Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий

Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий

Обзор посвящен молекулярной генетике цианобактерий. Суммированы данные о системах генетического обмена в эндогенных плазмидах, мобильных генетических элементах, специфических эндонуклеазах, перестройках генома, клонирующих векторах и клонировании генов....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:1990
Автори: Алексеев, М.Ф., Козыровская, Н.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1990
Назва видання:Биополимеры и клетка
Теми:
Обзоры
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/153736
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий / М.Ф. Алексеев, Н.А. Козыровская // Биополимеры и клетка. — 1990. — Т. 6, № 5. — С. 23-45. — Бібліогр.: 123 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-153736
record_format dspace
spelling irk-123456789-1537362019-06-15T01:31:14Z Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий Алексеев, М.Ф. Козыровская, Н.А. Обзоры Обзор посвящен молекулярной генетике цианобактерий. Суммированы данные о системах генетического обмена в эндогенных плазмидах, мобильных генетических элементах, специфических эндонуклеазах, перестройках генома, клонирующих векторах и клонировании генов. Огляд присвячено молекулярній генетиці ціанобактерій. Підсумовано дані про системи генетичного обміну в ендогенних плазмідах, мобільних генетичних елементах, специфічних ендонуклеазах, перебудовах геному, клонувальних векторах і клонування генів. The review is devoted to the molecular cyanobacterial genetics. Data on systems of genetic exchange, endogenous plasmids, mobile genetic elements, specific endonucleases, developmental gene rearrangements, gene cloning and cloning vectors are summarized. 1990 Article Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий / М.Ф. Алексеев, Н.А. Козыровская // Биополимеры и клетка. — 1990. — Т. 6, № 5. — С. 23-45. — Бібліогр.: 123 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000289 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/153736 579.25 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Обзоры
Обзоры
spellingShingle Обзоры
Обзоры
Алексеев, М.Ф.
Козыровская, Н.А.
Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий
Биополимеры и клетка
description Обзор посвящен молекулярной генетике цианобактерий. Суммированы данные о системах генетического обмена в эндогенных плазмидах, мобильных генетических элементах, специфических эндонуклеазах, перестройках генома, клонирующих векторах и клонировании генов.
format Article
author Алексеев, М.Ф.
Козыровская, Н.А.
author_facet Алексеев, М.Ф.
Козыровская, Н.А.
author_sort Алексеев, М.Ф.
title Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий
title_short Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий
title_full Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий
title_fullStr Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий
title_full_unstemmed Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий
title_sort некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий
publisher Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate 1990
topic_facet Обзоры
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/153736
citation_txt Некоторые аспекты молекулярной генетики цианобактерий / М.Ф. Алексеев, Н.А. Козыровская // Биополимеры и клетка. — 1990. — Т. 6, № 5. — С. 23-45. — Бібліогр.: 123 назв. — рос.
series Биополимеры и клетка
work_keys_str_mv AT alekseevmf nekotoryeaspektymolekulârnojgenetikicianobakterij
AT kozyrovskaâna nekotoryeaspektymolekulârnojgenetikicianobakterij
first_indexed 2025-07-14T05:13:17Z
last_indexed 2025-07-14T05:13:17Z
_version_ 1837597980531621888
fulltext 31. Sor F.. Bolotin-Fukuhara M., Nomura Μ. Muta t iona l a l t e ra t ions ο ϊ t r ansc r ip t iona l coupl ing in the Lll r ibosomal protein operon of Escherichia coli Ці. Bacter iol .— 1987,— 169, N 8 . — P . 3495—3507. 32 Petersen C. L o n g - r a n g e t r ans l a t i ona l coupl ing in the rplJL-rpoBC operon of Escheri- chia coli / / J . Мої. Biol.— 1989 — 206,— P. 323—332. 33. Gold L., Stormo G. T rans l a t i on ini t iat ion / / Escherichia coli and Salmonella typhi- murium molecular and cel lular biology.— New York: Amer. Soc. Microbiol. , 1987.— V. 2 — P. 1302—1307. 34. Inouye M. Ant i sense RNA: its func t ions and appl ica t ions in gene regu la t ion — a re- view / / Gene.— 1988,— 72, N 1—2,— P. 25—34. 35. Cole S. T., Honore N. Transcr ip t ion of the sulA-ompA r eg ion of Escherichia coli d u r i n g the S O S response and the role of an an t i sense RNA m o l e c u l e - / / М о ї . Micro- biol.— 1989,—3, N 6 , — P . 716—722. 36. Jaurin B. A promoter probe vector ( p J A C 4 ) tha t ut i l izes the ampC β - l a c t a m a s e gene of Escherichia coli / / Nucl. Acids Res.— 1987,— 15, N 20,— P. 8567. 37. ΏCLTOH E. Б., Крупская И. В., Живолуп Α. Η. Особенности клонирования фрагмен- тов гроВС-оперона Escherichia coli в плазмидах pUC Ц Биополимеры и клетка.— 1987,—3, № 6 , — С . 307—312. 38. Патон Е. В., Крупская И. В., Живолуп А. Н. Ориентационные эффекты, вызывае- мые присутствием в плазмиде pUC фрагментов rpUL-rpoBC-оперона Escherichia coli / / Т а м же,— 1988,—4, № 3 , — С . 163—167. 39. Патон Е. Б., Крупская И. В., Живолуп А. Н. Возможность клонирования гена ре- гуляторного белка rplJL-оперона Escherichia coli в высококопийной плазмиде pUC обеспечивается конвергентной транскрипцией, инициируемой промотором Piac век- т о р а / / М о л е к у л я р . генетика, микробиология и вирусология.— 1989.— № 3.— С. 39— 43. 40. Вудмаска М. П., Патон Е. Б. Клонирование участка rplJL-rpoBC-оперона Escheri- chia coli в плазмидах pBR322 и pHSG415 / / Докл . А Н У С С Р — 1987 ,—№ 9,— С. 58—60. 41. Specific-purpose p lasmid c loning vectors . 1. Low copy number tempera ture-sens i t ive , mobi l izat ion defective pSClOl-derive^ con ta inment vec tors / T. Hasch imotn -Goton , F. C. Frankl in , A. Nordheim, K- N. T i m m i s / / G e n e . ' — 1 9 8 1 , — 1 6 , N 3 . — P . 227—235. 42. Гены, кодирующие β-субъединицу РНК-полимеразы бактерий. 1. Первичная струк- тура £со/? / -С-фрагмента гена rpoB Salmonella Iyphimurium / Ε. Д. Свердлов, Н. А. Лисицин, С. О. Гурьев и др. / Биоорг. химия,— 1986,— 12, № 5 , — С . 699—707. 43. Патон Е. В., Живолуп A. H., Вараница Л. А. Присутствие двух сильных промоторов определяет ориентацию фрагмента Д Н К при встраивании в плазмиду pUC19 H Биополимеры и клетка,— 1986,—2, № 4 , — С . 217—219. 44. Messing J. New М/3 vectors for c lon ing / / M e t h . Enzymol .— 1983.— 101 — P . 20—38. 45. Патон Ε. В., Вудмаска Μ. И., Свердлов Ε. Д. Однонаправленная ориентация гена rpoB Е. coli при клонировании в нитевидные фаги М13тр8 и M13mWB2348 // Био- орг. химия,— 1984,— 10, № П . — С. 1544—1547. 46. Патон Е. Б., Живолуп А. Н. Высокая стабильность рекомбинантного нитевилного фага М13 со встроенным участком гроВС-оперона Е. coli / / Биополимеры и клетка.— 1987,— 3, № 4,— С. 226—227. 47. Вудмаска М. И. Живолуп A. H., Патон Е. Б. Повышение стабильности рекомби- нантного фага М13, содержащего гены rplJL-rpoBC Ε. coli, путем снижения экспрес- сии встроенных генов // Генетика.— 1990.— 26, № 3.— С. 557—559. Ин-т молекуляр. биологии и генетики АН УССР, Киев Получено 10.05.90 У Д К 579.25 © Μ. Ф. Алексеев, Н. А. Козыровская, 1990 НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКИ ЦИАНОБАКТЕРИЙ * Обзор посвящен молекулярной генетике цианобактерий. Суммированы данные о систе- мах генетического обмена эндогенных плазмидах, мобильных генетических элементах, специфических эндонуклеазах, перестройках генома, клонирующих векторах и клони- ровании генов. Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли,— единственные прокари- оты, способные к оксигенкому фотосинтезу по типу высших растений. * Представлена членом редколлегии В. А. Кордюмом. I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 Н а основании имеющихся данных по организации генома и строению· клетки их относят к грамм-отрицательным бактериям. От зеленых и пурпурных фотосинтезирующих бактерий цианобактерии отличаются наличием второй фотосистемы, в которой происходит фотоокисление воды, результатом чего является выделение молекулярного кислорода. Кроме того, среди них имеются формы, способные к гетеротрофному и фотогетеротрофному росту, фиксации молекулярного азота (по вкла- ду в биогенную азотфиксацию на культивируемых землях они уступа- ют, разве что, клубеньковым бактериям) [1], хроматической адапта- ции и дифференциации клеток. Метаболические пути ассимиляции неорганического азота у цианобактерий очень сходны с таковыми у высших растений. Многие цианобактерии способны быстро расти. К ним могут быть применены методы исследования, разработанные для хорошо изученных гетеротрофных бактерий. Удачное сочетание про- кариотической организации генома и относительной простоты работы с ними делают цианобактерии идеальным модельным объектом для изучения процессов, протекающих как в прокариотических организ- мах, так и в высших растениях. Вместе с тем цианобактерии являются выгодными в энергетическом отношении продуцентами [1] и могут быть использованы как экологически чистые удобрения [2, 3]. В связи с изложенным выше интенсивно развиваются исследования в области молекулярной генетики этой группы организмов. В настоящей работе делается попытка обобщить сведения, касаю- щиеся некоторых аспектов молекулярной генетики цианобактерий. Плазмиды цианобактерий. Впервые экстрахромосомальные ковален- тно замкнутые кольцевые молекулы Д Н К (КЗК Д Н К ) были обнаруже- ны Азато и Гиноза в одноклеточной цианобактерии Synechococcus РСС6301 [4]. К настоящему времени на присутствие плазмид скрини- рованы многие штаммы одноклеточных и нитчатых цианобактерий, от- носящиеся к главным таксономическим подгруппам [5—13]. Более по- ловины из них содержат от одной до восьми плазмид размером от 1,4 до приблизительно 1000 т. п. н. (данные электронной микроскопии и электрофоретической подвижности) [11, 14]. Интересно, что количество обнаруженных плазмид и д а ж е сам факт их обнаружения в штаммах цианобактерий сильно зависят от метода выделения. Так, два штамма Synechoeystis sp. РСС6711 и Nostoe sp. РСС8009, в которых, по данным [5], плазмид не оказалось, были вновь подвергнуты скринингу с исполь- зованием несколько измененного метода выделения плазмидной Д Н К [15]. И выяснилось, что эти штаммы содержат несколько плазмид. Заслуживает упоминания тот факт, что по меньшей мере четыре близких штамма Syneehococeus sp. РСС6311, 6908, 7942 и 7943 различ- ного географического происхождения, но сходных морфологически и по количеству G — С-пар в Д Н К хромосомы [8, 9, 16], содержат две плаз- миды с молекулярной массой 5,3· IO6 и 33· 106, имеющие одинаковые размер и картину расщепления рестриктазами [17—19]. Более того, такие же плазмиды были обнаружены в Cyanobium РСС6707, который имеет в хромосоме на 13 мол. % G — С-пар больше. Аналогичные ре- зультаты получены в [6], где сравнивались безгетероцистные циано- бактерии Phormidium Iuridum 426 и Ptectonema boryanum 485, 581, 594 и 542. Все пять штаммов содержали по две плазмиды размером 1,6 и 12,9 т. п. и. Принимая во внимание эти данные и то, что некоторые плазмиды цианобактерий способны реплицироваться не только в другом штамме того же рода, но д а ж е в цианобактериях другого рода [20, 21], можно предположить наличие межвидового или д а ж е межродового пе- реноса между штаммами цианобактерий в природе. Количество копий различных типов плазмид меняется в зависи- мости от метаболического состояния клетки цианобактерии. Было об- наружено, что копийность малых плазмид в клетках, находящихся в экспоненциальной фазе роста, ниже, чем в клетках, находящихся в- стационарной фазе [7, 15]. Однако до сих пор ничего не известно о ме- ханизме репликации плазмид цианобактерий и о контроле копийнос- 24 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 24 ти на молекулярном уровне, хотя и были клонированы функциональ- ные участки начала репликации [21—23]. Много функций пытались связать с наличием плазмид в клетках цианобактерий: устойчивость к высоким концентрациям солей или ио- нам тяжелых металлов [18], образование газовых вакуолей [24], син- тез токсинов [18, 25—27], синтез ферментов рестрикции-модификации [28, 29] и способность клеток к движению [30], однако до сих пор не получено прямых доказательств этих предположений. Исследовав множество штаммов нитчатых цианобактерий, Симон [31] не смог связать утерю К З К Д Н К с появлением метаболических дефектов, структурных модификаций или способностью к