Генетические детерминанты токсинов - Характеристика пестицидных белков Bacillus thuringiensis и их генетических детерминант

Уже показанное в разделе 3.1 многообразие как групп токсинов, так и индивидуальных токсинов является следствием высокой генетической пластичности Bacillus thuringiensis (Schnepf et al., 1998). Большинство генов, детерминирующих синтез токсинов, локализованы в больших плазмидах (Berry et al., 2002; Agaisse, Lereclus, 1995), многие из которых являются конъюгативными в природе (Schnepf et al., 1998). Помимо этого, в составе генома различных штаммов BT присутствуют разнообразные транслоцируемые генетические элементы - IS-элементы и транспозоны, поэтому Cry-гены в составе плазмид нередко входят в состав сложных транслоцируемых генетических конструкций (Добрица и др., 2001; Baum, 1994). В качестве примера можно привести ген Cry1А, фланкированный с обеих сторон инвертированными повторами, которые были определены как вставочные последовательности IS231 и IS232. Эти IS-элементы, очевидно, обеспечивают генетическую мобильность Cry1А гена, образуя вместе с ним типичный сложный транспозон (Schnepf et al., 1998). Кроме конъюгации, перенос генетического материала может обеспечиваться и путем трансдукции.

Все описанные выше особенности организации генома BT обеспечивают возможность обмена генетическим материалом между штаммами ВТ и другими видами бактерий, как близкородственными (B. cereus, B. anthracis), так и более отдаленными в генетическом отношении, такими, как B. subtilis, B. megaterium, B. sphaericus (Добрица и др., 2001; Han et al., 2006). Таким образом, для BT характерно участие в горизонтальном переносе генетического материала между видами семейства Bacillaceae, особенно с близкородственными видами, например, B. cereus (Schnepf et al., 1998).

Размер генома различных штаммов ВТ варьирует от 2,4 до 5,7 миллионов п. н. Для большинства штаммов ВТ размер плазмид, находящихся в бактериальной клетке, составляет 2 - 600 т. п.н. Cry-гены в большинстве своем локализованы в крупных плазмидах, в качестве примера можно привести мегаплазмиду pBtoxis, являющуюся генетическим детерминантом токсинов в клетках B. thuringiensis Subsp. israelensis (Berry et al., 2002). Размер этой плазмиды составляет 127 923 п. н., и она реплицируется по тета-механизму типа А. Плазмида pBtoxis кодирует все шесть токсинов, обнаруженных в клетках этой бактерии: Cry4Aa, Cry4Ba, Cry10Aa, Cry11Aa, Cyt1Aa и Cyt2Ba, а также несет несколько вставочных последовательностей и кодирует два протеина (P19 и P20), которые способствуют формированию кристаллических внутриклеточных включений и повышают жизнеспособность бактериальной клетки, действуя, вероятно, как шапероны (Berry et al., 2002). Помимо этого, в составе оперона, расположенного непосредственно вблизи точки инициации репликации, идентифицированы два гена, pBt156 и pBt157, кодирующие белки, необходимые для репликации плазмиды, массой 54,4 кДа и 11,8 кДа соответственно (Tang et al., 2006).

Некоторые общие характеристики pBtoxis даны в таблице 1, а комбинированная круговая карта плазмиды - на рис.6.

Таблица 1 Некоторые характеристики pBtoxis (По Berry et al., 2002)

Характеристика

Значение

Общий размер

127 923 п. н.

Содержание G + C

32,42%

Число кодирующих последовательностей

125

Число псевдогенов

8

Кодирующая плотность

63,5%

Средняя длина гена

725 п. н.
комбинированная круговая карта мегаплазмиды pbtoxis

Рис.6. Комбинированная круговая карта мегаплазмиды pBtoxis

Внутренний круг отражает соотношение G-C / G+C (положительные значения - цвета хаки, отрицательные - пурпурного цвета), второй круг отражает содержание G + С. Два внешних круга дают представление о взаиморасположении генов на комплементарных нитях ДНК, при этом использованы следующие цветовые обозначения: серый - токсины и антибиотики, розовый - гены, связанные с транспозонами, оранжевый - гипотетически консервативные последовательности, красный - гены метаболизма ДНК, голубой - регуляторные гены, светло-зеленый - гены, детерминирующие поверхностные структуры клетки, бледно-зеленый - неизвестные гены, желтый - различные гены метаболизма. Внешняя шкала маркирована в т. п.н. (По Berry et al., 2002)

Cry-гены в зависимости от времени и механизма активации их экспрессии подразделяют на гены, зависящие от споруляции, и гены, не зависящие от споруляции. Протекание различных этапов процесса споруляции обеспечивается синтезом определенных мРНК и их трансляцией, причем последовательность синтеза задается тем, какой именно у-фактор свяжется с кор-ферментом РНК-полимеразы. Соответственно на разных стадиях споруляции последовательно активируются определенные у-факторы. Так, у Bacillus subtilis Процесс прохождения различных этапов жизненного цикла, включая споруляцию, регулируют шесть последовательно активируемых у - факторов: , , , , и. Такой же механизм активации экспрессии генов во время споруляции характерен и для BT, а ее соответствующие у-факторы обладают высокой степенью сходства по аминокислотной последовательности с аналогичными у-факторами B. subtilis (Agaisse, Lereclus, 1995).

Типичным примером Cry-гена, зависимого от споруляции, может служить ген Cry1A, транскрипция которого идет с двух сильных перекрывающихся промоторов, BtI и BtII, используемых последовательно, причем в транскрипции этого гена in vivo принимают участие оба специфических у-фактора, и (Adams et al., 1991; Agaisse, Lereclus, 1995).

К генам, не зависимым от споруляции, относится ген Cry3A, транскрипция с промотора которого идет слабо, но стабильно во время вегетативной фазы роста, активируется в конце экспоненциального роста и идет только до определенного этапа споруляции. В отличие от промоторов BtI и BtII, Cry3A промотор подобен промоторам, распознаваемым первичными у-факторами вегетативных бактериальных клеток, как, например, . Более того, экспрессия гена Cry3A усилена и пролонгирована в мутантных штаммах BT, не способных к инициации споруляции (Agaisse, Lereclus, 1995).

Данные о нуклеотидной последовательности промоторов некоторых Cry-генов приведены в таблице 2.

Таблица 2 Нуклеотидная последовательность промоторов некоторых Cry-генов (По Agaisse, Lereclus, 1995)

Промотор

Область -35

Спейсер

Область -10

Распознаваемый (B. thuringiensis)

GCATNT

N14 или 15

CATANNNT

Cry1A(a) BtI

GCATTT

N15

CATATGTTT

Распознаваемый (B. thuringiensis)

Н/О

Н/О

TNATANNNTG

Cry1A(a) BtII

Н/О

Н/О

TCATAAGATG

Распознаваемый (B. subtilis)

TTGACA

N17 или 18

TATAAT

Cry3A

TTGCAA

N18

TAAGCT

Примечание: Н/О - не определено.

Похожие статьи




Генетические детерминанты токсинов - Характеристика пестицидных белков Bacillus thuringiensis и их генетических детерминант

Предыдущая | Следующая