基因組中的轉(zhuǎn)座元件是自然界中廣泛存在的位置可變DNA序列，在基因組的穩(wěn)定性、遺傳變異和生物進(jìn)化方面具有重要作用。細(xì)菌基因組中的插入序列(Insertion sequence，IS)是一種廣泛存在的轉(zhuǎn)座元件，根據(jù)其序列和作用的不同機(jī)制可以分成多個(gè)家族（已知有29個(gè)家族的插入序列），其中IS3是分布最為廣泛的家族之一。目前，對插入序列作用機(jī)制的認(rèn)知主要來自于對嗜中溫微生物的研究，但是基因組表明嗜熱微生物也包含有大量的插入序列，其轉(zhuǎn)座機(jī)制尚未得到深入研究。嗜熱微生物由于包含獨(dú)特和高熱穩(wěn)定的酶類，具有特殊的研究和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，在生物煉制中具有重要的作用。例如，熱纖梭菌這一典型嗜熱微生物，在木質(zhì)纖維素工業(yè)生物煉制中極具應(yīng)用前景?；诖耍鄭u能源所代謝物組學(xué)研究組針對熱纖梭菌等非模式微生物，前期開發(fā)了高效遺傳操作平臺(tái)，包括基于嗜熱二類內(nèi)含子的定向基因敲除工具和基于同源重組的無疤基因組編輯工具，并利用這些工具系統(tǒng)研究了熱纖梭菌及其纖維小體對木質(zhì)纖維素的高效降解機(jī)制。
在對熱纖梭菌的基因組編輯工具開發(fā)的過程中，研究人員使用了腺苷激酶（Tdk）作為反篩標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)該反篩標(biāo)記經(jīng)常被一個(gè)非?；钴S的IS3家族插入序列IS1447所失活。該研究組劉亞君副研究員等人對該插入序列進(jìn)行了深入研究，通過基因組搜索和進(jìn)化關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)IS1447類似的插入序列廣泛存在于厚壁菌門的細(xì)菌中，在IS3家族的插入序列中具有非常獨(dú)特的特征，代表了IS3家族中一個(gè)新的亞組。IS1447亞組通過+1位的轉(zhuǎn)錄滑移實(shí)現(xiàn)有功能的全長轉(zhuǎn)座酶的合成，這是一種與已知的IS3家族所具有的的核糖體-1位翻譯水平移碼完全不同的移碼方式，且這一轉(zhuǎn)錄滑移只需要連續(xù)的7個(gè)腺嘌呤核苷酸（A）即可實(shí)現(xiàn)，這也不同與目前公認(rèn)的至少8個(gè)連續(xù)的A或T才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄滑移機(jī)制。此外，多個(gè)纖維素降解菌的基因組中都含有數(shù)目非常多的IS1447亞組插入序列。上述研究表明IS1447代表了富含于厚壁菌門中的新的IS3亞組插入序列，豐富了人們對嗜熱轉(zhuǎn)座元件的認(rèn)識，同時(shí)也為開發(fā)在嗜熱微生物使用的基于插入序列的突變工具提供了基礎(chǔ)。
上述工作最近發(fā)表在Biotechnology for Biofuels上，由青島能源所馮銀剛研究員和崔球研究員指導(dǎo)完成，青島能源所劉亞君副研究員為論文的第一作者，該研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、山東省和中科院項(xiàng)目的支持。（文/劉亞君 圖/馮銀剛）
圖1. 來源于熱纖梭菌的IS1447序列及其轉(zhuǎn)錄滑移位點(diǎn)分析。IS1447可表達(dá)三種轉(zhuǎn)座酶OrfA、OrfB及OrfAB，其中OrfAB為有功能的全長轉(zhuǎn)座酶。紫色表示反向重復(fù)序列，綠色及紅色分別表示轉(zhuǎn)座酶翻譯起始及終止位點(diǎn)，黃亮表示移碼區(qū)域。
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https://link.springer.com/article/10.1186/s13068-018-1304-8
Liu Y-J, Qi K, Zhang J, Chen C, Cui Q, Feng Y. Firmicutes-enriched IS1447 represents a group of IS3-family insertion sequences exhibiting unique +?1 transcriptional slippage. Biotechnology for Biofuels. 2018;11:300.