дифферен- циации. Аналогично наблюдалось, что спонтанная утеря малых плаз- мид в одноклеточных штаммах Synecliococcus РСС6301 и 73109 [5, 18] и Synechoeystis РСС6803 [301 может проходить, не вызывая ника- ких явных фенотипических изменений. С другой стороны, интересные результаты получены Швабе с соавт. [26]. Они проверили на наличие плазмид девять штаммов Microcystis aeruginosa, пять из которых про- дуцировали токсины. Из пяти токсичных штаммов лишь один оказал- ся бесплазмидным, остальные содержали не менее двух плазмид. Плазмиды ρΜΑΙ и рМА2 токсичного штамма HUB5-2-4 были исполь- зованы в качестве зондов для поиска участков гомологии у плазмид исследованных штаммов. Показано, что плазмиды ρΜΑΙ и рМА2 в высокой степени гомологичны плазмидам другого токсичного штамма HUB063, однако они не гибридизовались с плазмидами токсичных штаммов М. aeruginosa РСС7820 и 7813, хотя имели участки гомологии с хромосомной Д Н К этих штаммов. Авторы предполагают, что резуль- таты, полученные Вакерия с соавт. [27], которые отменили сохранение токсичности у штаммов М. aeruginosa, излеченных при помощи ново- биоцина от плазмид, могут быть объяснены интеграцией последних в хромосому. Таким образом, обнаружена значительная корреляция токсичности штаммов М. aeruginosa с присутствием в них плазмид или наличием последовательностей, гомологичных плазмидам в хромосоме. Богорад с соавт. [32], основываясь на данных Д Н К - Р Н К гибри- дизации, сообщили, что плазмида pFDA из Calothrix РСС7601 содер- жит гены, экспрессия которых инициируется зеленым светом, а Хайват с соавт. [33] отметили, что не содержащий плазмиды риН24-штаии Synechococcus R2 имеет в три раза меньшую трансформируемость, чем дикий тип. В заключение вышеизложенного можно сказать, что, хотя плаз- миды широко распространены среди цианобактерий и некоторые из них хорошо охарактеризованы, все они являются криптическими в том смысле, что кодируемые ими функции и, следовательно, их физиоло- гическая роль остаются неизвестными. Открытие связанных с плазми- дами генетических маркеров может сыграть огромную роль в разви- тии молекулярно-генетических исследований, в особенности для кон- струирования клонирующих векторов и в понимании механизмов ге- нетического переноса. Т а б л и ц а 1 Распространение продуцентов рестриктаз среди цианобактерий Restriction enzymes producents distribution among cyanobacteria Род к S со Ч ис ло п ро - ду це нт ов В се го о бн а- ру ж ен о ре ст - ри кт аз О ха ра кт ер и- зо ва но Род Ct з: m Ч ис ло п ро - ду це нт ов В се го об на - ру ж ен о ре ст - ри кт аз О ха ра кт е- ри зо ва но Agmenellum 1 1 1 1 Fischerella 1 2 3 3 Anabaena 7 15 3 6 3 5 Frernyeila 1 1 2 2 Anacystis 1 1 1 — Nostoc 2 15 3 2 2 9 Calothrix 1 1 1 1 Pseudoanabaena 1 2 2 2 Eucapsis 1 1 2 1 j'olypothrix 1 2 2 2 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 2 5 Специфические эндонуклеазы и модификация ДНК. Несмотря на отсутствие сообщений об обнаружении в цианобактериях ферментов рестрикции I и III типов, многие штаммы были проверены на содержа- ние специфических эндонуклеаз II типа. Оказалось, что цианобакте- рии, относящиеся к 10 различным родам (табл. 1), содержат от одной до пяти различных специфических эндонуклеаз II типа (рестриктаз) [34]. Некоторые из обнаруженных ферментов уже используются в генноинженерных работах. Как и в других группах бактерий, изоши- зомеры (ферменты, узнающие одну и ту же последовательность нук- леотидов) были обнаружены д а ж е в неродственных видах, что указы- вает на то, что они не могут служить таксономическим признаком [35]. Из широкой распространенности некоторых изошизомеров (например, Aval и Avail) можно сделать вывод об их общем эволюционном проис- хождении. При этом гены этих систем рестрикции — модификации мог- ли быть приобретены разными таксономическими группами путем го- ризонтального переноса плазмид или инфекции цианофагом. Д о сих пор, однако, не была установлена корреляция между содержанием плазмид в штаммах цианобактерий, чувствительностью к фагам и со- держанием в них эндонуклеаз рестрикции. Хромосомная Д Н К различных нитчатых и одноклеточных циано- бактерий оказывается устойчивой к расщеплению многими рестрикта- зами в значительно большей степени, чем следует ожидать исходя из содержания в них ферментов рестрикции II типа [36—39]. По-види- мому, в клетках цианобактерий могут присутствовать метилазы, ана- логичные dam и dcm метилазам Escherichia coli [39], необычные основания, отличные от шеА и т е С [37], или отсутствовать полностью или частично специфические последовательности в геноме [36]. Попытка выяснить, какой из механизмов защиты хромосомной Д Н К от ферментов рестрикции действует в клетках Anabaena sp. РСС7120, P. boryanum РСС73110 и Synechococcus cedrorum R2, была предпринята в работе [39]. Авторы обнаружили довольно высокий уровень содержания N6-meA и 5-шеС в геноме этих организмов, при- чем 5-метилцитозина во всех трех организмах оказалось больше, чем необходимо для метилирования всех dcm-последовательностей. Напро- тив, №-метиладенина в геноме Anabaena sp. РСС7120 оказалось мень- ше необходимого для полного метилирования всех dam-узнаваемых последовательностей исходя из случайного их распределения. Н а ос- новании характера расщепления геномной Д Н К Anabaena sp. РСС7120 изошизомерами Sau3A, MboI и DpnI делается вывод о том, что только 1/4 dam (GATC) последовательностей в этом организме метилирова- ны полностью, остальные 3 /4 недометилированы. В разных родах нитчатых цианобактерий — Gloeotrichia, Nostoe и Pleetonema — как содержащих различные типы эндонуклеаз рестрик- ции, так и не имеющих их вовсе (например, Nostoe РСС73102) наблю- дается очень сходная картина интенсивной модификации Д Н К [37]. Напротив, в пяти одноклеточных видах наблюдались большие вариа- ции в чувствительности геномной Д Н К к расщеплению данным набо- ром рестриктаз. С использованием изошизомеров было установлено, что устойчивость Д Н К к расщеплению может быть как результатом контролируемых хозяином систем рестрикции — модификации, так и обусловливаться наличием dam-метилазы типа Е. coli [40]. Примеры возможных систем рестрикции—модификации, действу- ющих in vivo, были описаны для Anabaena РСС7937 [41] и Synecho- coccus РСС6301 [42, 43]. Цианофаг N1, выращенный на Anabaena РСС7120, образует бляшки на газоне Anabaena РСС7937 с очень низ- кой эффективностью, тогда как его потомство, выжившее на Anabaena РСС7937, имеет более высокую эффективность бляшкообразования на этом же самом штамме. Аналогичные различия в эффективности бляш- кообразования у цианофага AN22 на штаммах Anabaena и Nostoe на- блюдались в работе [44]. Это может служить свидетельством того, что Д Н К цианофага, избежавшая рестрикции в Anabaena РСС7937 [41] 26 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 26 «ли в других штаммах [44], может быть модифицирована хозяйски- ми клетками. С другой стороны, выполненные Зекерс in vitro экспе- рименты на Synechococcus РСС6301, показывают, что эндонуклеаза, синтезирующаяся в клетках этого организма после инфекции циано- фагом ASl, может разрушать Д Н К Synechococcus РСС6301. Инфици- рующая Д Н К устойчива к расщеплению. Более того, Д Н К цианофага оказалась незащищенной после клонирования в плазмидном векторе и размножения в Е. eoli. По-видимому, в Synechococcus РСС6301 ин- дуцируется система рестрикции — модификации для селективной де- градации хозяйской Д Н К . Соответствующий процесс модификации ос- тается неизвестным. Был очищен модифицирующий фермент М. Nsp МАСІ из Nostoe РСС8009. Этот штамм содержит фермент рестрикции R. Nsp МАСІ, изошизомер BglIJ [45]. Точный сайт модификации М. Nsp МАСІ по- ка не установлен. Интересно, однако, что BglII расщепляет Д Н К , мо- дифицированную М. Nsp МАСІ, в то время как R. Nsp МАСІ не спо- собна расщепить эту ж е самую Д Н К . Это свидетельствует о том, что сайты модификации М. BglII и М. Nsp МАСІ различны [45]. Моди- фицирующий фермент может также существовать в Synechococcus РСС7942 и модифицировать центральный остаток аденина в последо- вательности GATC. Однако последовательность нуклеотидов, узнавае- мая ферментом рестрикции, обнаруженным в этом штамме (Anil), по- ка не определена, как не обнаружен и соответствующий модифици- рующий фермент [46]. Мобильные генетические элементы цианобактерий. О мобильных генетических элементах (МГЭ) цианобактерий до сих пор известно очень мало. Систематический поиск известных бактериальных IS-эле- ментов в штаммах цианобактерий, по-видимому, не проводился, хотя сообщения о наличии гомологичных последовательностей как в раз- ных плазмидах одного штамма, так и в плазмидах различного разме- ра, выделенных из разных источников [5, 6, 18], наталкивают на мысль о том, что наличие МГЭ в геноме цианобактерий может оказаться та- ким же обычным явлением, как и в других про- и эукариотических организмах. Нам известны два сообщения о присутствии классических МГЭ в штаммах цианобактерий. Первое относится к 1983 году, когда де Map- сак и соавт. [16] при анализе плазмид Calothrix sp. РСС7601 с исполь- зованием одного и того ж е способа выделения из восьми субкультур клеток, выращенных при белом свете, наблюдали две различные кар- тины «А» (семь субкультур) и «В» (одна субкультура) , которые раз- личались по четырем плазмидным полосам. Эти вариации не были связаны ни с одним явным фенотипическим изменением, однако полу- ченные результаты вместе с предварительными данными о том, что у Calothrix sp. РСС7601 спонтанные пигментные мутации возникают с неожиданно высокой частотой ( Ю - 3 — Ю - 4 ) , привели к выводу о воз- можности существования МГЭ в этом штамме. В дальнейшем при изу- чении спонтанных пигментных мутантов было обнаружено, что в трех из них мутации были вызваны инсерциями фрагментов ДНК- В одном случае внедрившийся фрагмент имел длину 1,1 т. п. н., в двух дру- г и х — 1,4 т. п. и. и оказался типичным бактериальным IS-элементом с инвертированными повторами длиной 25 н. п. Этот элемент получил название IS-701. Он вызывает дупликацию 4 п. н. в сайте-мишени и имеет открытую рамку считывания длиной 1 т. п. н. Предсказанная аминокислотная последовательность этой открытой рамки гомологич- на С-концевым последовательностям транспозаз различных бактери- альных и архебактериальных IS-элементов. В геноме Calothrix sp. РСС7601 присутствуют около 30 копий IS-701 [47]. Второе сообщение относится к 1988 г., когда Мачрэй и соавт. при секвенировании одного из концов клонированного фрагмента Д Н К Chlorogloeopsis fritsehii, содержащего гены большой и малой субъеди- ниц рибулезодифосфаткарбоксшгазы, обнаружили, что из 210 секвени- ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 2 7 рованных нуклеотидов 169 (42—210) точно соответствовали первым 169 нуклеотидам (1—169) последовательности IS2 [48]. Присутствие полноразмерного IS2 было подтверждено рестрикционным картирова- нием. Блот-гибридизация доказала присутствие IS2 в хромосоме С. fritschii. Поведение nifD-элемента в геноме вегетативных клеток гетеро- цистных нитчатых цианобактерий при переносе их в среду, лишенную источника связанного азота, очень напоминает эксцизию лизогенного фага (см. ниже) . Таким образом, цианобактерии, по-видимому, не являются исклю- чением в царстве прокариот в плане наличия в геноме МГЭ. Несмот- ря на недостаточную изученность цианобактериальных МГЭ, они у ж е сейчас могут быть использованы для конструирования искусственных транспозонов, которые потенциально являются как мощным средством получения маркированных мутантов и клонирования соответствующих генов дикого типа, так и надежным инструментом изучения транспо- зиции специфических цианобактериальных МГЭ. Генетический перенос у цианобактерий. Успех генетического ана- лиза цианобактерий в значительной мере зависит от возможности введения в клетки изучаемого штамма чужеродного генетического материала. Из трех способов переноса генетической информации у бактерий: трансформации, конъюгации и транедукции для цианобактерий досто- верно описаны пока только трансформация и перенос векторных плаз- мид при помощи конъюгативных плазмид Е. coli. Присутствующие во многих штаммах цианобактерий системы рестрикции—модификации ос- ложняют оба эти вида генетического переноса. Разработаны три ос- новных способа преодоления подобных затруднений: Т а б л и ц а 2 Трансформируемые цианобактерии Transformable cyanobacteria Трансформация ге- а S номной Д Н К m В Ч « о « Ч .