[發明專利]一種金屬鎘抗性相關蛋白UvrA及其編碼基因和應用

無效

• 申請號: 201110426672.5
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102517266A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 胡敏;陳亮;謝麗娟;俞陸軍;廖斌;束文圣
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C12N9/22
• 分類號: C12N9/22;C12N15/55;C12N15/63;C12N1/21;A01H5/00;C12R1/19
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及基因工程技術領域，具體涉及一種金屬鎘抗性相關蛋白UvrA及其編碼基因和應用。

背景技術

隨著礦產資源的開發利用、工業發展，重金屬對環境造成的污染日趨嚴重，土壤重金屬污染已經成為一個危害全球環境質量的問題。土壤重金屬會影響植物的生長發育，降低農作物的產量和質量，帶來了嚴重的經濟損失。此外，受土壤重金屬污染的作物在植物體中積累，并通過食物鏈富集到人體和動物體中，危害人畜健康，引發癌癥和其他疾病等。治理重金屬污染刻不容緩，各種修復技術和措施正在研究和應用中。各國政府和科學家著力通過兩個途徑解決這一問題：一為利用物理的，化學的方法試圖清除土壤或水體的重金屬污染：二為利用現代生物技術清除污染。自從20世紀80年代以來，生物修復技術因其具有處理費用低、對環境影響小、效率高等優點，越來越受到廣大科技人員的廣泛關注。生物修復一般分為植物修復、動物修復和微生物修復三種類型，其中植物修復和微生物修復是研究的熱點。微生物修復就是利用微生物將環境中的污染物降解或轉化為其他無害物質的過程。近年來，基于微生物對重金屬的作用機理，以修復有毒有害金屬污染或回收有經濟價值重金屬為目的的生物處理技術日趨成熟。植物修復指利用植物去治理水體、土壤和底泥等介質中的污染的技術。然而用于重金屬污染修復的生物往往會受到重金屬的毒害，生長緩慢、生物量小，甚至不能生存，所以重金屬對植物和微生物的毒害作用是生物修復的主要限制因素。

解決生物修復中重金屬對生物的毒害作用的根本途徑在于研究耐受重金屬的分子生物學機制，克隆對重金屬耐受的關鍵基因，通過基因工程手段獲得用于生物修復中性能優良的轉基因工程生物。

由于技術上的原因，直到最近，對微生物基因資源的利用主要局限于可培養微生物。然而，已培養微生物僅占自然界中微生物的不到1%，因此各種生境中的微生物宏基因組是一個巨大而未發掘的基因資源庫。極端環境具有豐富的微生物資源，當中許多與逆境和關鍵生命過程相關的基因在長期的適應進化中獲得了更強的耐性潛能，發掘這些抗性基因已成為國際重要的研究熱點。酸性礦山廢水(AMD)是極端生境微生物學研究的重要系統。AMD來源于采礦活動使含硫礦物(主要為黃鐵礦，FeS₂)暴露于空氣和水中，在微生物催化作用下迅速氧化產酸所致，其pH值一般在1~4左右，而且富含硫酸鹽以及Pb、Zn、Cu、Cd和Ni等重金屬，是采礦業面臨的最嚴重環境問題之一。在AMD中生存的原核微生物在長期的進化過程中逐漸形成了一些獨特機制，以應對低pH值、高鹽度以及高重金屬等多種極端環境協迫。因此，AMD生境成為極具特色和豐富的抗逆基因庫。

鎘是一種有毒的重金屬元素，同時也是一種強烈的致癌物。能直接和間接造成遺傳毒性，引起DNA鏈的斷裂、DNA-蛋白交聯、氧化DNA損傷和染色體畸形等，其中鎘造成的DNA損傷作用，目前受到廣泛關注，而損傷后的DNA無法及時修復，則可能引成正常細胞向癌細胞演變，這可能是鎘致癌的重要機制。研究發現，鎘對DNA的毒害作用是通過抑制DNA修復系統的活性而實現的。

細胞DNA受到損傷后，為了確保細胞精確的傳遞基因組給子代細胞，在長期的進化過程中，細胞發展出了一套保證細胞周期中DNA復制和染色體分配的檢查機制，通常稱為細胞周期檢查點。細胞周期的檢查點反應是一種細胞對于DNA受到損傷后，細胞周期阻滯從而使細胞獲得修復并存活的一個重要的機制。細胞檢查點反應能減少由于細胞DNA損傷而引起基因突變和染色體畸形的可能性，這是一類負反饋調節機制。當細胞周期進程中出現異常變化，如DNA損傷或DNA復制受阻時，這類調節機制就被激活，及時地中斷細胞周期的運行，待細胞修復或排除了故障后，細胞周期才能恢復運轉。

DNA損傷修復包括光修復和暗修復兩種。暗修復涉及到UvrA、?UvrB、UvrC和UvrD四種蛋白質的聯合作用。修復過程：UvrA以二聚體形式結合?DNA，并且吸引UvrB結合成為UvrA2B復合體，?UvrA2B憑借其解旋酶活性和ATP提供的能量沿DNA巡視。在前進過程中遇到DNA損傷，解旋不能繼續進行，而且?UvrA2B結合損傷?DNA的能力高于非損傷DNA的能力約千倍，所以能把UvrB定位在損傷位點。抵達損傷位點后，釋放出單體UvrA，而結合UvrC。UvrC將DNA損失部位切除，然后在DNA聚合酶Ⅰ的作用下降切除部位的堿基修復，最后在DNA連接酶的作用下把斷開的DNA鏈連接起來。