全 文 ：第26卷 第1期
2014年1月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 26, No. 1
Jan., 2014
文章编号：1004-0374(2014)01-0064-08
DOI: 10.13376/j.cbls/2014010
超嗜热古菌基因组的热稳定性
盛多红
(山东大学微生物技术国家重点实验室，济南 250100)
摘　要：超嗜热古菌能够生活在 80℃以上的高温环境中，它们的耐热性已经成为当前研究的热点之一。以
往对超嗜热菌的认识多集中于蛋白质的耐热性，而很少有关于基因组热稳定性的综述文章。综述了当前对
超嗜热古菌的基因组稳定性以及 DNA损伤识别机制的研究进展，以期更好地了解超嗜热古菌的耐热机制。
关键词：超嗜热古菌；基因组稳定性；DNA损伤诱导反应；DNA修复
中图分类号：Q935 文献标志码：A
The genomic thermostability of hyperthermophilic archaea
SHENG Duo-Hong
(State Key Laboratory of Microbial Technology, Shandong University, Jinan 250100, China)
Abstract: Hyperthermophilic archaea is adapted to live at temperatures higher than 80℃. Their thermotolerance
has become a research hotspot. Previous publications on the archaeal heat-resistant mechanism primarily focused on
protein, and rarely on the genomic thermostability. Here, we reviewed the research progress on the genomic stability
and DNA damage response of hyperthermophilic Archaea, and hoped to be helpful to better understand the archaeal
thermostability.
Key words: hyperthermophilic archaea; genomic stability; DNA damage response; DNA repair
收稿日期：2013-06-19； 修回日期：2013-08-01
基金项目：山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目
(BS2010SW014)
通信作者：E-mail: dhsheng@sdu.edu.cn; Tel: 13658612032
超嗜热菌也称为极端嗜热菌，主要发现于大洋
底部的高压热溢口、火山口、热泉等高温环境。
16S/18S进化树分析表明，超嗜热菌通常位于树根
部位 (图 1)，可能代表着古老细胞的生命特征 [1]，
因此，研究超嗜热菌的细胞结构、生理生化以及耐
热机制不仅有利于了解高温环境下细胞的适应机
制，开发嗜热酶，而且对于分析生命起源、研究生
命进化规律具有重要参考价值。
除了热袍菌 (Thermotoga)等少数几种细菌外，
目前发现的超嗜热菌绝大部分属于古菌，几乎涵盖
所有的泉古菌、部分广古菌和少数其他古菌，它们
通常能够耐受 80℃以上的高温，如超嗜热广古菌
Methanopyrus kandleri 能够在 122℃生长，是目前
发现的最耐热生物之一 [2]。高温环境增加了基因组