с υ л -Θ- S Цианобактерии PC C * * О υ H < П ри бл из ит ел ь м ол . % G +C Е ст ес тв ен на я ко м пл ем ен та р- H O C T b1 R та CC X I Si O c t Д Н К -Р Н К ко м п ле кс 3 Т ра нс ф ор м ац и м ид но й Д Н К 4 Ф от ог ет ер от ро ро ст 5 2 з: о. >. H « α. !D H S Ч Synechococcus sp. Anacystis nidulans 602 7943 — ? + + — [49] Anacystis nidulans + + [49] ТХ20 (UTEX625, UTEXI550) 6301 27144 55 + + + — — [55—571 Anacystis nidulans R2 7942 — 55 + + + — [651 Agmenellum quadrupli- + + [651 catum PR-6 7002 27264 49 + + + + [58] Agmenellum quadrupli- + + + [58] catum BG-I 73109 29404 49 + + — - + [62] Syneehocystis sp. Aphanocapsa sp. 6714 27178 47 + .— + - + E54) Gleocapsa alpicola 6308 27150 35 — + [521 Aphanocapsa sp. 6803 27184 47 + + + + [59] Eucapsis sp. 6906 27266 47 + + — - + [621 * PCC — Пастеровская коллекция культур; ** ATCC — Американская коллекция типо- вых культур. 1 — организм трансформируется без искусственной обработки д л я со- здания состояния компетентности, как, например, обработка CaCl2 ; 2 — описана транс- формация , абсолютно чувствительная к добавляемой извне Д Н К а з е ; 3 — описана трансформация смесью Д Н К и Р Н К , частично чувствительная к добавляемой извне Д Н К а з е ; 4 — трансформация плазмидами, способными к автономной репликации в ре- ципиентной клетке; 5 •— организм может использовать одно или более углеродных сое- динений в качестве источника электронов в отсутствие функции фотосистемы II. 28 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. G. № 5 1) селективное удаление из последовательности вектора сайтов узнавания фермента(ов) рестрикции, синтезируемого(ых) реципиент- ной клеткой; 2) выращивание векторных плазмид на штамме Е. eoli, способ- ном модифицировать участки узнавания этих ферментов; 3) конструирование и использование в работе штаммов цианобак- терий, дефектных по системе рестрикции. Трансформация. Трансформация у цианобактерий была впервые описана Шестаковым и Хьен [49] для Synechococcus РСС7943 (A. ni- dulans 602). Впоследствии были обнаружены еще несколько трансфор- мируемых штаммов цианобактерий (табл. 2). Все они принадлежат к родам Synechococcus и Synechoeystis и являются одноклеточными ци- анобактериями со средним молярным процентом G + C - n a p (47—55 %) . Единственным исключением является Gleoeapsa alpieola, которая име- ет 35 мол. % G + C [50, 51]. Этот штамм примечателен, кроме того, тем, что не может быть трансформирован без обработки CaCl2 [52]. Впрочем, чувствительный к Д Н К а з е генетический обмен, наблюдае- мый в смешанных культурах Nostoe museorum [53], нитчатой азот- фиксирующей цианобактерии, возможно, заставит пересмотреть сде- ланное выше заключение. Хотя строгое определение опосредованной Д Н К трансформации обусловливает абсолютную чувствительность процесса к добавлению Д Н К а з ы , несколько систем трансформации ци- анобактерий не удовлетворяет этому критерию. Обработка Д Н К а з о й препаратов Д Н К , используемой для геномной трансформации Aphano- capsa 6714, снижает эффективность процесса только на 70 %, а в пре- паратах Д Н К обнаруживается Р Н К [54]. В работе, посвященной трансформации G. alpieola (Synechoeystis РСС6308) , т акже использо- вали препараты Д Н К , содержащие Р Н К . Обработка этих препаратов как Д Н К а з о й , так и Р Н К а з о й снижала эффективность трансформации [52]. Трансформацию Synechococcus РСС6301 проводили двумя спо- собами: очищенной Д Н К в условиях, когда обработка Д Н К а з о й пред- отвращала появление трансформантов [55, 56], и Д Н К — РНК-комп- лексами, когда трансформация оказывалась неполностью чувствитель- ной к Д Н К а з е [56, 57]. Возможно, Р Н К предохраняет Д Н К от обычно присутствующих экстраклеточных Д Н К а з и может частично предохра- нять от добавляемой ДНКазьг [56]. Не исключено также, что транс- формация Д Н К — РНК-комплексом отличается по механизму от транс- формации очищенной Д Н К . Достоверные кривые зависимости эффективности геномной транс- формации от концентрации Д Н К были опубликованы только для двух цианобактерий Agmenellum quadruplieatum PR-6 (Synechococcus РСС7002) [58] и Synechoeystis РСС6803 [59]. Д л я обоих организмов количество полученных трансформантов являлось линейной функцией от концентрации Д Н К при низких ее концентрациях; при более высо- к и х — наблюдалось насыщение. Такой тип кривой свидетельствует о том, что для трансформации клетки цианобактерии достаточно про- никновения одной молекулы Д Н К . Однако эти организмы значитель- но отличаются по эффективности процесса. У Synechoeystis РСС6803 половина максимального количества трансформантов обнаруживается при концентрации Д Н К 2 мкг/мл, а полное насыщение наступает при концентрации Д Н К около 50 мкг /мл. У A. quadruplieatum PR-6 соот- ветствующие концентрации составляют 80 нг /мл и 1 мкг/мл. У Syne- choeoceus РСС7943 насыщение наступает при концентрации Д Н К 20— 40 мкг /мл [49]. Аналогичные кривые зависимости были построены для плазмид- ной трансформации A. nidulans R2. В одном случае для трансформа- ции была использована плазмида pUC3 массой 4,6· 10е, и насыщение наступало при концентрации Д Н К 100—150 нг /мл [33], в другом слу- чае, когда была использована плазмида р С Н 1 (8,6· IO6), насыщение наступало при концентрации Д Н К около 750 нг /мл [60]. Эту пяти- кратную разницу в эффективности можно объяснить: а) разницей в ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 2 9 размерах плазмид; б) разницей в механизмах проникновения этих двух плазмид в клетки; в) разницей в маркере, использованном для селекции; г) различиями в методике трансформации; д) разницей в. культурах одного штамма [61]. Следует упомянуть о двух вопросах, связанных с функцией време- ни в процессе трансформации. Первый из них касается длительности периода инкубации, в течение которого трансформирующая Д Н К ста- новится устойчивой к добавляемой извне Д Н К а з е . У A. nidulans 602 трансформанты начинают появляться через 30 мин после начала ин- кубации клеток с геномной Д Н К и их количество продолжает возрас- тать вплоть до 5 ч инкубации. При этом количество трансформантов значительно больше, если процесс не терминируют Д Н К а з о й , из чего авторы делают вывод о том, что трансформация продолжается на твер- дой среде [49]. Оптимальное время инкубации с геномной Д Н К у А. nidulans 625 составляет 4 ч [55]. Д л я Synechocystis РСС6803 лучшие результаты были получены при инкубации с геномной Д Н К в течение 1 ч. При этом количество трансформантов возрастало в 20—40 раз, ес- ли трансформация не терминировалась Д Н К а з о й [59]. Очень быстро процесс интернализации геномной Д Н К протекает у A. quadruplieatum PR-6. В тех экспериментах, когда трансформация терминировалась до- бавлением Д Н К а з ы , трансформанты появлялись через 2 мин инкуба- ции с Д Н К , а максимальное количество трансформантов — через 30 мин инкубации [58]. Количество трансформантов возрастает ли- нейно в течение 5—6 мин, затем линейность нарушается. При добав- лении новой порции Д Н К линейность восстанавливается. Подобные результаты были получены при трансформации Bacillus subtilis и, по- видимому, являются следствием частичной деградации Д Н К внекле- точными нуклеазами. Второй вопрос касается определения цикла компетентности. Здесь имеются прямо противоположные данные. Так, у A. nidulans UTEX625 наиболее эффективно трансформируются геномной Д Н К клетки, на- ходящиеся в поздней логарифмической фазе роста. В стационарной ж е фазе клетки практически не трансформируются [55]. Напротив, осталь- ные цианобактерии, по-видимому, не имеют цикла компетентности вообще в случае трансформации геномной Д Н К . Это утверждение справедливо для A. nidulans 602 [49], A quadruplieatum PR-6 [58]; Synechoeystis РСС6803 [59]. Д л я A. nidulans R2 получены противоречи- вые данные. Одни авторы обнаружили у этого организма цикл компе- тентности при трансформации плазмидной Д Н К [33], другие — нет [60]. Однако обнаруженный пик компетентности незначителен, и раз- личные результаты могут объясняться просто разницей в условиях культивирования. Была исследована зависимость эффективности плазмидной транс- формации A. nidulans R2 от света [33, 60—62]. Оказалось, что дли- тельная инкубация клеток в темноте перед добавлением Д Н К значи- тельно снижает количество трансформантов [33, 60]. Относительно ж е освещения во время инкубации клеток с Д Н К во всех трех работах полу- чены разные результаты. В одном случае количество трансформаптов при инкубации клеток с Д Н К в темноте и на свету было равным [33]; в другом — при инкубации клеток с Д Н К в темноте, а также в присут- ствии ингибиторов фотосинтеза или синтеза АТФ на свету трансфор- мация проходила эффективнее [60]. В третьем случае при инкубации клеток в темноте с Д Н К плазмиды, неспособной к автономной репли- кации в клетках A. nidulans R2, количество трансформантов уменьша- лось более чем в 10 раз по сравнению с контролем [62]. Н а эффективность трансформации плазмидной Д Н К может ока- зать значительное влияние присутствие в реципиентных клетках циа- нобактерий систем рестрикции — модификации. Так, для A. quadrup- lieatum PR-6, имеющего систему рестрикции — модификации AquI, было показано, что присутствие одного сайта узнавания AquI в челноч- ном векторе, выделенном из Е. coli, может в 100 раз снизить эффек- 30 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 30 тивность трансформации, а наличие множественных сайтов AquI в плазмиде предотвращает появление трансформантов [63]. Интересным случаем трансформации является гетероспецифичес- кая трансформация, т. е. трансформация Д Н К одного организма геном- ной Д Н К , выделенной из организма, принадлежащего другому виду или д а ж е роду. Проведение подобной трансформации может быть по- лезным для выяснения генетического родства организмов, если его сложно установить на основании биохимических и морфологических данных. Подобные эксперименты были выполнены для A. nidulans 602 и A. nidulans R2 с генетически маркированной донорской Д Н К других цианобактерий рода Synechococcus [64]. В другой работе было показа- но, что Synechoeystis РСС6803 трансформируется хромосомной Д Н К других представителей рода Synechoeystis, имеющих сравнимый мол.%, G + C . Трансформации не наблюдалось, если мол. % G + C донорского штамма значительно отличался от такового для Synechoeystis РСС6803. Эти ж е авторы показали, что геномная Д Н К из A. nidulans R2 не трансформирует Synechoeystis РСС6803 и т. д. [59]. Наблюда- лась также трансформация Synechococcus РСС6301 Д Н К — РНК-комп- лексом Syneehocystis РСС6308. Напротив, Synechoeystis РСС6308 пло- хо трансформируется хромосомной Д Н К Synechococcus РСС6301 [52]. Необходимо отметить, что при трансформации A. nidulans R2 Д Н К различного происхождения успешно конкурирует с геномной Д Н К этого организма за проникновение в клетку [60]. По-видимому, цианобактерии в отличие от грамм-отрицательных гетеротрофов, не проявляют специфичности в отношении проникающей Д Н К , несмотря па похожее строение клеточной стенки. При трансформации A. nidulans 625 геномной Д Н К с высокой частотой появлялись мутации в неселектируемых локусах. При этом очищенная Д Н К обладала большим мутагенным эффектом по сравне- нию с Д Н К — РНК-комплексами. Авторы заключили, что процесс рекомбинации, связанный с трансформацией, может быть мутаген- ным [56]. При трансформации цианобактерий Д Н К бирепликонного вектора, сконструированного на основе одной из резидентных плазмид реципи- ентного штамма, часто имеют место процессы рекомбинации между вектором и плазмидой реципиента. В результате могут происходить делеции [65] или объединение репликонов [66]. Интересен тот факт, что штамм A. nidulans R2, излеченный от плазмиды pUH24, транс- формируется векторной плазмидой, имеющей репликон pUH24, в 30 раз хуже, чем исходный штамм. Это может свидетельствовать об учас- тии рекомбинационных процессов в стабилизации векторных плаз- мид [33]. Особое место в изучении процесса трансформации у цианобакте- рий отводится трансформации плазмидами, неспособными к реплика- ции в клетках реципиента, но имеющими клонированный участок ге- номной Д Н К реципиента. В этом случае происходит интеграция век- тора в геном цианобактерии. Первые эксперименты этого типа были проведены на A. nidulans R2 [62]. Во фрагмент геномной Д Н К A. nidu- lans R2, клонированный в pBR322 и способный комплементировать Ш-мутант Е. coli, в различных положениях был внедрен Cm r ген из pACYC 184. Te плазмиды, которые сохранили способность комплемен- тировать мутант Е. coli, были использованы для трансформации A. ni- dulans R2. Было обнаружено три типа трансформантов. Большинство трансформантов образовывались в результате замещения последова- тельности в геноме цианобактерии на гомологичную ей из рекомбинан- тной плазмиды. Последовательность ж е pBR322 при