微生物所在古菌基因組復制起始領域取得新進展

　　基因組復制是生命得以存在和延續的最重要和最基本的遺傳過程。與細菌染色體通常只有一個復制起點不同，真核生物和許多古菌的染色體均具有多個復制起始位點。這些復制起始元件可能具有不同的活性以適應體內外環境的變化，如在真核生物中普遍存在休眠狀態的復制起始位點，如何解析這些休眠復制起點的激活機制及其生理功能是該領域研究的難點和熱點。

　　 中國科學院微生物研究所向華研究組前期的生物信息與遺傳學分析已表明，染色體多復制起點是嗜鹽古菌中普遍存在的現象（BMC Genomics.2012,13: 478），因此是研究多位點復制起始調節機制的重要模型。其后國際上對古菌多復制起點進行了系統的敲除實驗分析。在這些工作中，2013年英國學者在Nature 2013,503:544發表的論文工作最引人注目。因為該論文工作發現，在沃氏富鹽菌中，染色體所有已知有活性的多個復制起點可以被同時敲除，甚至敲除株比野生型還長得更快些。該論文作者大膽推測嗜鹽古菌可以不依賴細胞生命普遍采用的復制起點，而可能采用同源重組策略高效起始基因組的復制。但這一假說與稍后在其它古菌研究中所得的結論并不相符，其中代表性的工作包括向華研究組在西班牙鹽盒菌的研究（Nucleic Acids Research, 2014，42: 2282），以及丹麥與英國學者在冰島硫化葉菌中的工作，二者均證明古菌染色體復制至少需要一個復制起始位點。因此英國學者在沃氏富鹽菌中觀察到的其活性復制起點可同時敲除的現象，是真的采用了全新的復制起始機制，還是有休眠復制起點被激活而沒有觀測到，成為學界關注的焦點（參見Bioessays, 2014, 36：585)。

　　向華研究組近期在地中海富鹽菌（與沃氏富鹽菌同屬且染色體高度同源）多復制起始位點功能的系統研究，則為古菌存在休眠復制起點并可被激活的假說提供了第一個實驗證據。采用高密度基因芯片分析技術對地中海富鹽菌全生長周期染色體上多復制起點活性進行系統監測，發現該菌染色體具有且只有3個活躍的復制起始位點。這3個復制起點的活性雖有差異，但在生長過程中被協同調控。有意思的是，與沃氏富鹽菌一樣，這3個復制起始位點可以被同時敲除。但精細的基因組復制起點監測分析表明，隨著這些復制起點的逐一敲除，一個休眠的復制起始位點oriC4被激活，并且其激活的程度是與敲除的其它起始位點的個數呈負相關（圖1A）。當原來的3個復制起始位點被同時敲除后，被激活的oriC4成為其染色體復制所必需的起始元件和唯一的復制起始位點，可負責介導整個染色體的正常復制。更重要的是，根據該休眠復制起點的特點，他們成功預測了沃氏富鹽菌中可能存在的休眠復制起始位點。當把沃氏富鹽菌中的該休眠復制起點整合到地中海富鹽菌的染色體上后，它不僅可以被激活，而且可以作為唯一的復制起始位點介導整個染色體的復制起始（圖1B）。相關休眠復制起點的發現和功能驗證為質疑2013年Nature論文的假說和重申復制起點作為基因組復制起始的必需元件提供了實驗證據。這是在古菌域中首次實驗證明休眠復制起始位點存在及其激活現象，不僅為研究染色體多位點復制起始的調控機制提供了新的切入點，還為包括真核生物在內的復制起點的沉黙與激活機制的研究提供了重要的研究模型。

　　該論文近期發表在Nature communications, 2015,6:8321上，博士生楊海波為第一作者，研究員向華為通訊作者。

地中海富鹽菌中休眠復制起始位點激活（A）和沃氏富鹽菌中休眠復制起始位點功能分析（B）