DNA受损的几率，如何预防、识别并及时修复
DNA损伤，维持基因组的遗传稳定性，是研究超
嗜热古菌生理代谢、耐热机制乃至生命演化的重要
内容。
1　超嗜热古菌的基因组稳定性
高温环境会给细胞带来很多问题，其中最主要
的挑战就是拥有几百万碱基对的基因组如何在高温
下维持其稳定性，并进行精确的复制与转录。DNA
可以自发的脱嘌呤、脱氨基以及由于水解造成的
DNA链断裂，温度升高加剧了这种自发的 DNA损
伤。尽管目前还没有掌握超嗜热古菌 DNA热损伤
的具体数据，但按照 DNA自发突变的几率测算，
在超嗜热泉古菌 Sulfolobus 最适生长温度 (80℃ )条
件下，细胞每分裂一次平均每个基因会有两个脱嘌
呤位点；而在超嗜热广古菌 Pyrolobus的最适生长
温度 107℃左右，自发突变率将会更高，大约在每
75 kb每分钟就会出现一个单链 DNA断裂。这是很
∙ 评述与综述 ∙
盛多红：超嗜热古菌基因组的热稳定性第1期 65
严重的 DNA损伤，超嗜热古菌应该具有强大的
DNA损伤保护和修复机制，才能适应这种高温生
活环境 [1,3]。
1.1　超嗜热菌DNA结构
对嗜热蛋白的耐热机制研究表明，蛋白质的一
级结构在其热稳定性中起着主要作用。一些关键氨
基酸可以通过多种方式提高蛋白质的热稳定性，包
括形成离子键、提高氢键结合力、形成二硫键和
增加链的空间位阻等。同样，嗜热菌的 tRNAs也是
通过增加 RNA链间的作用力提高热稳定性，除了
提高双链 DNA的 GC%、形成大面积的氢键外，还
对一些关键碱基进行修饰，进一步提高其热稳定
性 [3-4]。然而，基因组测序发现，超嗜热古菌的基
因组 DNA组成和 GC%，与其他常温生物没有明显
差异，DNA的甲基化程度甚至比一般常温生物更
低一些，DNA一级结构的 Tm值没有表现出预期的
耐热性。由此推断，超嗜热菌基因组的热稳定性只
能是与染色体的高级结构或其他热稳定因子有关 [3]。
与常温生物负超螺旋的染色体结构不同，超嗜
热菌的 DNA结构通常是松弛的或者是以正超螺旋
形式存在。虽然裸露 DNA的正超螺旋结构和负螺
旋结构的耐热性没有明显差别 [5]，但是这种超嗜热
菌独有的 DNA结构形式可能在耐高温机制中扮演
重要角色 [6]。反向螺旋酶 (TopR)是嗜热菌特有的拓
扑异构酶，可以向染色体引入正超螺旋。研究表明，
首先，TopR与嗜热菌的耐热性有关，如超嗜热广
古菌 Thermococcus kodakaraensis 最适生长温度是
100℃左右，当 TopR失活后，尽管 T. kodakaraensis
可以在 90℃存活，但是生长明显变慢，并且不能耐
受 93℃以上高温 [7]。超嗜热泉古菌 S. solfataricus
编码两个 TopR同源蛋白 (TopR1和 TopR2)，目前
对 TopR1的活性了解比较清楚，其表达明显受温度
变化的诱导，在 60℃时活性比较弱，随着温度的升
高，蛋白的表达和反向螺旋酶活性均明显提高，预
示着 TopR1参与了嗜热古菌的耐热机制 [8-9]。其次，
TopR参与了 DNA的保护与修复。它可以阻止高温
诱导的 DNA断裂以及双链 DNA的聚集，具有保
护 DNA热稳定的活性 [10]。UV辐射诱导分析发现，
DNA损伤后，S. solfataricus TopR蛋白被募集到
损伤 DNA上与 DNA单链结合蛋白 (single-stranded
DNA-binding protein, SSB)相互作用 [11]，直接或间
接地参与了细胞内的 DNA诱导损伤反应。第三，
TopR还参与了 DNA的复制。S. solfataricus错误倾
向的 DNA聚合酶Ⅳ (SsoPolY)是大肠杆菌 DnaB的
同源物， TopR1作为 SsoPolY的抑制物，通过改变
DNA结构抑制聚合酶 SsoPolY活性，但不抑制 S.