этом не обнару- живалась в геноме цианобактерии. Эти трансформанты были стабильны- мы и сохраняли устойчивость к Cm даже после длительной инкубации в неселективных условиях. Трансформанты этого типа (обозначен- ного авторами как тип 1) могут быть получены с высокой частотой (до 31 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. G. № 5 1 трансформанта на 200 реципиентных клеток) с использованием как кольцевой плазмидной Д Н К , так и Д Н К , линеаризованной расщепле- нием внутри последовательности pBR322. Геномная Д Н К , приготов- ленная из одного такого трансформанта 1-го типа, также трансформи- ровала с высокой частотой клетки дикого типа к Сшг-фенотипу. Свой- ства таких вторичных трансформантов были идентичны таковым пер- вичных трансформантов [62]. Дальнейшие исследования показали, что могут быть получены стабильные трансформанты 1-го типа, содержа- щие вставки до 20 т. п. н. [67]. Вероятность получения таких трансфор- мантов обратноэкспоненциально зависит от длины гетерологичной вставки. Практически частота трансформации уменьшалась приблизи- тельно в 2 раза при увеличении длины гетерологичной вставки на 2—3 т . п . н . Трансформанты 2-го типа были Ap r , Cm r и возникали в результа- те внедрения pBR322, но не гетерологичной вставки в геном цианобак- терий посредством рекомбинации между хромосомой и фланкирующи- ми pBR322 последовательностями. Было высказано предположение, что трансформанты 2-го типа возникают в результате дополнительной ре- комбинации плазмиды, которая потеряла маркер Cm r в результате предыдущего нереципрокного рекомбинационного события [62]. Трансформанты 3-го типа получали в результате интеграции всей плазмиды в гомологичную область генома A. nidulans R2 и были ус- тойчивы как к Cm, так и к Ap [63]. Соотношение количества трансформантов 1-го и 3-го типов, полу- ченное в этих экспериментах (около 100:1), в свете простых рекомби- национных явлений оказалось неожиданно высоким. В случае реком- бинации с геномом кольцевой молекулы Д Н К одного рекомбинацион- ного события достаточно для получения трансформанта 3-го типа, в то время как для возникновения трансформанта 1-го типа необходимы два реципрокных рекомбинационных события. Так как вероятность двойного кроссинговера ниже вероятности одиночного, было сделано предположение о том, что трансформанты 1-го типа возникают в ре- зультате одиночного нереципрокного события рекомбинации [62]. Од- нако возможно также, что на наблюдаемую разницу в количестве тран- сформантов разных типов сильно влияет относительная частота, с ко- торой молекулы Д Н К обнаруживаются внутри клеток в виде интактных колец. Возможно, внутри клетки донорская Д Н К находится преиму- щественно в линейной форме. Это предположение подтверждается на- блюдением за частотой появления трансформантов 2-го типа. Как упо- миналось выше, трансформанты 2-го типа возникают в результате внедрения в геном последовательности pBR322, но не гетерологичной вставки. При увеличении длины гетерологичной вставки количество трансформантов 2-го типа практически не изменяется, в то время как количество трансформантов 1-го и 3-го типов быстро уменьшается [67]. Если гетерологичную вставку вырезали перед трансформацией путем обработки рестриктазой, это не влияло па количество трансформантов 2-го типа [62]. Учитывая эти факты, можно заключить, что трансфор- манты 2-го типа, вероятнее всего, возникают в результате рекомбина- ции с геномом линейного фрагмента Д Н К · Этот вывод может объяс- нить ту низкую частоту, с которой возникали трансформанты 3-го типа [61]. Конъюгация. Д о сих пор описан только один пример переноса конъюгативных плазмид широкого спектра хозяев в цианобактерии. Деланей и Рейхельт показали, что плазмиды группы несовместимости Pl (RP1, RP4, R68 и R68.45) могут переноситься, хотя и с очень низ- кой эффективностью (10 - 6-—10 - 1 0) , из Е. coli в одноклеточный штамм Synechococcus РСС6301. Посредством рестрикционного и гибридиза- ционного анализа плазмид, выделенных из трансконъюгантов, авторы показали, что в большинстве из них автономная плазмида R68.45 при- сутствовала наряду с коинтегратом этой ,R-плазмиды и эндогенной плазмиды pUH2 размером 48,8 т. п. н. Было также обнаружено, что 32 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 32 ,R-плазмида интегрировала в хромосому. В обоих случаях интеграция опосредована транспозирующимися элементами ^-плазмиды. Известно, что плазмида RP4 способна мобилизовать производ- ные pBR322 в различные грамм-отрицательные бактерии, в том числе и в те, в которых сама RP4 реплицироваться не может, если pBR322 имеет интактный bom-район (basis of mobility) и если в клетке при- сутствуют дополнительные транс-действующие факторы. Такие факто- ры могут быть обеспечены плазмидами pDS4101 (ColK: '-Tnl) или pGJ28 (ColD, Km r ) . Эти факты были использованы Волком с соавт. для конструиро- вания семейства челночных векторов, способных реплицироваться как в Е. coli, так и в цианобактериях родов Anabaena и Nostoc [20, 68]. В системе конъюгативного переноса, разработанной авторами, бире- пликонные векторы pRL, состоящие из pBR322 и плазмиды pDUl Nos- ioc РСС7524, сначала использовали для трансформации штамма Е. co- li HB101, содержащего плазмиду-помощник (pGJ28 или pDS4101), а затем проводили трехродительское скрещивание между: 1) Е. coli HB101, содержащей вектор pRL и плазмиду-помощник; 2) Е. coli J53, содержащей плазмиду RP4; 3) Anabaena. Эксконъюгантов отбирали на твердой среде, содержащей анти- биотик. Эти клетки освобождали от примеси Е. coli, рассевая их до отдельных колоний на минеральной среде для цианобактерий, содер- ж а щ е й селективный агент. Плазмиды pRL выделяли из эксконъюган- тов без изменения в рестрикционной картине. Важно отметить, что успех этой системы зависел от двух главных факторов: селективной элиминации в векторе сайтов узнавания эндонуклеаз рестрикции Aval и Avail, синтезируемых клетками цианобактерий, и способности циа- нобактериального репликона функционировать в реципиентных клет- ках . Эта система может быть применена к другим видам цианобакте- рий при условии, что репликон конъюгативной плазмиды способен функционировать в реципиентных клетках. Кроме того, это единствен- ная на сегодняшний день система генетического переноса для нитча- тых цианобактерий. Наконец, она позволяет переносить гены с очень высокой частотой (до 3 - Ю - 2 ) . Очевидно, описанная система конъюга- ции будет особенно полезна при изучении таких процессов, как диф- ференциация клеток, фиксация атмосферного азота и комплементар- ная хроматическая адаптация, протекающих в некоторых видах одно- клеточных и нитчатых цианобактерий, для которых никаких других сис- тем переноса генов пока нет. Конструирование клонирующих векторов. Успех генетического анализа цианобактерий во многом зависит от наличия надежной век- торной системы для клонирования генов. Существуют три различных подхода к конструированию векторных систем для цианобактерий: 1) создание векторов на основе репликонов цианобактерий; 2) созда- ние интегративных векторов на основе плазмид Е. coll·, 3) создание челночных векторов, способных реплицироваться как в Е. coli, так и в цианобактериях. Исторически первую попытку создать вектор на основе плазмиды цианобактерии предприняли Ван ден Хондел с соавт. [69] для Syne- chococcus РСС7942. Неспособность плазмид Е. coli реплицироваться в этой цианобактерии была использована для внедрения в меньшую из двух плазмид (pUH24) транспозона Тп901 (Ap r) из плазмиды Е. coli R146. Это дало первую цианобактериальную плазмиду, несущую се- лективный маркер, которая впоследствии явилась основой для получе- ния паг- и met-мутантов посредством транспозонного мутагенеза и кло- нирования соответствующих генов дикого типа из Synechococcus РСС7942 [70]. Однако использование подобных векторов оказалось ограниченным их неспособностью реплицироваться в Е. coli. Другим подходом к созданию систем клонирования генов являет- ся конструирование интегративных векторов. Интеграция чужеродной Д Н К в хромосому цианобактерии может достигаться в том случае, I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 33 когда донорская плазмида неспособна к самостоятельной репликации в цианобактериальной клетке, но имеет область гомологии с хромосом- ной ДНК- За счет этой области гомологии происходит рекомбинация донорской молекулы с хромосомой. Иитегративные векторы были сконструированы для цианобакте- рии Synechococcus РСС7942 путем клонирования фрагментов хромо- сомной Д Н К в цианобактерии в плазмиде pBR322. Ген устойчивости к хлорамфениколу из плазмиды Е. eoli pACYC184 был встроен в циа- нобактериальную Д Н К или пришит к ней в качестве фланкирующей последовательности [62]. Серия интегративных векторов была сконст- руирована для Synechocystis РСС6803 [71]. Рекомбинантные векторы интеграции содержали фрагменты хромосомной Д Н К цианобактерий в составе векторной плазмиды Е. eoli pACYC184. Иной подход к созданию векторов интеграции продемонстрирова- ли недавно Борриас с соавт. [72]. Они получили два реципиептных штамма Synechococcus РСС7942, в хромосоме которых находятся бес- промоторный Ыа- ген и oriV pBR322 (мишень для интеграции произ- водных pBR), разделенные в одном случае геном устойчивости к ка- намицину, в другом — к стрептомицину. Любой ген, клонированный в производном pBR, может быть интегрирован в хромосому такого штам- ма. Интеграции сопутствует восстановление устойчивости к ампицил- лину и утеря устойчивости к канамицину или стрептомицину. Интегра- ция осуществляется всегда в одно место. Это означает, что эффект положения должен быть исследован лишь один раз. Наибольшее распространение получили векторы для цианобакте- рий, способные реплицироваться как в Е. eoli, так и в клетках цианобак- терий (челночные векторы) и сочетающие, таким образом, преимуще- ства первых двух групп векторов. В 1981 г. Кюхлемеер с соавт. объединили in vitro плазмиду Ε. eoli pACYC184 и цианобактериальную плазмиду pUCl, производную мень- шей плазмиды Synechococcus РСС7942 pUH24 [73]. Полученная в ре- зультате Ap r , Cm r плазмида pUC104 стабильно поддерживалась в клет- ках цианобактерий вне зависимости от антибиотиков, используемых для селекции, и послужила основой для конструирования космиды pUC29 путем инсерции BglII- фрагмента, несущего липкие концы бактериофа- га λ [70]. Космида pUC29 позволяет клонировать фрагменты Д Н К дли- ной от 20 до 45 т. п. н. и может быть легко переведена как в Е. eoli (по- средством инфекции после упаковки Д Н К in vitro), так и в Synechococ- cus РСС7942 (трансформацией). Другие авторы для конструирования подобных векторов применя- ли производные pBR322 и pUH24 [74], укороченные pBR322 и pUH24, либо укороченные pBR322 и ori pUH24 [75, 76]. Был создан вектор, позволяющий вести селекцию рекомбинантов в Е. eoli по экспрессии β-галактозидазы [76]. Наконец, Фридберг и Сайджферс [77] соеди- нили репликон Synechococcus РСС7942 с операторно-промоторной об- ластью гена термочувствительного рецептора бактериофага λ. Это первый пример системы клонирования в цианобактериальном хозяине, допускающей контролируемую экспрессию І Є Н О В . Системы клонирования генов также были созданы для фотогете< ротрофных цианобактерий Synechocystis РСС6803 на основе неболь- шой плазмиды pSS2 (называемой также pUGl) [71, 78], причем в последнем случае наблюдалась экспрессия Iae-гена д а ж е в клетках цианобактерий. Это открывает возможность экспрессии других генов под контролем /ас-промотора. В 1984 г. Волк с соавт. сообщили о конструировании семейства челночных векторов, способных реплицироваться как в Е. eoli, так и в различных нитчатых цианобактериях родов Anabaena и Nostoe и пере- даваться путем конъюгации [20]. Эта система генетического переноса, разработанная на основе бактериальной конъюгативной плазмиды RP4, может способствовать переносу производных pBR322, если допол- нительные транс-действующие факторы обеспечиваются такими плаз- 34 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. G. № 5 мидами Ε. coli, как pGJ28 или pDS4101. Гибридные векторы, сконст- руированные для этой цели, содержат интактные oriV и bom pBR322 и плазмиду pDUl из Nostoc РСС7524 (репликон, функционирующий в Anabaena). Сайты узнавания Aval и Avail были селективно удалены для минимизации возможной деградации входящей Д Н К [20]. Впоследствии были усовершенствованы как сами векторы путем клонирования участка начала репликации pDUl длиной 1,3 т. п. н. и создания векторов на его основе [21], а также использования в каче- стве селективного маркера гена бактериальной люциферазы [79], так и условия конъюгативного переноса [80,81]. Интересно, что в [79] ав- торам удалось наблюдать в микроскоп свечение одиночной клетки Anabaena, содержащей вектор pRL308P, несущий ген бактериальной люциферазы. Кроме того, так как при создании новых генетических конструкций трудно, а порой и невозможно избежать появления в век- торе новых сайтов узнавания для ферментов рестрикции Aval и осо- бенно Avail, синтезируемых клетками многих нитчатых цианобакте- рий, авторы модифицировали плазмиду-помощник за счет клонирова- ния в ней генов метилаз М. Aval и /или М. Avail так, что синтезируе- мые в клетке донора метил азы специфически модифицируют челноч- ный вектор, предотвращая его деградацию в реципиентных клетка!