奇妙的光启动基因表达

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如果基因表达的开始与中止就像电灯开关一样不是很好吗？研究人员已经这样做了，不仅如此，他们更进了一步，就用光本身作为基因开关的工具。在10月份的《自然—生物技术》杂志上，美国农业部（奥尔巴尼市，加利福尼亚州）和伯克利大学（伯克利市，加利福尼亚州）的研究人员报告了一种利用光来启动和关闭基因的分子开关。这样的开关可能被用来测定任何能够暴露于光线中的细胞、生物或组织中的任何基因（包括一个引入的转导基因）的功能。

Peter Quail及其同事利用了光敏色素（一种天然存在于植物中的色素蛋白）的构象特征。光敏色素具有两种不同的形态：Pr或Pfr，这要取决于它是暴露在红光还是远红光下。只有Pfr形式能够连接另一种蛋白质PIF3。为了利用这些特性创造一个基因开关，Quail小组设计出了一个能够产生两种合成蛋白质的酵母菌株——一种蛋白质上的光敏色素依附在某个DNA结合区上；另一种蛋白质上的PIF3则与一个DNA活化区相连。他们的想法是：只有当这些合成蛋白质非常接近，并和目标基因的上游相连的时候，才能诱导基因表达。的确，当他们用红光照射这种基因工程酵母菌株时，第一种合成蛋白质上的光敏色素从Pr形式转化成Pfr形式，这样它就可以和第二种合成蛋白质上的PIF3相互作用，使DNA结合区和DNA活化区联合起来，诱导基因的表达。

由于Pr/Pfr两种形式彼此之间能够转化的特性，Quail小组因此也可将酵母菌置于远红光下，使光敏色素恢复其天然的Pr构象，从而防止两种合成蛋白质彼此相互作用，这样就可关闭基因表达。

光启动的分子开关的优点在于，它使得研究人员能够确定基因在不同的细胞发育阶段中的功能，这比其他的实用基因组方法（如剔除技术）具有更多好处。由于不会引起摄取或毒性问题，因此该系统比需要外部化学调节剂的其他现有分子开关更有优势。

摘自 科学时报