solfataricus主要的基因组复制酶 (DNA聚合酶 PolB1)
的活性 [12]，从而提高复制的忠实度。因此，TopR
及其介导的 DNA正超螺旋结构参与了高温环境下
DNA的复制、修复和结构稳定性。
1.2　染色体蛋白
染色体结构蛋白包括真核细胞中的组蛋白和其
他染色体蛋白、细菌类核相关染色体蛋白等，在基
因组 DNA的包装过程中扮演重要的角色，从而影
响转录、修复和复制等 DNA代谢方式 [13]。超嗜热
广古菌可以合成真核细胞的四聚体组蛋白同源物，
形成类似真核细胞的四聚体样核小体结构，而超嗜
热泉古菌一般不能合成组蛋白类似物，但可以合成
具有相似功能的染色体蛋白 [14]。每种古菌至少编码
两个不同的小的染色体蛋白或同系物，它们在分子
机构和功能上与细菌和真核生物的染色体蛋白相
似，但在结构序列上却又明显不同 [15-17]。它们可以
与 DNA非序列特异性地结合，提高 DNA的 Tm值，
对维持超嗜热古菌基因组 DNA的结构起着非常重
要的作用。
到目前为止，对超嗜热古菌中的 Alba、Sso10a、
Cren7和 sul7染色体结构蛋白研究比较多。Alba是
存在于大多数古菌中的一个保守染色体结构蛋白，
在溶液中以二聚体形式存在 [18]。研究证明，Alba
可以在低浓度下结合 DNA，是组织和包装的 DNA
的一种主要形式，Alba 蛋白二聚体与 DNA双链小
注：超嗜热菌(粗线)位于树根部位。
图1 生命进化树
生命科学 第26卷66
沟结合，同时通过与其他蛋白二聚体之间形成复合
物，增加 DNA结构的稳定性 [19]。细胞内 Alba 蛋
白的 DNA结合活性受乙酰化调节，NADH依赖的
去乙酰化酶 Sir2蛋白通过对 Alba去乙酰化，改变
染色体结构，进而调节基因表达 [18]。Sso10a也可
以在溶液中形成二聚体，并结合 DNA形成蛋白
质 -DNA复合物 [20-21]，与 Alba-DNA复合物类似。
然而，关于 Sso10a如何包装基因组 DNA，目前还
不清楚。Cren7是在泉古菌中保守存在的染色体蛋
白，而 Sul7只发现于泉古菌 Sulfolobus属中，它们
都是大约 7 kDa的碱性蛋白，结合 DNA没有明显
的序列特异性。虽然它们的氨基酸序列没有相似之
处，但是三级结构和生化活性却是相似的 [22-24]，都
是由两个反平行的 β-折叠组成，两个蛋白的区别
在于 Cren7在两个 β-折叠之间有一个伸出的 loop
结构，而在 Sul7的 C-末端有一个 α-螺旋。蛋白
质 -DNA共结晶显示，两个蛋白都是通过把一个疏
水性侧链插进 DNA小沟来结合 DNA，这种结合导
致 DNA弯曲约 50°~60° [24]。S. solfataricus P2的转
录组学显示 Cren7和 Sul7均有高的转录水平 [25]，
分别占到细胞总蛋白的 1%和 5%，这种高丰度的
表达暗示着它们可能在 Sulfolobus基因组 DNA的
包装中扮演重要角色。
除了染色体结构蛋白外，嗜热菌维持基因组结
构稳定性还有其他外在因子协助，比如多价阳离子
可以提高 DNA热稳定能力。研究已经发现，超嗜
热古菌细胞内含有一系列的多胺复合物，被认为有
助于提高其基因组 DNA的热稳定性 [26]。
1.3　嗜热古菌的DNA修复体系
DNA修复是维持基因组稳定性的一个重要方
面。超嗜热古菌具有很强的 DNA损伤修复能力，S.