х под действием R. Aval и R. Avail [82]. Аналогичные конъюгативные векторы разработаны для Fremyella diplosiphon и Synechococcus R2 [82]. Клонирование генов цианобактерий. Разработка технологии ре- комбинантных Д Н К дает возможность изучить организацию и регуля- цию активности генов цианобактерий. В настоящее время для клонирования генов цианобактерий ис- пользуют три принципиально различных подхода: 1) клонирование при помощи Д Н К - и РНК-зондов; 2) прямое клонирование при помо- щи фенотипической комплементации мутантов; 3) клонирование в экс- прессирующем векторе с использованием для скрининга банка генов антител к продукту искомого гена. Первый подход имеет три направления: гибридизация с гетероло- гичными Д Н К - и РНК-зондами, с Р Н К и с искусственно синтезиро- ванными олигонуклеотидами. Выбор конкретного метода клонирова- ния определяется спецификой объекта и задачами, которые ставит пе- ред собой исследователь. Клонирование с использованием гетерологичных зондов основано на эволюционной консервативности генов бактерий, водорослей и выс- ших растений. В качестве зондов для скрининга банков генов исполь- зуют уже проклонированные гены других организмов, кодирующие образование тех ж е продуктов. Метод используется в основном для клонирования генов компонентов фотосинтетического аппарата и ге- нов азотфиксации. Высокий процент гомологии во многих случаях сви- детельствует об эволюционном сходстве фотосинтетических аппаратов цианобактерий и высших растений [83]. При клонировании кластера генов, кодирующего компоненты АТФ-синтетазы Anabaena РСС7120, в качестве зондов использовали фрагмент хлоропластной Д Н К Chlamydomonas reinhardii, содержащий 5'-конец гена atpA этого организма, и ген ptpH гороха [84]. Авторы обнаружили два кластера генов: кластер atpl, состоящий из 7 генов (ιatpl, Я , G, F, D, А, С), и отстоящий от него по меньшей мере на 10 т. п. н. кластер atp2, кодирующий β (a tpB ) и ε (atpE) субъединицы АТФ-синтетазы. Интересно, что кодирующие последовательности генов atpF и atpD перекрываются у Anabaena РСС7120 [84]. Гены nifH и nifD Azotobaeter vinelandii были использованы в ка- честве зондов для клонирования соответствующих генов Nostoc com- mune UTEX584 [85]. Зонды авторы метили биотин-II-dUTP, что, одна- ко, позволило им обнаружить в библиотеке генов, сконструированной на основе pBR322, помимо генов nifH и nifD две nifH-подобные после- довательности nifHl и nifH2 [85]. ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 35 При клонировании генов супероксиддисмутазы A. nidulans в ка- честве зонда для скрининга библиотеки / ^ / / -фрагментов хромосомной Д Н К этого организма в pUC18 был использован ген sodB Е. eoli. Кло- нированный ген экспрессировался с /ас-промотора pUC18 и мог комп- лементировать мутанты SodAj sodB Е. eoli [86]. Д л я клонирования генов рибосомных Р Н К Synechococcus РСС6301 использовали в качестве зонда меченую очищенную Р Н К [92]. Были обнаружены два кластера генов г т А и ггпВ сходной организации. Кластер ггпА кодирует 16S р Р Н К , рРНК1 1 е , тРНКА 1 а , 23S р Р Н К и 5S р Р Н К . Гены были секвенированы [93—97]. Оказалось, что гомология как между генами т Р Н К , так и между генами р Р Н К цианобактерий и хлороплаетов высших растений выше, чем между соответствующими генами цианобактерий и Е. eoli. Это еще один аргумент в пользу широко распространенной эндосимбиотической гипотезы, согласно которой хлоропласти берут свое начало от фотосинтезирующих прокариот. Синтетические олигонуклеотиды используются для клонирования генов, продукты которых хотя бы частично секвенированы. Поскольку генетический код вырожден, могут быть синтезированы как несколько коротких олигомеров (14—17 нуклеотидов), так и один более длинный олигонуклеотид, последовательность которого является наиболее веро- ятной, исходя из частоты употребления кодонов в данном организме. Предварительная гибридизация синтезированных зондов с тотальной клеточной Р Н К [87] или Д Н К [88] в некоторых случаях позволяет вы- брать из нескольких синтетических олигонуклеотидов наиболее подхо- дящий. При использовании синтетических олигонуклеотидов часто оказывается возможным создавать не полную, а обогащенную библио- теку генов, что облегчает скрининг [87, 89]. Так, были клонированы гены а - и β-субъединиц фикоцианина — главного фикобилипротеина, обнаруженного во всех бактериях [87—89], ген с молекулярной массой 9 ООО компонента фотосисте- мы II Phormidium Iaminosum [90], ген газовых везикул Anabaena flos-aquae [91]. Клонирование генов путем прямой селекции на фенотипическую комплементацию мутантов является, в принципе, очень простым. Этот подход ограничен теми видами цианобактерий, для которых разрабо- таны эффективные системы переноса генетической информации. Тем не менее трудность в нескольких случаях удалось обойти, клонируя с помощью фенотипической комплементации хорошо охарактеризован- ных мутантов Е. eoli. Так были клонированы гены фосфоенолпируват- карбоксилазы A. nidulans [98], гены биосинтеза тиамина, пролина и треонина A. quadruplieatum [99]. В настоящее время прямое клонирование с использованием му- тантов применяется для поиска новых генов, кодирующих компоненты фотосинтетического аппарата цианобактерий. Мутанты могут быть выделены при помощи химического мутагенеза [100] или генноинже- нерным методом [101]. Д о сих пор не было сообщений о получении фотосинтетических (ФС~) мутантов транспозонным мутагенезом, хотя паг- и met-мутации этим способом удалось получить [70, 102]. Выде- ленные ФС~-мутанты могут быть комплементированы хромосомной Д Н К , банком генов или рестрикционными фрагментами хромосомной Д Н К дикого типа. Так, ФС~-мутант Synechoeystis РСС6803 был комп- лементирован сначала рестрикционными фрагментами хромосомной Д Н К , фракционированными в легкоплавкой агарозе или сахарозном градиенте, а затем созданным на основе комплементирующей фракции обогащенным банком генов [103]. Волк с соавт. успешно комплементировали полученные при обра- ботке ультрафиолетовыми лучами мутанты Anabaena sp. РСС7120, неспособные расти с N2 в качестве единственного источника азота бан- ком генов дикого типа, сконструированным на основе конъюгативной космиды pRL25C [104]. Это первое сообщение о клонировании генов у 36 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 36 нитчатой цианобактерии при помощи фенотипической комплемента- ции мутантов. Недавно Редди с соавт. сообщили о клонировании гена irpA Sy- nechococcus РСС7942. Д л я скрининга библиотеки на основе экспрес- сирующего вектора Xgtll авторами были впервые использованы полик- лональные антитела. Они были получены к белкам, накапливающимся в клетках Synechococcus РСС7942 во время роста при недостатке же- леза [105]. Таким образом, для клонирования генов цианобактерий примени- мы все основные методы, используемые при решении аналогичных за- дач на других прокариотах. Перестройки генома и азотфиксация. В настоящее время известно относительно мало случаев, когда перестройки генома выступают в качестве механизма регуляции экспрессии генов, и еще меньше приме- ров, когда перестройки Д Н К контролируются состоянием окружающей среды. Д л я прокариот описаны перестройки, связанные с перемещени- ем IS- и Tn-элементов, фазовые вариации сальмонелл и антигенные вариации. Перестройки генома, связанные с онтогенезом, характерны в основном для эукариот. Это диминуция хроматина у нематод [106], перестройка иммуноглобулиновых генов в лимфоцитах позвоночных [107] и перестройки, связанные с изменением типа спаривания у дрож- жей [108]. У некоторых нитчатых цианобактерий наблюдается уникальный для прокариотического мира процесс регулируемой перестройки гено- ма при дифференциации гетероцист, наиболее полно охарактеризован- ный для Anabaena РСС7120 [109]. У хорошо изученного диазотрофа, бактерии Klebsiella pneumoniae, 17 генов, отвечающих за фиксацию атмосферного азота (nif-ге- нов), организованы в 8 оперонов, находящихся ® пределах кластера длиной 24 т. п. н. Один из этих оперонов содержит три гена: nifH, nifD, nifK, которые кодируют главные компоненты нитрогеназного комплекса, отвечающего за фиксацию атмосферного азота. Это три гена в высокой степени консервативны у всех азотфиксирующих организмов. Среди нитчатых цианобактерий наблюдаются различия в органи- зации nif-reнов. У безгетероцистных азотфиксирующих нитчатых циа- нобактерий, объединенных Риппка в раздел III [8], гена nifH, nifD и nifK прилегают друг к другу и образуют оперон. У ветвящейся гетеро- цистной цианобактерии Fiseherella АТСС29929 (раздел V) наблюдает- ся аналогичная организация nif-генов [111]. Большинство ж е свобод- поживущих неветвящихся нитчатых гетероцистных цианобактерий (раздел IV) имеет в геноме вегетативных клеток протяженную встав- ку внутри гена nifD [109—112]. В отсутствие источника связанного азота в среде роста приблизи- тельно к а ж д а я 10-я вегетативная клетка в нити Anabaena sp. РСС7120 претерпевает превращение в гетероцисту, нефотосинтезирующую тол- стостенную клетку, которая морфологически и биохимически приспо- соблена для фиксации азота [113]. Гетероцисты обеспечивают анаэ- робные условия для функционирования нитрогеназы, которая необра- тимо инактивируется кислородом. Связанный азот в виде глутамина поступает из гетероцист в вегетативные клетки. В свою очередь, из ве- гетативных клеток в гетероцисты поступают продукты фотосинтеза. Дифференциация вегетативной клетки в гетероцисту подавляется вне- шним источником связанного азота, например, аммонием или находя- щейся поблизости гетероцистой. В процессе превращения вегетативной клетки в гетероцисту у Ana- baena sp. РСС7120 происходят, по крайней мере, две перестройки ге- нома. Обе они осуществляются на одной из поздних стадий диффереи- цировки гетероцисты (начинаются через 18 ч после переноса культуры в среду, не содержащую связанного азота, и заканчиваются через 30 ч) [114], когда уже заметны морфологические изменения, и почти одно- ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 3 7 временно с этими перестройками среди клеточной Р Н К нозерн-анали- зом обнаруживается м Р Н К nif-генов [109]. П е р в а я перестройка является результатом эксцизии фрагмента Д Н К длиной 11 т. п. н., находящегося внутри гена tiifD, б л и ж е к его З ' -концу (в дальнейшем для краткости называемого ш'/ .0-элементом). Фрагмент фланкирован прямыми повторами длиной 11 п. н., которые окружены областями, имеющими меньшую гомологию. Сайт-специфиче- с к а я рекомбинация внутри этих прямых повторов приводит к делении фрагмента из хромосомы (рисунок) . Вырезанный nifD-элемент обнару- Физические карты участков хромосомы вегетативной клетки (а) и гетероцисты (б) Anabaena sp. РСС7120 в районе перестроек и консенсусные последовательности нуклео- тидов вблизи точек разрыва (в) : а — показано расположение генов nifH (H), nifD (D), nifK (К), nifS (S) и оперона rbcLS. Светлыми стрелками указаны границы nifD-эле- мента (11 т. п. н.); черными — fdxiV-элемента; б — светлая стрелка — сайт рекомбинации ш'Д)-перестройки; чёрная стрелка — сайт рекомбинации /чІгА'-перестройки; сайты рест- рикции: R —EcoRI; H — HindIII; C — Clal; X-XbaI; К — КрпІ; в —- подчеркнуты по- следовательности, внутри которых происходят рекомбинации при перестройках Phys ica l m a p s of the Anabaena PCC7120 vege ta t ive cell (a) and heterocyst (6) chromo- some in the r e a r r a n g e m e n t reg ion and concensus sequences near b reakpo in t s (β) : a — pos i t ions for the nifH (H), nifD (D), nifK (K), nifS (S) genes a n d rbcLS operon a re shown. The open a r r o w s indicate borders of the nifD e lement (11 kb) . Solid a r r o w s indicate borders of the fdxN e lement (55 kb) ; б — open a r row indicates the nifD r e a r r a n - gemen t breakpoin t ; solid a r row indica tes the fdxN r e a r r a n g e m e n t breakpoin t ; res t r ic t ion s i tes are: R —EcoRI, H — HindIII, C — Clal. X — Xbal, K — Kpnl; e—-sequences wi th in which recombina t ions occur are