基因組組織與染色質

原核生物的擬核與質粒

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細菌沒有細胞核,沒有整齊的 46 條染色體「全家福」,也幾乎沒有內含子。它的基因組以一種截然不同、更精簡的方式組織。想像一根 DNA 橡皮筋在敞開的細胞質中緊緊盤繞,旁邊還漂浮著幾個可在細胞間交換的小環。

大多數細菌和古菌把它們的主基因組作為一條通常為環狀的染色體,裝進一個叫擬核的區域——它不像真正的細胞核那樣有膜包被,而是一團緻密、有組織的團塊,靠超螺旋和結構蛋白(在角色上類似組蛋白,分子上則大多不同)維持緊湊。這個基因組緊湊且基因密集:非編碼 DNA 很少,內含子很少或沒有,而承擔同一項任務的基因常被串在一個控制區下、構成一個操縱子,被轉錄成單條信使 RNA。在染色體之外,許多細菌還攜帶質粒——獨立的 DNA 小環,能自行複製,攜帶的是有用的「額外品」(如抗生素抗性基因)而非必需品。

這種組織方式在兩大方面很重要。第一,質粒可以從一個細菌傳給另一個(水平基因轉移),這正是抗生素抗性傳播如此之快的原因,也是它成為嚴重醫學問題的原因。第二,質粒是分子生物學與生物技術的主力工具:它們易於被攝取和複製,使其成為把工程化基因送進細胞的標準載體。與那個龐大、用染色質包裝、富含內含子的真核基因組相比,這種反差是生命世界中最深的分野之一。

大腸桿菌(Escherichia coli)把它約 460 萬鹼基對的基因組放在一條環狀染色體上,在擬核中超螺旋盤繞,此外還可能攜帶質粒——能在細胞間穿梭、運送抗生素抗性基因的 DNA 小環。

一條緊湊、基因密集的環狀染色體,外加可有可無的質粒——這就是細菌的方式。

「沒有細胞核」不等於「沒有組織」:擬核靠超螺旋和蛋白質被高度結構化。而且並非所有細菌染色體都是單個環——有些物種有線性染色體或多條染色體,所以「一條環狀染色體」是常見情形,而非普適定律。

又稱
bacterial chromosomenucleoidplasmid拟核質粒