acidocaldarius 经 254 nm UV处理后，DNA修复能
力大约是大肠杆菌的 2倍；而 P. furiosus 的 DNA
修复能力更强，当用大剂量伽马射线辐照损伤后，
基因组损伤破碎成平均 30 kb长的 DNA双链断裂
(double strand break，DSB)；经过在 95℃后孵育后，
全长的基因组可以完全修复，DSB修复能力大约是
大肠杆菌的 100多倍 [27]。
基因组测序发现，超嗜热古菌细胞内有包括直
接修复、切除修复、重组修复等多套 DNA修复途径，
但是缺乏MutS/L错配修复途径 [27-28]。如同样作为产
甲烷古菌，常温产甲烷古菌Methanosarcina acetivorans
(MAC)和超嗜热产甲烷古菌 Methanopyrus kandleri
(MKA)，MAC细胞内有 MutS/L蛋白类似物，而
MKA则没有 [26]。即使有些超嗜热古菌，如 P. furiosus
中可以编码一个MutS蛋白类似物，但是经活性研
究发现，它不参与 DNA的错配修复 [29]。而同样具
有耐高温特性的细菌，如热袍菌等的细胞内具有错
配修复机制 [30]，超嗜热古菌缺乏错配修复机制的原
因还不清楚。错配修复机制的进化分析表明，真核
细胞和常温古菌中的错配修复体系不是通过垂直进
化来的，而是通过基因水平转移的方式来自于细菌 [31]。
因此，超嗜热古菌中的错配修复机制的缺失可能是
其进化途径的不同，而与细胞的超嗜热性无关。
与常温古菌可以编码某些细菌来源的修复蛋
白相比，超嗜热古菌编码的 DNA修复蛋白具有更
明显的真核生物特征 [27]，超嗜热古菌中编码真核
生物版的核酸切除修复、重组修复等修复途径的主
要蛋白，如超嗜热古菌的 DNA损伤重组修复蛋白
RadA蛋白与 Rad51的氨基酸序列同源性在 40%以
上。除 RadA之外，细胞内还有 Mre11、Rad50、
Rad55、Hje和 Hjc等真核细胞重组修复蛋白 [28]，
但种类上明显比真核细胞少得多，特别是缺少
Rad52、Rad57和 Rad59等重组修复介导蛋白。再
如超嗜热古菌的核酸切除修复体系拥有 XPB、
XPD、XPF和 XPG等蛋白类似物，但缺少 XPA、
XPC，一般认为这两种蛋白可以特异性识别损伤
DNA，启动切除修复。更值得关注的是，修复蛋白
的简化，尤其是典型修复介导蛋白的缺失并没有降
低超嗜热古菌的 DNA损伤修复能力 [4,28]。
真核细胞编码多个 Rad51同系蛋白，如酵母细
胞中有两个 Rad51的同系物——Rad55和 Rad57；
哺乳动物细胞编码 5个 Rad51同系物——Rad51B、
Rad51C、Rad51D、Xrcc2及 Xrcc3，它们通常以多
聚体的形式参与DNA重组和复制叉的重建过程 [32]。
超嗜热古菌也编码 RadA同系蛋白 [33]，超嗜热广古
菌编码 RadA类似物 RadB。虽然 RadB的功能还不
清楚，但体外活性分析发现，它可以与 RadA及
Hjc直接结合，可能参与了 DNA重组修复过程 [34]。
泉古菌编码多个 RadA类似物。比如在 S. tokodaii
中发现了 RadA 的 4 个同系蛋白 ( 分别命名为
stRad55A~D)，它们在氨基酸序列上更接近于真核
生物的 Rad55蛋白。本实验室的研究工作发现，其
中一个 RadA同系蛋白 (stRad55A)可以特异性地结
合 RadA和 DNA单链结合蛋白 SSB；体外活性分
析发现，stRad55A能够同时结合 RadA和 SSB，三
个蛋白能够形成复合体， 协助 RadA结合到 SSB覆
盖的单链 DNA上 [35]，作用类似于真核细胞中的
盛多红：超嗜热古菌基因组的热稳定性第1期 67
Rad52蛋白和 Rad51BC蛋白，在嗜热古菌 DNA重