under l ined ж и в а е т с я в гетероцистах в виде стабильной кольцевой молекулы, кото- рая может быть выделена в суперскрученной и открытой кольцевой форме. Функция ее неизвестна. Эксцизия nifD-элемента (в дальнейшем ш'Д)-перестройка) приводит к восстановлению открытой рамки считыва- ния (OPC) гена tiifD и образованию оперона nifHDK под контролем промотора nifH [115]. Неизвестно, может ли ген nifK экспрессироваться в вегетативных клетках [109]. П р и нозерн-анализе Р Н К гетероцист Anabaena РСС7120 с использованием в качестве зонда генов nifH, nifD, nifK обнаруживается единственная м Р Н К длиной 4,7 т. н. [109]. Один из прямых повторов длиной 11 п. н. находится на расстоя- нии около 330 п. н. от 5 ' -конца гена nifK против направления транск- рипции. Второй расположен внутри гена nifD. Перестройка приводит к замене 27 С-концевых аминокислотных остатков, кодируемых O P C вегетативной клетки, 43 аминокислотными остатками O P C гетероцис- ты. Сравнение предсказанных С-концевых аминокислотных последова- тельностей генов nifD двух видов Rhizobium с таковой O P C вегета- тивных клеток не выявило гомологии, в то время как была обнаруже- 38 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 38 на высокая гомологичность этих последовательностей с С-концевой аминокислотной последовательностью O P C гетероцисты. Данные вес- терн-блотинга свидетельствуют о наличии единственной формы белка nifD. Следовательно, в Anabaena sp. РСС7120 экспрессируется только «перестроенный» ген nifD [109]. Вторая перестройка, происходящая при дифференциации гетеро- цист, заключается в эксцизии фрагмента Д Н К длиной около 55 т. п. н. из гена fdxN (fdxN-перестройка). Вырезающийся фрагмент Д Н К дли- ной 55 т. п. н. (fdxN-элемент) в хромосоме вегетативных клеток флан- кирован прямыми повторами длиной 5 п. н., которые в свою очередь фланкированы областями частичной гомологии, более протяженными с одной стороны, чем с другой (рисунок). /ч/лгМ-перестройка происходит в результате сайт-специфической рекомбинации между этими повтора- ми. Повторы, вовлеченные в nifD- и /i/xjV-перестройки, не гомологичны друг другу (рисунок). Кроме того, при индукции гетероцист в микро- аэробных условиях происходит только /с^ЛА-перестройка, в то время как nt/D-перестройки не происходит. При этом в культуре не обнару- живается морфологических изменений [116]. Инактивация гена xisA в хромосоме Anabaena РСС7120, который вовлекается в nifD-пере- стройку, блокирует ее, в то время как ^лгЛ^-перестройка при этом про- исходит нормально [80]. По-видимому, ферменты, вовлекаемые в эти перестройки, различны [109, 117]. FdxN-элемент вырезается из хромосомы в виде кольца и присут- ствует в гетероцистах, не деградируя и не амплифицируясь заметным образом, хотя и не может быть выделен в кольцевой форме [116]. FdxN-перестройка приводит к восстановлению целостности гена FdxN. В результате гены nif В, fdxN, nif S и nif U оказываются в непо- средственной близости и, возможно, образуют оперон, а rbcLS-оперон, находящийся в хромосоме вегетативной клетки на расстоянии около 65 т. п. н. от гена nifS, оказывается в гетероцисте на расстоянии 10 т. п. н. от него [116, 117]. Было обнаружено, что препараты плазмиды рАп207 (получена в результате клонирования в pBR322 17 т. п. н. £со7?/-фрагмента Д Н К вегетативных клеток Anabaena sp. РСС7120, внутри которого происхо- дит ш'Д)-перестройка), выделенные из Е. coli, помимо рАп207 разме- ром 21 т. п. н. содержат другую плазмиду, меньшую на 11 т. п. н. Ока- залось, что в Е. coli с низкой частотой происходит спонтанная nifD- перестройка, результатом которой является появление меньшей плаз- миды. При помощи транспозонного мутагенеза в пределах nifD-эле- мента вблизи повтора величиной 11 п. н., проксимального к гену nifK, был локализован ген XisA, кодирующий сайт-специфическую рекомби- назу, ответственную за ni/D-перестройку [118]. При определении нук- леотидной последовательности этой области обнаружили O P C длиной 1 062 п. и., которая может кодировать полипептид с молекулярной массой 416 ООО. Предсказанный белок имеет суммарный заряд + 1 8 , что согласуется с ожидаемым для ДНК-связывающего белка [109, 118]. Впоследствии авторы произвели сайт-направленную инактивацию гена xisA в хромосоме Anabaena sp. РСС7120. Мутанты в ответ на де- фицит в среде связанного азота образовывали гетероцисты, в которых нормально происходила эксцизия /сЬсМ-элемента, однако не происходила m'/D-перестройка. Клетки таких мутантов нормально росли на среде с NH4+, но не могли использовать N2 в качестве единственного источни- ка азота. Очевидно, ген xisA необходим для нормальной эксцизии nifD-элемента, так же как эксцизия — для нормальной экспрессии генов азотфиксации [80]. У A. variabilis АТСС29413 наблюдается организация nif-генов, сход- ная с таковой у Anabaena sp. РСС7120, и при дифференциации гетеро- цист происходит аналогичный процесс эксцизии фрагмента Д Н К дли- ной 11 т. п. н. из гена nifD (nifD-перестройка) [119, 120]. При этом последовательности прямых повторов длиной 11 п. н., фланкирующих m'/D-элементы Anabaena sp. РСС7120 и A. variabilis АТСС29413, иден- ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 3 9 тичны. Идентична и локализация гена xisA в пределах ш'Д?-элемента обоих организмов. Более того, ген xisA A. variabilis АТСС29413 спосо- бен комплементировать мутацию xisA гена Anabaena sp. РСС7120. Од- нако у A. variabilis АТСС29413 в процессе дифференциации гетеро- цист не наблюдается перестройки, аналогичной ^хА/-перестройке Ana- baena sp. РСС7120. Оперон rbcLS A. variabilis АТСС29413 удален от гена nifS в вегетативных клетках и в гетероцистах приблизительно на 10 т. п. н., что аналогично расположению этих генов в гетероцистах Anabaena sp. РСС7120 [119]. Прерывистый nifHDK-оперон, по-видимому, является общим призна- ком неветвящихся цианобактерий [110—112]. Неизвестно пока, все ли цианобактерии этой группы имеют последовательность, аналогичную mfD-элементу Anabaena sp. РСС7120. Сходство т 'Д)-элементов в Ana- baena sp. РСС7120 и A. variabilis АТСС29413 может быть результатом инсерции у общего предка. Возможно и противоположное: элемент распространился горизонтально в результате независимых инсерций в последовательности-мишени длиной 11 н. п., которые должны быть кон- сервативны у неветвящихся гетероцистных цианобактерий вследствие расположенного внутри OPC высококонсервативного гена [119]. Эксцизия nifD-элемента напоминает таковую лизогенного фага. Элемент е14, присутствующий в некоторых штаммах Е. coli, может быть примером дефектного лизогенного фага. Этот элемент вырезается из хромосомы Е. coli под действием УФ-облучения [121] и кодирует гены, необходимые для лизогении и перестройки в сайтах att и е14 [122, 123]. Элемент е14 содержит также ген рш-рекомбипазы— член hin, gin, pin-семейства рекомбиназ,— катализирующих инверсию при- легающей области P длиной 1,8 т. п. н. [123]. Если m/D-элемент яв- ляется дефектным лизогепным фагом, он может давать преимущества вегетативным клеткам хозяина в виде иммунности к инфекции тем же или родственным фагом или посредством сообщения системы рестрик- ции — модификации. Или, наоборот, элемент nifD может защищать от инфекции фагом, не родственным элементу. S O M E A S P E C T S O F M O L E C U L A R C Y A N O B A C T E R I A L G E N E T I C S Μ. F. Alekseyev, N. A. Kozyrovskaya I n s t i t u t e of Molecu l a r B io logy and Genet ics , A c a d e m y of Sc iences of the U k r a i n i a n S S R , Kiev S u m m a r y The review is devo ted to the mo lecu l a r c y a n o b a c t e r i a l genet ics . D a t a on s y s t e m s of g e - net ic exchange , e n d o g e n o u s p l a smids , mobi le gene t i c e lements , specif ic e n d o n u c l e a s e s , d e v e l o p m e n t a l g e n e r e a r r a n g e m e n t s , gene c lon ing a n d c lon ing vec to r s are summar ized . . С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы 1. Шестаков С. В. Перспективы использования фототрофных бактерий в биотехноло- г и и / / Б и о т е х н о л о г и я / П о д ред. А. А. Б а е в а . — М. : Н а у к а , 1984.— С. 212—216. 2. Ammonium i on -exc re t ing cyanobac t e r i a l m u t a n t as a source of n i t r o g e n for g r o w t h of rice: a f as ib i l i ty s t u d y / C. La to ree , J . H. Lee, H. Spi l ler , T. S h a n m u g a m / / B i o - t e c h n o l o g y Let t .— 1986,— 8, N 7,— P. 507—512. 3. Padhy R. N. C y a n o b a c t e r i a employed as fe r t i l i ze rs and w a s t e d i spose r s / / N a t u r e . — 1985 ,—317, N 6037,— P. 475—476. 4. Asato Υ-, Ginosa H. S. S e p a r a t i o n of smal l c i rcu la r D N A molecu les f r o m the blue- g r e e n a l g a Anacystis nidulans / / Ibid — 1973,—244, N 5 4 1 2 , — P . 132—133. 5. Lau R. H., Sapienza C., Doolittle W. F. C y a n o b a c t e r i a l p l a smids : the i r w i d e s p r e a d ' occurence a n d t h e ex is tence of r e g i o n s of h o m o l o g y be tween p l a s m i d s in the s a m e and d i f f e r en t s p e c i e s / / M o L and Gen. Gene t .— 1980,— 178, N 2 , — P . 203—211. 6. Felkner R. H., Barnum S. R. P l a s m i d con ten t and h o m o l o g y of 16 s t r a i n s of f i la - m e n t o u s , n o n - h e t e r o c y s t o u s c y a n o b a c t e r i a / / C u r r . Microbio l .— 1988.— 17, N 1.—> P. 37—41. 7. Lambert G. R., Scott J. G., Curr N. G. C h a r a c t e r i z a t i o n and c l o n i n g of e x t r a c h r o m o - soma l D N A f r o m f i l a m e n t o u s c y a n o b a c t e r i a / / F E M S Microbiol . Let t .— 1984.— 21„ N 2,— P. 225—231. 40 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 40 8. Genetic a s s i g n m e n t s , s t r a i n h i s to r i e s and p r o p e r t i e s of p u r e c u l t u r e s of c y a n o b a c t e - r i a / R . R i p p k a , J . De ru l e s , J . B. W a t e r b u r y et a l . / / J . Gen . Mic rob io l .— 1979,— 111, N 1 — P. 1—61. 9. Rippka R., Cohen-Basire G. The c y a n o b a c t e r i a l e s : a l e g i t i m a t e o r d e r b a s e d on t h e t y p e s t r a i n c y a n o b a c t e r i u m s t a n i e r i / / A n n . Ins t . P a s t e u r . — 1983.— 134b.— P . 1357— 1363. 10. Friedberg D., Seijffers J. P l a s m i d s in t w o c y a n o b a c t e r i a l s t r a i n s / / F E B S L e t t . — 1979,— 107, N 1 , — P . 165—168. 11. Plasmid d i s t r i bu t i on a m o n g u n i c e l l u l a r a n d f i l a m e n t o u s c y a n o b a c t e r i a : occurence of l a r g e and m e g a - p l a s m i d s / M. C. Rebiere , A. M. Cas t e s , J . H o u m a r d , T. N. de M a r s a c / / F E M S Microbio l . Le t t .— 1986 ,—37 , N 3 — P . 269—275. 12. Potts M. D i s t r i b u t i o n of p l a s m i d s in c y a n o b a c t e r i a of L P P g r o u p / / I b i d . — 1984.— 24, N 2 — 3 , — P . 351—354. 13. Frauche C., Reunaud P. A. C h a r a c t e r i z a t i o n of seve ra l t r op i ca l s t r a i n s of Anabaena a n d Nostoc: m o r p h o l o g i c a l a n d p h y s i o l o g i c a l p r o p e r t i e s a n d p l a s m i d c o n t e n t / / A n n . Ins t . P a s t e u r . — 1986,— 137А,— P. 179—197. 14. De Marsac T. N., Houmard J. A d v a n c e s in c y a n o b a c t e r i a l m o l e c u l a r g e n e t i c s / / T h e c y a n o b a c t e r i a / E d s P . Fay , C. V a n B a a l e n . — A m s t e r d a m : E lsev ie r , 1987.— P . 251 — 302. 15. Lambert G. R., Carr N. Y. R a p i d s m a l l - s c a l e p l a s m i d i so l a t i on by seve ra l m e t h o d s f r o m f i l a m e n t o u s c y a n o b a c t e r i a / / Arch. Microb io l .— 1982,— 133, N 1,— P . 122—125. 16. De Marsac T. N. P h y c o b i l i s o m e s and c o m p l e m e n t a r y c h r o m a t i c a d a p t a t i o n / / B u l l . Ins t . P a s t e u r . — 1983 — 8 1 , — P . 201—254. , 17. Lau R. H., Doolittle W. F. C o v a l e n t l v c losed c i r cu la r D N A s in c lose ly r e l a t e d un i - ce l lu l a r c y a n o b a c t e r i a / / J . Bacter iol .—"1979,— 137, N 2 , — P . 648—652. 18. Homology of p l a s m i d s in s t r a i n s of u n i c e l l u l a r c y a n o b a c t e r i a / C . A. M. J . J . v a n d e n H o n d e l , W. K e e g s t r a , W. E. B o r r i a s . G. A. v a n A r k e l / / P l a s m i d . — 1979 .—2, N 4,— P . 323—333. 19. Van den Hondel C. A. M. J. /., van Arkel G. A. D e v e l o p m e n t of a c l o n i n g s y s t e m in c y a n o b a c t e r i a / / A n t o n i e v a n L e e u w e n h o e k . — 1980 — 4 G . — P . 228—229. 20. Construction of s h u t t l e v e c t o r s c a p a b l e of c o n j u g a t i v e t r a n s f e r f r o m Escherichia eoli t o n i t r o g e n - f i x i n g f i l a m e n t o u s c y a n o b a c t e r i a / C. P . Wolk , A. V o n s h a k , P . Kehoe , J . E I h a i / / P r o c . N a t . Acad . Sci. U S A . — 1984,— 81, N 5 , — P . 