造成什么嚴(yán)重的損害。在這期間，只有CI蛋白表達(dá)。需要強(qiáng)調(diào)的是，整合并非是進(jìn)入溶原狀態(tài)必需的條件，因?yàn)槟承槭删w的變體雖然不能進(jìn)行整合，但也能以原噬菌體的形式存在，這種情況下的X-DNA仿佛質(zhì)粒DNA一樣，游離在宿主染色體DNA之外。如果在溶原期，宿主細(xì)胞出現(xiàn)饑餓、中毒(如抗生素)或DNA損傷等生存壓力，原噬菌體就會(huì)被激活，從溶原期轉(zhuǎn)變成裂解期。在裂解期，也是噬菌體DNA首先環(huán)化，前早期基因表達(dá)，然后是晚早期基因表達(dá)。這時(shí)DNA發(fā)生雙向0復(fù)制。最后是晚期基因表達(dá)，DNA通過滾環(huán)復(fù)制大量擴(kuò)增，新的病毒顆粒裝配，宿主細(xì)胞裂解。圖e422（3）九噬菌體生活周期不同階段的基因表達(dá)（一）前早期的基因表達(dá)在噬菌體感染宿主細(xì)胞以后，轉(zhuǎn)錄從左右兩個(gè)主要的啟動(dòng)子（/和PR）向兩個(gè)方向展開。這兩個(gè)啟動(dòng)子可以被大腸桿菌的RNA聚合酶有效地識(shí)別，并分別終止于左右兩個(gè)終止子（力和匕）。轉(zhuǎn)錄的終止依賴于P因子，轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物經(jīng)翻譯分別產(chǎn)生Cro蛋白和N蛋白。Cro也是一種阻遏蛋白，它能與cI蛋白之間競爭結(jié)合操縱基因。與此同時(shí)，一個(gè)沒有編碼功能短的RNA（始于夕叱啟動(dòng)子終止于tR,終止子）也被轉(zhuǎn)錄。-iiil-p-xis-(-N-mivL-i.-p.-4?r(i-：i-.itF--l-1* j:（二）晚早期基因的表達(dá)前早期表達(dá)的N蛋白是一種抗終止蛋白，能夠阻止在tR1和tL1的終止，從而啟動(dòng)晚前期基因的表達(dá)。PL到tL2之間的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是一個(gè)多順反子，包含的基因有：N基因、c/〃（編碼cIII蛋白）、羽3（編碼切出酶）、加t（編碼整合酶）、attP位點(diǎn)、sib位點(diǎn)；PR到tR3之間的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也是一個(gè)多順反子，包含的基因有cro、cII、O基因和P基因和Q基因。CII和CIII一激活CI和溶原反應(yīng)；O和P一參與DNA復(fù)制和裂解反應(yīng)；Q——啟動(dòng)晚期基因表達(dá)的激活和裂解反應(yīng)；Red基因——參與重組；Int和Xis——位點(diǎn)特異性重組和溶原反應(yīng)。由此可見，晚早期表達(dá)基因既有與裂解期相關(guān)又有與溶原期相關(guān)的基因。-int-E-iis-C1]H-1-：r.l：I.--1-res-CI-?.1-'-cro-:i；i;1<-1??-H..-CU-OP-Q-1.R-Cro和CI能夠與操縱基因OR和OL結(jié)合，其中OR由OR1、OR2和OR3三個(gè)區(qū)組成。N蛋白的抗終止作用需要宿主細(xì)胞表達(dá)的一些N蛋白利用物質(zhì)（N-utilizationsubstance，Nus），包括NusA、NusB、NusE和NusG，其中NusE為核糖體小亞基蛋白S10。單獨(dú)的NusA與核心RNA聚合酶結(jié)合，通常誘導(dǎo)RNA聚合酶的暫停，只有當(dāng)四種Nus蛋白都與核心酶結(jié)合以后，才發(fā)生抗終止現(xiàn)象。（三）九噬菌體進(jìn)入溶原周期和裂解周期調(diào)控

Le呢白勺飛白與到里期發(fā)牛?a0m牛關(guān)閉%肝敢，■擊月與苴怛擇班基因優(yōu)點(diǎn)質(zhì)合Le呢白勺飛白與到里期發(fā)牛?a0m牛關(guān)閉%肝敢，■擊月與苴怛擇班基因優(yōu)點(diǎn)質(zhì)合/低枇T*?域-eraprmh(j?l.I圖e42-2（4）X噬菌體走向溶原狀態(tài)或裂解狀態(tài)的選擇在感染細(xì)胞以后入噬菌體是進(jìn)入溶原周期還是裂解周期，主要取決于生長條件的優(yōu)劣。一般而言，裂解反應(yīng)是組成型反應(yīng)，即它總是以相同的趨勢(shì)發(fā)生，與生長條件無關(guān)。然而，溶原反應(yīng)與生長條件有關(guān)：如果生長條件不佳，溶原反應(yīng)就占優(yōu);如果生長條件較好，裂解反應(yīng)就占優(yōu)。