组反应起始过程中扮演介导子角色。因此，超嗜热
古菌也有识别损伤、启动修复的重组介导功能的蛋
白，只是与真核细胞中多种介导蛋白相比，种类数
明显简化。
2　超嗜热古菌的DNA损伤诱导反应
在正常的细胞里，DNA损伤可以被 DNA损伤
诱导反应 (DNA damage response， DDR)迅速识别，
并激活修复蛋白，修复 DNA损伤，因此，DNA损
伤诱导反应被认为是细胞应对 DNA损伤、维护基
因组稳定性的重要保护机制。
2.1　超嗜热古菌存在DDR
早在 1996年，Sandler等 [36]发现生活于高温
环境下的超嗜热泉古菌 S. solfataricus RadA本底表
达水平比较高，且不受DNA损伤诱导表达。2000年，
Komori 等 [34]也报道了超嗜热广古菌 P. furiosus 的
RadA和 RadB在细胞内组成型表达，不受 UV辐射
的诱导。他们对此的解释是高温对 DNA的持续损
伤诱导了修复蛋白 RadA的组成性表达，从而推测
超嗜热古菌内不存在 DRR。然而，在 2008年，本
实验室研究超嗜热泉古菌 S. tokodaii 的损伤修复体
系时，发现了 DNA损伤诱导反应，通过 200 J/m2
辐射处理，RadA转录上调了大约 2.5倍 [37]。另外，
Salerno 等 [38]研究 S. solfataricus 核酸切除修复系统
相关蛋白的诱导表达时，采用了 200 J/m2的辐射剂
量，也发现了修复蛋白 XPF和 XPG的诱导现象；
随后，超嗜热广古菌 P. furiosus 的 RadA损伤诱导
现象也在 2010年被证实 [39]，诱导后的 RadA蛋白
上调了 3.7倍左右。至此，与其他三界生物一样，
嗜热古菌细胞内也被证实存在 DNA损伤诱导反应。
在最初 Sandler没有检测到 RadA诱导的报道中，
处理 S. solfataricus 细胞的 UV辐射剂量为 10 J/m2；
而根据本实验室对 S. tokodaii细胞 UV的损伤诱导
性测量，即使用 30 J/m2剂量处理，对细胞的生长
也没有明显影响，同样不能诱导 RadA的转录和表
达 (未报道结果 )，说明超嗜热古菌的辐射耐受性
比较强。和常温细胞相比，高温造成了嗜热菌
RadA等 DNA修复蛋白的高本底表达，可以修复低
剂量辐射造成的轻微损伤，增加细胞对损伤的容忍
度，而强辐射造成的 DNA损伤程度超出了超嗜热
菌的正常修复能力，从而激活细胞内的 DDR [36-37]。
2.2　超嗜热古菌DDR
与细菌的 SOS反应不同，真核细胞的 DNA损
伤诱导反应是多层次、多水平的调控，参与的蛋白
也很多 (图 2)，其中与细胞周期、损伤信号转导和
DNA修复有关的的基因就多达 500多个 [40]。总体
上可以划分为三部分：损伤感应蛋白 (sensor)、信
号传递蛋白 (transducer)和下游的效应蛋白 (effector)。
当 DNA损伤或复制叉受阻时，MRN (X)、ATRIP、
RPA、Rad17以及 9-1-1复合物等损伤识别蛋白，
结合 DNA损伤并激活信号转导，损伤信号经
ATM、ATR、ChK等蛋白激酶放大传递给多种效应
蛋白，进而影响 DNA合成、细胞周期、细胞凋亡、
衰老以及 DNA修复等细胞进程 [41]。超嗜热古菌合
成真核细胞相似的 DRR蛋白，但涉及蛋白的种类
要少很多。
2.2.1　损伤感应蛋白
超嗜热古菌细胞内没有 ATRIP、Rad17以及
9-1-1复合物等损伤识别蛋白，但是编码 Mre11、
Rad50和 RPA的同源蛋白。
真核细胞中 Mre11、Rad50常与核酸酶 Nbs1
或 Xrs2形成MRN(X)复合物，在 DNA双链断裂末
端修饰以及 DNA损伤识别中发挥作用。超嗜热古
菌没有 Nbs1 或 Xrs2 同源蛋白，它的 Mre11 和