1561 — 1565. 21. Schmetterer G., Wolk C. P. I d e n t i f i c a t i o n of t he r eg ion of c y a n o b a c t e r i a l p l a s m i d pDUl n e c e s s a r y f o r r ep l i ca t ion in Anabaena sp. s t r a i n M - 1 3 1 / / G e n e . — 1988.— 62, N 1 , — P . 101 — 109. 22. The large e n d o g e n o u s p l a s m i d of Anacystis nidulans: m a p p i n g , c l o n i n g a n d loca l i - z a t i o n of t he o r ig in of r ep l i ca t ion / D. L a u d e n b a c h , N. A. S t r a u s , S. Gende l , J. P . Wi l - l i a m s / / М о ї . a n d Gen. Gene t .— 1983,— 192, N 3 , — P . 402—407. 23. Laudenbachh D. E., Straus N. A., Williams J. P. E v i d e n c e fo r t w o d i s t inc t o r i g i n s of r ep l i ca t ion in t h e l a r g e e n d o g e n o u s p l a s m i d of Anacystis nidulans R2 / / Ibid.—• 1985,— 199, N 2,— P . 300.—305. 24. Walsby A. E. Absence of gas ves ic le p ro te in in a m u t a n t of Anabaena flos-aquae / / Arch. Mic rob io l .— 1977,— 114. N 2 , — P . 167—170. 25. Hauman J. H. I s a p l a s m i d (s) involved in tox ic i ty of Microcystis aeruginosa? // The w a t e r e n v i r o n m e n t . A l g a l t o x i n s a n d h e a l t h / Ed . W. W. C a r m i c h a e l . — N e w York; L o n d o n : P l e n u m press , 1 9 8 1 . — 2 0 . — P . 97—102. 26. Plasmids in tox ic and non- tox i c s t r a i n s of t he c y a n o b a c t e r i u m Microcystis aerugi- nosa / W . S c h w a b e , A. Weihe , T. B o r n e r et a l . , / / C u r r . Mic rob io l .— 1988.— 17, N 3,— P . 133—137. 27. Toxicity a n d e x t r a c h r o m o s o m a l D N A in s t r a i n s of t he c y a n o b a c t e r i u m Microcystis aeruginosa / D. Vaker i a 1 G. A. G o d d , G. Be l l s et a l . / / F E M S Microb io l . Le t t — 1985 ,—29, N 1—2. .—P. 69—79. 28. Whitehead P. R., Brown N. K. Three r e s t r i c t ion e n d o n u c l e a s e s f r o m Anabaena flos- aquae / / J. Gen. Microb io l .— 1985,— 131, N 4 , — P . 951—958. 29. Whitehead P. R., Broun N. L. A s imp le a n d r ap id m e t h o d fo r s c r e e n i n g b a c t e r i a f o r t y p e II r e s t r i c t ion e n d o n u c l e a s e s : E n z y m e s in Aphanothece halophytica / / Arch. Mic- r o b i o l . — 1 9 8 5 , — 1 4 1 , N 1 , — P . 70—74. 30. Castes A.-M., Houmard L, de Marsac T. N. I s cell m o t i l i t y a p l a s m i d - e n c o d e d f u n c - t ion in t he c y a n o b a c t e r i u m Synechocystis 6 8 0 3 ? / / F E M S Microbio l . Le t t .— 1986.—• 37, N 3 , — P . 277—281. 31. Simon R. D. S u r v e y e x t r a c h r o m o s o m a l D N A f o u n d in f i l a m e n t o u s c y a n o b a c t e r i a / / J . Bac te r io l .— 1978,— 136, N 1,— P . 414—418. 32. Photomorphogenesis and c o m p l e m e n t a r y c h r o m a t i c a d a p t a t i o n in Fremyella diplo- siphon / L. B o g o r a d 1 S. M. Gende l , J . H. H a u r y , K. P . K o l l e r / / P h o t o s y n t h e t i c p r o - k a r y o t e s : cell d i f f e r e n t i a t i o n a n d f u n c t i o n / E d s G. C. P a p a g e o r g i o n 1 L. P a c k e r . — N e w York: E lsev ie r , 1983 — P . 119—126. 33. Transformation in t he c y a n o b a c t e r i u m Synechococcus R2: i m p r o v e m e n t of e f f i c i ency ; ro le of t he pUH24 p l a s m i d / F. C h a u v a t 1 C. As t ie r , F. Vede l , F. J o s e t - E s p a r d e l l i e r / / Мої . and1 Gen . G e n e t . — 1983,— 191, N 1,— P . 39—45. 34. Янулайтис А. А. Ферменты рестрикции и их п р и м е н е н и е / / И т о г и науки и техни- к и , — М . : В И Н И Т И , 1 9 8 9 , — С . 12—25,— (Сер. Б и о т е х н о л о г и я ; Т. 17). 35. De Waard A., Duyvesteyn М. Are sequence-spec i f i c d e o x y r i b o n u c l e a s e s of v a l u e a s t a x o n o m i c m a r k e r s of c y a n o b a c t e r i a l s p e c i e s / / A r c h . Microb io l .— 1980.— 128, N 2.— P . 242—247. ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 4 1 36. Infrequent c l eavage о! cloned Anabaena variabilis DNA by res t r ic t ion nuc leases f rom A. variabilis / A. Herrero , J. Elhai , B. Hohn , C. P. W o l k / / J . Bacteriol .— 1984,— 160, N 2 , — P . 781—784. 37. Lambert G. R.. Carr N. G. Res i s tance of DNA f rom f i l amen tous and unice l lu lar cy- anobac te r ia to res t r ic t ion endonuc lease c l e a v a g e / / B i o c h i m . et biophys. acta.—• 1984,—781, N 1 , — P . 45—55. 38. Sequence-specific nuc leases f rom the cyanobac te r ium Fremyella diplosiphon, and a peculiar res is tance of its chromosomal DNA t o w a r d s c l eavage by other res t r ic t ion enzymes / C. A. M. J. J. v a n den Hodel , R. W. v a n Leen, C. A. v a n Arkel et al. // F E M S Microbiol. Let t .— 1983,— 16. N 1 ,—P. 7—12. 39. Restriction ana lys i s and quan t i t a t ive es t imat ion of methyla ted bases of f i l amen tous and unicel lu lar cyanobac ter ia l DNAs / R. N. P a d h y , F. G. Hot t a t , M. M. Coene, P. P. H o e t / / J . Bacter iol .— 1988,— 170, N 4 — P . 1934—1939. 40. Geir G. E., Modrich P. Recogni t ion sequence of the dam methy lase of Escherichia coli K12 and mode of c l eavage of dpn I endonuc lease / / J. Biol. Chem.— 1979.— 254, N 4 , — P . 1408—1414. 41. Currier T. C., Wolk C. P. Charac te r i za t ion of Anabaena variabilis i n f luenc ing p laque fo rmat ion by c y a n o p h a g e Nl / / J. B a c t e r i o l — 1979.— 139, N 1 . — P . 88—99. 42. Szekers M. Phage - induced development of a si te-specific endonuc lease in Anacystis nidulans, a c y a n o b a c t e r i u m / / V i r o l o g y . — 1 9 8 1 — 1 1 1 , N 1 ,—P. 1—10. 43. Szekers M., Szmidt A. E., Torok I. Evidence for a res t r ic t ion-modif ica t ion- l ike sy- s tem in Anacystis nidulans infected by c y a n o p h a g e AS-I / / Eur . J . Biochem.— 1983.— 131, N 1 ,—P. 137—141. 44. Sequence-specific endonuc leases in s t r a ins of Anabaena and Nostoc / M. G. G. Duy- ves teyn, J. Korsuise, A .de W a a r d et a l . / / A r c h . Microbiol .— 1983.— 134, N 1—4,— P. 276—284. 45. Reaston !., Can N. G. Pur i f i ca t ion of the modif ica t ion enzyme M. Nsp MAC 1 f r om the f i l amen tous cyanobac te r ium Nostic P C C 8009 / / V th Int . symp. on pho tosyn the t ic p rokaryo tes : A b s t r . — G r i n d e l v a l d , 1985 ,—P. 332. 46. Gallagher M. L., Burke W. F., Jr. Sequence-specif ic endonuc lease f rom the t r ans fo r - m a b l e cyanobac te r ium Anacystis nidulans R2 / / F E M S Microbiol. Let t .— 1985.— 26, N 3,— P. 317—321. 47. Cyanobacterial inser t ion e lements : charac te r iza t ion and poten t ia l / D. Masel , A.-M. Ca- stes, J . H o u m a r d , N. T. de M a r s a k / / Int . symp. on photosynthe t ic p rokaryo tes : A b s t r . — N o o d w i j k e r h o u t , 1988 — P . 227. 48. Insertion sequence IS 2 in the cyanobac te r ium Chlorogloeopsis fritchii / G. C. Mach- ray, D. Vaker ia , G. A. Gold, W. D. P . S t e w a r t / / G e n e . — 1988,—67, N 2 , — P . 301— 305. 49. Shestakov S., Nhyen N. Evidence for genet ic t r a n s f o r m a t i o n in b lue-green a l g a Anacystis nidulans / / Мої. and Gen. Genet .— 1970,— 107, N 3 . — P . 372—375. 50. Wilmotte A. M. R., Stam W. T. Genet ic re la t ionsh ips a m o n g cyanobac ter ia l s t r a i n s o r ig ina l ly des igna ted as «·Anacystis nidulans> and some other Synechococcus s t r a ins / / J. Gen. Microbiol .— 1984 — 103. N 1,— P. 27—37. 51. Deoxyribonucleic acid base composi t ion of cyanobac te r ia / M. H e r d m a n , M. Jan iver , J. B. W a t e r b u r y et a l . / / I b i d — 1979,—111, N 1 , — P . 63—71. 52. Devilly C., Houghton J. A s tudy of genet ics t r a n s f o r m a t i o n in Gleocapsa alpicola / / Ibid.— 1977,— 98, N 2 , — P . 277—280. 53. Genetic t r a n s f e r of herbicide res i s tance g e n e ( s ) f r o m Gleocapsa spp. to Nostoc mus- corumJO. T. S ingh , K- Ni rmala , D. R. Modi et al. / / М о ї . and Gen. Genet .— 1987.— 208, N 3,— P. 436—438. 54. Astier C.. Espardellier F. Mise en evidence d 'un sys teme de t r a n s f e r t gene t ique chez une cyanophycee du g e n t r e Aphanocapsa / / C. r. Hebd. seances Acad. Sci., Pa r i s .— 1976,— 282D.— P. 795—797. 55. Orkwiszewski Κ-, Kaney A. Genet ic t r a n s f o r m a t i o n of the b lue-green bacter ium Ana- cystis nidulans / / Arch. Microbiol .— 1974.—98, N 1 . — P . 31—37. 56. Herdman M. M u t a t i o n s a r i s ing d u r i n g t r a n s f o r m a t i o n in the b lue-green a l g a Anacy- stis nidulans / / Мої. and Gen. Genet .— 1973 — 120, N 3 , — P . 369—378. 57. Herdman M., Carr N. G. Recombina t ion in Anacystis nidulans media ted by an ext- race l lu la r DNA-RNA complex Ці. Gen. M i c r o b i o l — 1971,—68, N 1 , — P . 97—102. 58. Stevens S., Porter R. T r a n s f o r m a t i o n in Agmenellum quadruplicatum / / Proc. Na t . Acad. Sci. USA.— 1980,—77, N 1 0 , — P . 6052—6056. 59. Grigorieva G., Shestakov S. T r a n s f o r m a t i o n in the cyanobac te r ium Synechocystis sp. 6803 // F E M S Microbiol. Let t — 1982,— 13, N 4,— P. 367—370. 60. Golden S. S., Sherman L. A. Opt imal condi t ions for genet ic t r a n s f o r m a t i o n of the cyanobac te r ium Anacystis nidulans R2 / / J . Bacter iol .— 1984.— 158, N 1 . — P . 36—42. 61. Porter R. D. T r a n s f o r m a t i o n in c y a n o b a c t e r i a / / C R C Crit . Rev. Microbiol .— 1987.— 13, N 2 , — P . 11—132. 62. Williams J., Szalay A. S t ab l e in t eg ra t ion of fore ign DNA into the ch romosome of the cyanobac te r ium Synechococcus R2 / / G e n e . — 1 9 8 3 . - 2 4 , N 1 . — P . 37—51. 63. Buzby J. S., Porter R. D., Stevens S. E., Jr. P l a smid t r a n s f o r m a t i o n in Agmenellum quadruplicatum PR-6: cons t ruc t ion of b iphasic p l a smids and charac te r iza t ion of their t r a n s f o r m a t i o n p r o p e r t i e s / / J . B a c t e r i o l — 1983,—154, N 3 , — P . 1446—1450. 64. Grigorieva G., Shestakov S. Appl icat ion of the genet ic t r a n s f o r m a t i o n method for t axonomic ana lys i s of unice l lu lar b lue-green a l g a e / / 2nd Int . symp. on photosynthe- tic p rokaryo tes : A b s t r . — D u n d e e , 1976.K-P. 220—222. 42 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 42 •С5. A host-vector s y s t e m for g e n e c l o n i n g in the c y a n o b a c t e r i u m Anacystis nidulans R2 I C. J . Kuhlemeier , Α. Μ. M. T h o m a s , A. v a n der E n d e et a l . / / P l a s m i d — 1983.— 10, N 2 , — P . 156—163. 66. Shestakov S., Elanskaya I., Bibikova Λί. Vec to r s f o r g e n e c l o n i n g in Synechocystis sp. 6 8 0 3 / / V t h In t . symp. on p h o t o s y n t h e t i c p r o k a r y o t e s : Abs t r .— Gr inde Iwa ld 1 1 9 8 5 , — P . 109. 67. Kolowsky K S.. Williams I. G. K., Szalay A. A. L e n g t h of f o r e i g n D N A in t h e c h r o m o s o m e of the c y a n o b a c t e r i u m Synechococcus R2// Gene .— 1984,—27, N 3.— P. 289—299. 68. Flores E., Wolk C. P. I den t i f i ca t ion of f a c u l t a t i v e l y he te ro t rophic , N 2 - f i x i n g cyano- bac te r ia ab le t o receive p l a smid vec to r s f r o m Escherichia eoli by c o n j u g a t i o n / / J. Bac te r io l .— 1985,— 162, N 3,— P. 1339—1341. 69. Introduction of t r a n s p o s o n Tn 901 in to a p l a smid of Anacystis nidulans: p r e p a r a - t ion for c l o n i n g in c y a n o b a c t e r i a / C. A. M. J . J. v a n den Honde l , S. Verbeek, A. v a n der E n d e et al. / / P r o c . Na t . Acad . Sci. U S A . — 1980,—77, N 3 . — P . 1570—1574. 70. A new a p p r o a c h for m o l e c u a r c l o n i n g in cyanobac t e r i a : c l o n i n g of an Anacys'is ni- dulans met g e n e u s i n g a Tn 907- induced m u t a n t / T . N. de M a r s a c , W. E. Bor r i a s , C. J . Kuhlemeie r et a l . / / G e n e . — 1982,—20, N 1—2,—P. 111—119. 71. Шестаков С. В., Еланская И. В., Бибикова М. В. Векторы интеграции д л я циано- бактерии Synechocystis P C G 6 8 0 3 / / Д о к л . А Н С С С Р , — 1985,—282, № 1 ,—С. 176— 179. 72. Integrative r e c o m b i n a t i o n in Anacystis nidulans R2 / Μ . Т. Bo r r i a s , Т. v a n der P l a s , G. de Vrieze , К. P . Weisbeek / / V I t h In t . symp . on p h o t o s y n t h e t i c p r o k a r y o t e s : A b s t r . — N o o d w i j k e r h o u t , 1988 ,—P. 16. 73. Kuhlemeier W. E., Borrias AL T., van den Hondel C. A. M. J. J. Vec to r s for c l o n i n g in c y a n o b a c t e r i a : cons t ruc t i on and c h a r a c t e r i z a t i o n of t w o r e c o m b i n a n t p l a s m i d s c a p a b l e of t r a n s f o r m a t o n to Escherichia eoli K-12 a n d Anacystis nidulans R2 / / Мої . and Gen. Gene t .