1 拼音
cháng gǎn jūn shì jūn tǐ ΦX174
3 概述
大腸桿菌噬菌體ΦX174由環狀單鏈+DNA和一個蛋白質衣殼構成的小20面體病毒，屬於微小噬菌體科微小噬菌體屬。ΦX174基因組小，成熟噬菌體結構簡單，是研究DNA複製、基因表達、DNA-蛋白質和蛋白質-蛋白質相互作用以及形態建成的很好系統。
6 分類類型
種
9 大腸桿菌噬菌體ΦX174的結構和生活循環
大腸桿菌噬菌體ΦX174編碼11個基因產物，其中四個參與成熟病毒的衣殼結構，這四種蛋白分別爲F、G、J和H蛋白。衣殼由F、G和J蛋白各60個拷貝與H蛋白的12個拷貝組成。噬菌體結構的基本模型是一個由60個gpF以20面體對稱（12個F五鄰體）排列衣殼，內含單鏈DNA和gpJ。由gpG五鄰體和gpH組成12個突出的刺突，排列在20面體的頂點。
大腸桿菌噬菌體ΦX174基因組編碼9個主要基因，分別是A、B、C、D、E、F、G、H和J基因，成熟噬菌體蛋白質外殼由gpF（主要衣殼蛋白）、gpG（主要刺突蛋白）、gpH（次要刺突蛋白）和gpJ（內部蛋白組成。蛋白衣殼前體（前頭）由gpF、gpG、gpH和非結構蛋白gpB及gpD組成，gpA是一個位點特異的、鏈特異的內切酶，gpE對噬菌體在細胞內發育不需要，但控制細胞裂解需要這個蛋白。除了上面9個基本基因之外，還存在A*基因和K基因，A*基因在A基因中發現，負責關閉DNA的複製。噬菌體合成不需要gpK，它可能刺激噬菌體的產生。
早期研究顯示，基因A區編碼A和A*兩個基因，A區的翻譯在同一閱讀框的兩個不同位點起始，翻譯產物大的是A蛋白，小的是A*蛋白。後來的研究結果揭示，基因B完全在基因A內編碼，只是閱讀方式不同，可能有兩種翻譯方式。基因A區域通過一種翻譯方式合成A蛋白和A*蛋白，以另一種翻譯方式合成B蛋白。基因E也位於基因D的編碼序列內。大腸桿菌噬菌體ΦX174有11個蛋白質基因，但只轉錄成3個mRNA，功能相關的基因組織在一起，並轉錄在同一個mRNA中；基因組的DNA分子絕大多數用來編碼蛋白，不翻譯的部分僅佔4%；基因排列上最顯著的特點是重疊基因和基因內基因，這是首次發現的基因重疊現象。
大腸桿菌噬菌體ΦX174感染大腸桿菌通過三個起始階段，依次爲附着、隱蔽和DNA進入，它吸附到細胞表面的脂多糖受體，由於DNA的釋放而造成衣殼隱蔽，然後DNA導入宿主細胞內。導航蛋白gpH與病毒DAN一起轉移到細胞內，直接結合到一個特異的膜位點，在宿主細胞的整個生命週期內，病毒DNA要經過三個DNA複製期。複製的第一階段，單鏈DNA在這個特異的膜位點轉換成複製型（RF）DNA，，這一過程至少需要13種宿主蛋白質，而不需要噬菌體編碼的蛋白。第二階段RF DNA半保留複製，由參與第一階段的蛋白質，加上大腸桿菌的rep蛋白和噬菌體的gpA蛋白共同完成。gpA蛋白在病毒鏈（正鏈）的ori位點切割，結合在5‘端，這樣RF DNA才能繼續其後的複製。第三階段是從RF-gpA複合體合成病毒環狀DNA，這一過程與成熟噬菌體的形成緊密結合，需要病毒編碼的gpA、gpB、gpC、gpD、gpF、gpG、gpH、gpJ及宿主的DNA聚合酶III全酶和rep蛋白。前頭是衣殼的前體，由gpF、gpG、gpH和gpJ蛋白裝配而成。RF-gpA複合體與前頭結合形成一個複製裝置（50S複合體），gpC控制第二階段複製轉換成DNA包裝到前頭。病毒DNA通過滾環模式在50S複合體中複製，置換的病毒鏈包裝到前頭，gpJ與置換病毒鏈一起摻入到前頭，通過特定的機制，gpB從複製複合物中除去。gpA在ori切割病毒鏈，連接兩個末端形成一個包裝的環狀基因組。這個階段的產物是RF-gpA複合體，是132S的具感染性顆粒，當gpD從132S顆粒除去時，形成穩定的ΦX174噬菌體。
10 ΦX174噬菌體基因組的轉錄
在ΦX174噬菌體系統，轉錄隨之翻譯貫穿整個噬菌體感染期。它不像在複雜噬菌體看到的那樣，沒有從一類基因轉換到另一類基因的開關，也沒有證據表明，ΦX174感染後宿主轉錄和翻譯裝置發生改變和修飾。儘管在噬菌體的發育中，宿主系統趨於被抑制，但沒有關閉宿主的轉錄，宿主的轉錄在感染後繼續進行。
體內ΦX174噬菌體的mRNA完全從互補鏈（複製形式的負鏈）轉錄，因而mRNA的序列與病毒DNA（正鏈）序列一致，沒有發現反信息。這些結果可在體外用RF DNA和RNA聚合酶構建的轉錄系統中重複。