Rad50编码基因通常与一个螺旋酶 HerA和一个称
为 NurA的 5′-3′的核酸外切酶基因在同一个操纵子
内 [42]。HerA和 NurA是超嗜热古菌中特有的保守
蛋白，研究发现它们组成 HerA-NurA复合物 HN，
可以在 Mre11和 Rad50复合物 MR的协助下处理
DNA双链断裂的 5′单链切割，介导重组酶 RadA
的装配。在功能上，MR复合物和 HN复合物一起
扮演了真核细胞中MRN(X)的重组修复功能。然而，
由于MRHN操纵子在超嗜热古菌 DNA损伤诱导中
没有处在早期表达的位置 [43-44]，使得它们是否具有
损伤感应蛋白的功能受到质疑。
RPA是真核细胞中的 DNA 单链结合蛋白
(SSB)，嗜热广古菌 SSB是真核细胞 RPA的同源蛋
白；虽然泉古菌 SSB在结构上更像细菌的 SSB蛋白 ,
由一个 OB结构域和 C端尾巴组成，但是泉古菌
SSB的 OB结构域氨基酸序列和蛋白结构更接近于
真核细胞的 RPA[45]。在真核细胞和细菌中，SSB蛋
白在 DNA损伤早期检测中扮演重要角色，基因转
录研究也发现在嗜热广古菌 P. furiosus和嗜热泉古
菌 S. solfataricus SSB基因的表达在辐射损伤 30 min
后被诱导上调 2倍，预示着其也在 DNA损伤的早
期发挥作用 [43-44]。P. furiosus 单链 DNA结合蛋白
PfuRPA，可以直接和 RadA、Hjc、DNA polymerases、
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Primase、PCNA以及 RFC等作用，参与 DNA复制、
修复和转录 [46]。S. solfataricus 的 SSB-ssDNA复合
物同样能和 DNA修复蛋白，比如 RadA、XPB以
及 RNA聚合酶等特异性地结合。另外，SSB蛋白
本身可以特异性地识别紫外交联产物，并将错配
或有损伤的 DNA双螺旋解链 [47]。因此，超嗜热
古菌的 SSB在 DNA损伤检测中发挥作用，募集修
复蛋白，直接激活基因转录。
2.2.2　转导蛋白
真核细胞中的 RPA、MRN以及 ATRIP等损伤
检测蛋白可以与转导蛋白 ATM、ATR等蛋白激酶
相互作用，将 DNA损伤信号放大传递 [41]。古菌中
没有发现 ATM或 ATR，只有一个非典型的 Ser-/
Thr-RIO 蛋白激酶 I在损伤早期被诱导 [44]，RIO激
酶的作用机制还不清楚。根据酵母中的 RIO激酶
同源蛋白的功能推测，它可能参与了核糖体合成、
细胞周期进程和染色体结构 [48]。超嗜热古菌 P.
horikoshi 细胞中的 RIO激酶 PH1502能够磷酸化转
录起始因子 elF2的 α亚基中的 Ser48，证明其可能
在蛋白质合成调控中发挥作用 [49]。至于嗜热古菌中
的 RIO激酶是否以及如何通过其磷酸化作用参与了
DRR，还有待进一步的研究。
另外还有一种可能就是，超嗜热古菌的 DRR
也许不需要转导蛋白，而是由损伤识别蛋白直接作
用于效应蛋白，激活相应的 DNA损伤诱导反应，
理由如下。(1)超嗜热古菌的基因组结构和细菌类
似，比较简单，编码序列占大多数，基因以操纵子
形式存在，这些结构上的特性使超嗜热古菌的复制
图2 真核细胞DNA损伤诱导反应[41]
盛多红：超嗜热古菌基因组的热稳定性第1期 69
与转录调控比真核细胞简单，DRR有了简化的基础。
另外，细菌中的 SOS反应，也主要是通过损伤检
测蛋白 (单链 DNA结合的 RecA)，直接促进 LexA
的自裂解，释放相关效应蛋白的表达。(2)由 2.2.1
可知，超嗜热古菌的损伤识别蛋白 SSB，可以与复
制、修复和转录相关蛋白直接相互作用，激活相关
途径 [46-47]，这也使不需要转导蛋白直接激活效应蛋