— 1981,— 184. N 2 — 3 . — P . 249—254. 74. Sherman L. A., van den Putte P. C o n s t r u c t i o n of a hybr id p l a s m i d c a p a b l e of rep- l ica t ion in the bac t e r ium Escherichia eoli a n d t h e c y a n o b a c t e r i u m Anacystis nidulans / / J . Bac te r io l .— 1982,— 150, N I j— P . 410—413. 75. Shuttle c l o n i n g vec to r s fo r the c y a n o b a c t e r i u m Anacystis nidulans / S. Gende l , N. S t r a u s , D. B. Pu l l ey , J . W i l l a m s / / J . Bac te r io l .— 1983,— 156, N 1 . — P . 148—154. 76. Lau R. H., Straus N. A. V e r s a t i l e s h u t t l e c l o n i n g v e c t o r s f o r t h e un i ce l l u l a r cyano - bac t e r ium Anacystis nidulans # 2 / / F E M S Microbiol . L e t t — 1985,—27, N 3,— P. 253—256. 77. Friedberg D., Seijffers J. A n e w hybr id p l a smid c a p a b l e of t r a n s f o r m i n g Escherichia eoli and Anacystis nidulans / / Gene .— 1983,— 22, N 2,— P . 267—275. 78. A host-vector s y s t em for g e n e c lon ing in the c y a n o b a c t e r i u m Synechocystis P C C 6803 / F. C h a u v a t , L. de Vries , A. v a n der Ende , G. A. v a n Arkel / / Мої . a n d Gen. Gene t — 1986,—204, N 1 , — P . 185—191. 79. Shmetterer G., Wolk C. P., Elhai I. Exp re s s ion of luc i f e ra ses f r o m Vibrio harveyi and Vibrio fischerii in f i l a m e n t o u s c y a n o b a c t e r i a / / J . Bac te r io l .— 1986.— 167, N 1.— P. 411—414. 80. Golden J., Wiest D. R. G e n o m e r e a r r a n g e m e n t a n d n i t r o g e n f i xa t ion in Anabaena blocked by i nac t i va t i on of xisA g e n e / / S c i e n c e . — 1988 ,—242 , N 4884 — P . 1421— 1423. 81. McFarlane G. J. B., Machray G. C., Stewart W. D. P. A s impl i f ied m e t h o d fo r c o n j u - g a l g e n e t r a n s f e r in to the f i l a m e n t o u s c y a n o b a c t e r i u m Anabaena sp. A T C C 27893 / / J . Microbiol . Me th .— 1987 ,—6, N 2 , — P . 301—305. 82. Elhai J., Wolk C. P. C o n j u g a l t r a n s f e r of D N A to cyanobac t e r i a / / M e t h . E n z y m o l . — 1987,— 167,— P. 747—754. 83. Organization a n d nuc leo t ide sequence of g e n e s e n c o d i n g core c o m p o n e n t s of t h e phycob i l i somes f r o m Synechococcus 6301 / J . H o u m a r d , D. Maze l , T. Moque t , D. A. B r y a n t / / М о ї . a n d Gen. Gene t .— 1986 ,—205, N 3 , — P . 404—410. 84. Genes e n c o d i n g the a lpha , g a m m a , de l t a a n d f o u r F0 s u b u n i t s a t A T P s y n t h a s e con- s t i t u t e an ope ron in the c y a n o b a c t e r i u m Anabaena sp. s t r a i n P C C 7 1 2 0 / D . F. M c C a r r , R. A. Whi t ake r , J . A l a m et a l . / / J . Bac te r io l .— 1988,— 170, N 8 , — P . 3448— 3458. 85. Defrancesco N., Potts M. C l o n i n g of nifHD f r o m Nostoc c o m m u n e U T E X 584 a n d of the f l a n k i n g r eg ion h o m o l o g o u s to p a r t of the Azotobacter vinelandii nifU g e n e / / Ib id .— N. 7.— P. 3297—3300. 86. Laudenbach D. E., Trick C. G., Straus N. A. C l o n i n g a n d c h a r a c t e r i z a t i o n of Anacys- tis nidulans R2 supe rox ide d i s m u t a s e g e n e / / М о ї . a n d Gen . Gene t .— 1989.— 216, N 2—3,— P. 455—462. 87. Genes fo r a l p h a and be ta s u b u n i t s of phycocyan in / R. de Lor imier , D. A. B r y a n t , R. D. P o r t e r e t a l . / / P r o c . Na t . Acad . Sci. USA.— 1984 ,—81, N 2 4 , — P . 7946—7950. 88. Alvarado-Urbina G., Lau P. C. K. P h y c o c y a n i n α - s u b u n i t g e n e of Anacystic nidulans R2: c lon ing , nuc leo t ide s equenc ing and express ion in Escherichia eoli / / Gene.— 1987,—52, N 1 . — P . 21—29. 89. Pilot T. L, Fox I. L. C l o n i n g a n d s e q u e n c i n g of the g e n e s e n c o d i n g the a lpha a n d beta subun i t C - p h y c o c y a n i n f r o m the c y a n o b a c t e r i u m Agmeneltum quadruplieatum / / Proc . Nat . Acad . Sci. U S A — 1984,—81, N 22 — P . 6983—6987. 90. Gene s equence fo r the 9 k D a c o m p o n e n t of p h o t o s y s t e m II f r o m the c y a n o b a c t e r i u m Phormidium laminosum i nd ica t e s s imi la r i t i es be tween c y a n o b a c t e r i a l a n d o ther Iea- I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 4 3 der sequences / Т. P . Wal lace , A. C. S t e w a r t , D. P a p p i n , C. J . H o w e / / Мої . a n d G e n . Gene t .— 1989 ,—216, N 2 — 3 , — P . 334—340. 91. Molecular c l o n i n g a n d nuc leo t ide sequence of a d e v e i o p m e n t a l l y r e g u l a t e d g e n e f r o m c y a n o b a c t e r i u m Calothrix PCC7601 : a gas vesic le p ro te in g e n e / N. de M a r s a c , D. Mase l , D. A. B r a u n t , J . H o u m a r d / / N u c l . Acids R e s . — 1 9 8 5 , — 13, N 2 0 . — P . 7223—7236. 92. Tomioka N., Shinozaki K., Sugiura M. Mo lecu l a r c l o n i n g and c h a r a c t e r i z a t i o n of r i bosomal R N A g e n e s f r o m a b lue -g reen a l g a , Anacystis nidulans / / Мої . and Gen . Gene t .— 1981,— 1'84, N 3,— P. 359—363. 93. Tomioka N., Sugiura M. Nuc leo t ide sequence of the 16S—23S spacer r eg ion in t h e rrnA operon f r o m the b lue -g reen a lga , Anacystls nidulans / / Ib id .— 1984.— 193, N 3,— P. 427—430. 94. Tomioka N., Sugiura M. The comple t e nuc leo t ide sequence of a 16S- rRNA g e n e from- a b lue -g reen a l g a , Anacystic nidulans / / I b i d . — 1983.— 191, N 1.— P. 46—50. 95. Douglas S. E., Doolittle W. F. Nuc leo t ide sequence of the 5S r R N A gene and f l an - k i n g r e g i o n s in the c y a n o b a c t e r i u m Anacystis nidulans / / F E B S Let t .— 1984.— 166, N 2,— P. 307—310. 96. Douglas S. E., Doolittle W. F. C o m p l e t e nuc leo t ide sequence of t h e 23S r R N A g e n e of t h e c y a n o b a c t e r i u m Anaeystis nidulans / / Nucl . Acids Res .— 1984.— 12, N 7 , — P . 3373—3386. 97. Kumano M., Tomioka N., Sugiura M. The comple t e nuc leo t ide sequence of a 23S r R N A g e n e f r o m a b lue -g reen a l g a Anaeystis nidulans / / Gene .— 1983.— 24, N 2 ,— P. 219—225. 98. Cloning of p h o s p h o e n o l p y r u v a t e c a r b o x y l a s e g e n e f r o m a c y a n o b a c t e r i u m Anaeystis nidulans in Escherichia coli/T. Kodaki , F. K a t a g i r i , M. A s a n o et a l . / / J . Biochem. — 1 9 8 5 . - 9 7 , N 2 , — P . 533—539. 99. Genes f r om the c y a n o b a c t e r i u m Agmenellum quadruplicatum i so la ted by complemen- t a t i o n : c h a r a c t e r i z a t i o n and p roduc t ion of merod ip lo ids / R. D. Po r t e r , J . S. Buzby , A. P i lon et a ! . / / G e n e . — 1986,—41, N 2 — 3 , — P . 249—254. 100. Дефектные по фотосинтезу мутанты цианобактерии Synechocystis P C C 6 8 0 3 / С. В. Шестаков , О. А. К о к ш а р о в а , В. В. Грошев, И. В. Е л а н с к а я / / Биол . науки.—• 1988,— 1, № 1,— С. 75—80. 101. Mutagenesis by r a n d o m c lon ing of an Escherichia coli k a n a m y c i n r e s i s t ance g e n e in to the g e n o m e of the c y a n o b a c t e r i u m Synechocyslis P C C 6803; select ion of m u t a n t s defec t ive in p h o t o s y n t h e s i s / F. C h a u v a t , P. Rouet , H. Bot t in , A. B o u s s a c / / M o l a n d Gen. Gene t .— 1989,—216, N 1 , — P . 51—59 102. Cloning of a th i rd n i t r a t e r educ t a se g e n e f r o m the c y a n o b a c t e r i u m Anacystis nidulans R2 u s i n g cosmid l ib ra ry / C. J . Kuhlemeier , V. J . P . Teenwsen , M. J . J a n s s e n , G. A. A r k e l / / G e n e . — 1984,— 31, N 1 — P. 109—116. 103. Dzelkalns V. A., Bogorad L. Mo lecu l a r a n a l y s i s of a m u t a n t defec t ive in p h o t o s y n t - he t ic oxyden evo lu t ion and i so la t ion of a c o m p l e m e n t i n g c lone by a novel s c r e e n i n g p r o c e d u r e / / E M B O J .— 1988,—7, N 2 , — P . 333—338. 104. Isolation and c o m p l e m e n t a t i o n of m u t a n t s Anabaena sp. s t r a in P C C 7 1 2 0 u n a b l e t o g r o w aerob ica l ly on d in i t rogen / C. P . Wolk, Y. Cai, L. Ca rdemi l et a l . / / J . Bac te - r iol .— 1988,— 170, N 3 , — P . 1239—1244. 105. Cloning, nuc leo t ide sequence and m u t a g e n e s i s of a g e n e ( i rp A) involved in i ron- def ic ient g r o w t h of the c y a n o b a c t e r i u m Synechococcus sp. s t r a in P C C 7942 / K. J . Reddy , G. S. B u l l e r j a r h n , D. M. S h e r m a n , L. A. S h e r m a n / / I b i d . — 1988,— 170, N 10. — P. 4466—4476. 106. Streeck R. E., Moritz К- B., Beek K. C h r o m a t i n d iminu t ion in Ascarissum: nuc l eo t ide sequence of the e l imina ted sa te l l i t e D N A / / N u c l . Acids Res .— 1982.— 10, N 11.— P. 3495—3502. 107. Honjo T., Kataoka T. O r g a n i z a t i o n of i m m u n o g l o b u l i n h e a v y cha in g e n e s a n d a l le- lic de le t ion mode l / / P r o c . Nat . Acad. Sci. U S A . — 1978,—75, N 4 — P. 2140—2144. 108. Haber J. E. M a t i n g - t y p e g e n e s of Saccharomyces cerevisiae / / Mobi le gene t i c ele- m e n t s / E d . J . A. S h a p i r o . — N e w York: Acad , press , 1 9 8 3 , — P . 559—619. 109. Developmental r e a r r a n g e m e n t of cyanobac t e r i a l n i t r o g e n f ixa t ion g e n e s / R. H a s e l - korn , J. W. Go lden , P . J . L a m m e r s , M. E. M u l l i g a n / / T r e n d s Gene t .— 1986.—2, N 4,— P. 486—492. 110. Saville B., Straus N., Coleman I. R. C o n t i g u o u s o r g a n i z a t i o n of n i t r o g e n a s e g e n e s in a h e t e r o c y s t o u s c y a n o b a c t e r i u m / / P l a n t Phys io l .— 1987.— 85, N 1.— P. 26—29. 111. Meeks J. C., Joseph C. M., Haselkorn R. O r g a n i z a t i o n of the nif g e n e s in cyanobac - teria in symbio t ic a s soc i a t i on w i th Azolla and Anthoceros / / Arch. Microbio l .— 1988. — 150, N 1 — P. 61—71. 112. Kallas T., Coursin T., Rippka R. D i f f e r e n t o r g a n i z a t i o n of nif g enes in n o n h e t e r o c y s - t o u s and h e t e r o c y s t o u s c y a n o b a c t e r i a / / P l a n t . Мої . Biol.—1985.—5, N 5.— P. 321—329. 113. Haselkorn R. H e t e r o c y s t i s / / Annu . Rev. P l a n t Phys io l .— 1 9 7 8 , — 2 9 , — P . 319—344. 114. Golden J. W'., Robinson S. J., Haselkorn R. R e a r r a n g e m e n t of n i t r o g e n f ixa t ion g e n e s d u r i n g he t e rocys t d i f f e r e n t i a t i o n in the c y a n o b a c t e r i u m Anabaena / / N a t u r e . — 1 9 8 5 . — 314, N 6 0 1 0 . — P . 419—423. 115. Golden J. W., Mulligan M. E., Haselkorn R. D i f f e r e n t r ecombina t ion site speci f ic i ty of t w o d e v e i o p m e n t a l l y r e g u l a t e d g e n o m e r e a r r a n g e m e n t / / I b i d . — 1987.— 327, N 6 1 2 2 , — P . 526—529. 116. Deletion of a 55-ki lobase-pai r D N A e lement f r o m the c h r o m o s o m e d u r i n g he te rocys t d i f f e r e n t i a t i o n of Anabaena sp. s t r a in P C C 7 1 2 0 . / J . W. Golden , C. D. Ca r r a sco , M. E. M u l l i g a n et a l . / / J . Bac te r io l .— 1988,— 170, N 11.— P. 5034—5041. 44 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 44 117. Mulligan Μ. E., Buikema W. J., Haselkorn R. Bac t e r i a l - t ype f e r r edox in g e n e s in the n i t r o g e n f i xa t ion r e g i o n s of t h e c y a n o b a c t e r i u m Anabaena sp. s t r a in P C C 7120 and Rhizobium meliloti / / Ib id .—N 9 , — P . 4406—4410. 118. Lammers P. I., Golden J. W., Haselkorn R. I den t i f i ca t ion and sequence of a g e n e requi red fo r a d e v e l o p m e n t a l l y r e g u l a t e d D N A excis ion in Anabaena / / Cel l .— 1986. — 44, N 6 . — P . 905—911. 119. Excision of an 11 kb-pa i r D N A e lement f r o m wi th in the hif D g e n e in Anabaena va- riabilis he t e rocys t i s / J . S. B rusca , M. A. Ha le , C. D. C a r r a s c o , J . W. Go lden / / J . B a c - ter iol .— 1989,— 171, N 8,— P. 4138—4145. 120. Herrero A., Wolk C. P. Gene t i c m a p p i n g of the c h r o m o s o m e of the c y a n o b a c h e r i u m Anabaena variabilis//}. Biol . Chem.— 1986,—261, N 1 7 , — P . 7748—7754. 121. Greener A.. Hill C. W. I den t i f i ca t ion of a novel gene t i c e lement in Escherichia eoli K - 1 2 / / J . Bac te r io l .— 1980.— 144, N 1 . — P . 312—321. 122. Brody H., Hill C. W. A t t a c h m e n t s i te of the gene t i c e l emen t e // Ibid.— 1988.— 170, N 5,— P. 2040—2044. 123. Van den Putte P., Ptasterk R., Kuijpers P. A M u g i n - c o m p l e m e n t i n g f u n c t i o n and a n inver t ib le D N A reg ion in Escherichia eoli K-12 a r e s i tua ted on the gene t i c e l e m e n t e!4 И Ibid.— 1984,— 158, N 2,— P. 517—522. Ин-т молекуляр . биологии и генетики А Н У С С Р , Киев Получено 14.03.90 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1990. Т. 6. № 5 3 — 0-405 4 5

Схожі ресурси