具體調(diào)控機(jī)制為［圖42-2（4）］：（1）營養(yǎng)豐富時(shí)，水解酶活性高-CII被水解-CI不表達(dá)-Cro占據(jù)4和OR―進(jìn)入裂解周期；（2）營養(yǎng)貧乏時(shí)，水解酶活性低-CIII抑制水解酶，保護(hù)CII存在-CI表達(dá)，同時(shí)封閉Cro表達(dá)-進(jìn)入溶原周期；（3）入噬菌體感染復(fù)數(shù)較高時(shí)，多個(gè)基因組表達(dá)一產(chǎn)生大量CII和CIII-CI表達(dá)-進(jìn)入溶原周期；（4）溶原狀態(tài)的維持需要CI的持續(xù)表達(dá)（5）受到誘變劑或UV時(shí)，產(chǎn)生SOS反應(yīng)-CI在RecA作用下自我切割一弓和PR轉(zhuǎn)錄-進(jìn)入裂解周期。（四）裂解期晚期基因的表達(dá)Q蛋白在Qut位點(diǎn)（Q-utilizationsite，靠近P。啟動(dòng)子）與核心酶結(jié)合，限制核心酶的R暫停，致使核心酶能夠越過tR,終止子，啟動(dòng)晚期基因的表達(dá)，包括S和R裂解基因以及全部頭部和尾部基因，導(dǎo)致裂解反應(yīng)得以發(fā)生。如果沒有Q蛋白，RNA合成就從PR,開始，終止于tR,終止子，只有一個(gè)沒有編碼功能的短RNA被轉(zhuǎn)錄。裂解期晚期基因表達(dá)的次序是:（1）在生長條件不錯(cuò)的情況下，宿主細(xì)胞表達(dá)蛋白酶HflA/HflB,導(dǎo)致cII的降解。PRE（為阻遏蛋白建立的啟動(dòng)子，promoterforrepressorestablishment）失活，cI停止產(chǎn)生。（2）Cro與操縱子結(jié)合阻止cI持續(xù)轉(zhuǎn)錄所必需的PRM的活性。Cro對(duì)0京0〃的親和力最高，因此首先與它們結(jié)合而抑制PRM。隨著Cro的積累，它也結(jié)合0?0l2，再結(jié)合0R1/0L1，以抑制PR和PL。Cro的結(jié)合無協(xié)同性，0R3>>0R2=0R1。Cro對(duì)各操縱基因親和力的次序是：0R3>0R3+0R2或0R3+0R1>0R3+0R2+0R1。（3）PL到tL2的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生sib區(qū)域，sib區(qū)域形成的莖環(huán)結(jié)構(gòu)被宿主細(xì)胞的RNA酶識(shí)別，于是RNA從3'-5'降解，整合酶的ORF受到波及，整合酶的合成因此減少。（4）X-DNA通過滾環(huán)復(fù)制大量擴(kuò)增。（5）PR2到tR5的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生頭部蛋白、尾部蛋白和裂解蛋白。（五）溶原期晚期基因的表達(dá)晚期溶原發(fā)生在生長條件不佳的細(xì)胞。相關(guān)的基因表達(dá)的次序是：（1）在生長條件不佳的情況下，宿主細(xì)胞的蛋白酶HflA/HflB停止合成，于是CII不會(huì)被水解。cii激活pre、PI和PantiQ三個(gè)啟動(dòng)子的基因轉(zhuǎn)錄。（2）從PI開始的轉(zhuǎn)錄物僅含有整合酶的閱讀框架，因而提高了整合酶的量。（3）從Pant-Q開始的轉(zhuǎn)錄物產(chǎn)生Q的反義RNA,以便和Q的閱讀框架互補(bǔ)配對(duì)（始于PR終止于tR3），阻止Q的翻譯，依賴于Q蛋白的抗終止作用就不復(fù)存在。（4）從PRE開始的轉(zhuǎn)錄含有Cro的反義序列以及CI的ORF。轉(zhuǎn)錄物的5'-端含有的cro反應(yīng)序列能夠與cro的ORF（始于PR的轉(zhuǎn)錄物）結(jié)合，阻止Cro的翻譯。于是，Cro蛋白濃度下降，在和CI與操縱子的競爭結(jié)合中“敗下陣來”。（5）CI蛋白由2個(gè)亞基組成，形成啞鈴狀結(jié)構(gòu)。每一個(gè)亞基在一端與DNA結(jié)合，另一端相互結(jié)合。CI對(duì)0R1/0L1的親和力最高，但與0行和0R2的結(jié)合具有協(xié)同性。在CI濃度低的時(shí)候，它與0R1/0L1和0R2/0L2結(jié)合。CI與0R1的結(jié)合阻遏始于PR和PL的轉(zhuǎn)錄。CI與0R2的結(jié)合激活始于PRM的轉(zhuǎn)錄，始于PRM的轉(zhuǎn)錄僅轉(zhuǎn)錄CI基因。因此，CI是一個(gè)正自我調(diào)控；在高ci濃度下，ci也與0R30L3結(jié)合，但ci