在體外轉錄系統中發現，一些啓動子緊鄰着基因A（PA）、基因B（PB）和基因D（PD）的起始處。ΦX174噬菌體DNA有4個可能的終止位點，其中兩個位點（T1和T3）只有在終止因子rho存在時起作用，另兩個位點在體外終止時與rho因子無關。顯然，ΦX174噬菌體缺少複雜的調節機制，沒有正調節和負調節機制，而是啓動子和終止子位點沿基因組排列，有效的終止可作爲簡單的控制機制。
ΦX174噬菌體DNA的複製 ΦX174噬菌體DNA的複製可分爲三個階段，第一階段是將病毒環狀單鏈DNA轉變成共價閉合超螺旋DNA（RF1），儘管這種轉換發生在細胞膜部分，但需要gpH蛋白。在體外重構的可溶系統不需要細胞膜部分和gpH蛋白。體外系統完全依賴宿主酶系統，全過程可分爲預引發（組裝印發體）、引發（形成RNA引物）、延伸（合成病毒DNA鏈）、填補間隙（出去RNA引物，形成RF2 DNA）、連接（形成共價閉合RF4 DNA）和超螺旋（形成RF1 DNA）等六個步驟。在預引發步驟中，一組預引發蛋白和引發酶在病毒DNA特異位點組裝形成引發體，引發體是沿病毒DNA合成RNA時可移動的機器，合成的RNA引物爲DNA聚合酶III提供了起始位點。通過RNA引物延伸3’端，在病毒DNA模板上合成合成互補鏈，經過這種反應所得到的產物是一種具有5’端RNA引物的開環雙螺旋DNA。5’→3’核酸外切酶除去5’末端的RNA引物，DNA聚合酶I填補留下來的缺口和空隙，DNA連接酶連接形成共價閉合雙螺旋DNA（RFIV），再由DNA促旋酶引入負扭轉，產生RFI DNA。這套程序已用純化組分在實驗室完成。
ΦX174噬菌DNA體複製複製的第二節段是RFIDNA的半保留複製。體外實驗結果表明，RF複製可分爲病毒鏈合成和互補鏈合成，病毒鏈合成通過滾環機制進行，而互補鏈的合成基本上與第一節段的DNA合成相同。
病毒DNA在噬菌體複製的第三階段中不對稱合成，這與ΦX174噬菌體形態發生途徑緊密相連。DNA合成需噬菌體結構基因F、G、H和J，還需要基因B、D、C和A的功能，ΦX174噬菌體環狀DNA包裝到衣殼需要伴隨合成病毒DNA。以前的體內研究表明，DNA合成和噬菌體形態簡稱偶聯發生在一種特異的中間體結構內，其中滾環中間體DNA與噬菌體衣殼前體（前頭）相聯。
11 ΦX174噬菌體的裝配
ΦX174噬菌體的裝配包括衣殼裝配和DNA鏈包裝。噬菌體起始形態發生需經過兩個獨立的途徑，分別爲前頭裝配和合成DNA前起始複合體形成，前起始體由RFIIDNA、病毒gpA、gpC和宿主細胞rep蛋白或DNA解旋酶組成。兩個途徑匯合形成50S複合體，在此合成單鏈DNA，伴隨包裝到前頭。現已至少鑑定出5個裝配中間體，首先發現的形態發生中間體是9S和6S顆粒，它們分別是外殼和刺突蛋白的五鄰體。9S和6S顆粒結合在一起形成12S顆粒，這一反應依賴內部支架蛋白gpB的存在。12S顆粒可以是循環反應之外的產物，但它具有真正形態發生中間體結合的特性。在外支架蛋白gpD的幫助下，12個12S顆粒與240個外支架蛋白結合形成前衣殼或180S顆粒。在前衣殼中，240個外支架蛋白D形成外殼，而60個拷貝的B蛋白佔據內部位置。前衣殼裝配之後，合成的單鏈DNA病毒基因組與DNA結合蛋白、gpJ一起包裝。DNA包裝起始之後，gpB蛋白從前衣殼分離出來，產生前病毒顆粒或132S顆粒。132S顆粒仍含有外支架蛋白gpD，其後除去外支架蛋白D，產生成熟的具感染性病毒顆粒。
形態發生的最後階段同時涉及合成和包裝單鏈病毒基因組。ΦX174噬菌體DNA合成的第二階段和第三階段需要宿主細胞的rep蛋白，但分離的大腸桿菌rep突變體（gro87和gro89）特異性的抑制第三階段DNA合成。突變體rep蛋白可能影響50S的形成和穩定性。
病毒DNA鏈包裝到前頭需病毒編碼的gpJ蛋白，gpJ首先結合RF DNA模板，然後在包裝期間與病毒DNA鏈一起直接進入前頭。gpJ結合阻止依賴SSB的第二階段DNA合成，一旦這種複合體中加入前頭，DNA合成又開始，這說明gpJ和前頭直接相互作用。在噬菌體形成期間，gpH和gpJ可能發生相互作用，gpH在ΦX174噬菌體複製叉中起重要作用，因爲gpH和gpJ都位於複製叉，在複製第三階段包裝單鏈DNA。
J蛋白由37個氨基酸殘基組成，其中12個爲鹼性殘基，沒有酸性殘基，鹼性殘基在蛋白質的N端集中成兩簇，兩簇間爲富含脯氨酸區。蛋白C端的疏水區在所有微小噬菌體中都保守，它可能參與DNA的包裝。對J蛋白的功能研究結果顯示，J蛋白與DNA的結合機制主要是電荷-電荷相互作用介導。脯氨酸是在這個片段發揮其有效功能的關鍵。