白成为可能。尽管超嗜热古菌的损伤信号转导方式
尚未研究清楚，其细胞内转导蛋白激酶的缺失，预
示着其可能采用了一种简化的方式。由于其细胞内
具有细菌版的基因结构和真核版的转录因子，同时
DRR诱导基因启动子缺乏统一的 “LexA box”类似
序列，古菌的这种简化版的损伤信号传递也不同于
细菌的 SOS反应，而具有自己的特性 [50]。
2.2.3　效应蛋白
DNA损伤信号可以影响细胞内多种代谢途径
的改变。首先，可以抑制超嗜热古菌 DNA复制和
分裂。如 DNA损伤后，超嗜热广古菌 P. abyssi
DNA复制明显被抑制 [51]；超嗜热泉古菌 Sulfolobus
的复制蛋白因子 Cdc6-1 和 Cdc6-3的表达也明显下
调，同样预示着 DNA复制与分裂的弱化。其次，
与 DNA保护有关的基因，如抗辐射的色素合成基
因和抗氧化基因表达明显上调 [39,44]。如在 P. furiosus
中，尽管细胞内的超氧化物还原酶 (superoxide
reductase, SOR)、非血红素铁蛋白 -赤鲜素蛋白
(rubrerythrin, Rr)以及烷基过氧化氢还原酶 I等主要
的抗氧化蛋白已经是高组成型表达，但是，DNA
的氧化损伤仍然诱导烷基过氧化氢还原酶 II的表达
提高了 8倍左右，而具有铁离子结合和抗氧化损伤
功能的 Dps (DNA protection during starvation)蛋白
表达则提高了 50多倍。然而，与其他细胞不同的是，
超嗜热古菌的 DNA修复基因的诱导却不明显，如
强辐射损伤的 S. solfataricus 细胞中，XPB上调了
1.43倍，XPF上调了 1.26倍，上调最高的是 RadA，
约是处理前的 2.29倍 [44]；同样，具有强辐射耐受
性的嗜热广古菌 P. abyssi 和 P. furiosus 细胞中，虽
然拥有强大的 DNA损伤修复能力，可以在 2 h内
修复 2 500 Gy的离子辐射造成的 DNA碎片，然而，
细胞内的 DNA修复蛋白的诱导性却不明显 [51]。对
这种现象的可能解释就是前面提到的，超嗜热古菌
修复蛋白的高本底表达降低了其可诱导性。从诱导
性方面进一步说明 DNA修复能力是超嗜热菌基因
组耐高温的一个重要原因。
3　展望
高温可以提高基因组不稳定性，从而有利于促
进基因组的进化 [1,52]。比如，与 37℃相比，在 42℃
培养的大肠杆菌具有更高的进化速率 [53]。然而，从
16S/18S进化树可以看到，超嗜热古菌的进化分枝
通常比常温生物短，这意味着它的进化速率要比常
温生物慢 , 这主要归功于其基因组具有很高的热稳
定性 [54]。如上文所述，染色体结构蛋白、有效的
DNA损伤修复机制以及 DNA损伤诱导反应，在超
嗜热古菌基因组热稳定性中起着重要作用，延缓了
超嗜热古菌进化速率，使其位于进化树的树根部位，
其生理代谢可能更多地带有原始细胞的特征，对研
究生命起源和进化具有重要参考价值。
目前对超嗜热古菌基因组热稳定机制的研究才
刚刚起步，还有很多工作需要深入研究，尤其是在
以下几个方面：(1)在鉴定超嗜热古菌新型染色体
蛋白的基础上，分析染色体蛋白在染色体包装和
DNA代谢中的功能；(2)超嗜热古菌保守 DNA修
复蛋白的功能分析，以及功能进化分析；(3)相关
修复途径和调控机制分析，尤其是 DNA损伤诱导
反应网络目前还处于推测阶段；(4)从进化的角度
分析超嗜热古菌基因组稳定机制。对上述 DNA保
护和修复机制的研究，将有助于了解超嗜热古菌基
因组耐热机制，了解极端环境下细胞遗传稳定性的
奥密。尤其是超嗜热古菌拥有简化版的真核生物
DNA损伤修复体系，是研究真核生物 DNA修复的
理想模型。
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