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冰岛硫化叶菌拓扑异构酶Ⅲ生理功能的研究
摘要：
冰岛硫化叶菌（Sulfuricurvumsp.）是一种生长在硫烟泉中的嗜酸性硫化氢氧化菌，具有硫化氢、元素硫等多种电子供体氧化代谢的能力。拓扑异构酶（Topoisomerase）是一种重要的DNA结构调节酶，在基因转录、DNA复制、DNA修复等过程中具有重要的作用。本文通过对冰岛硫化叶菌拓扑异构酶Ⅲ的研究，发现它对菌体生长和DNA复制有着重要的调节作用，并揭示了其在适应复杂环境中的生理功能。
关键词：冰岛硫化叶菌；拓扑异构酶Ⅲ；DNA复制；环境适应
引言：
拓扑异构酶是一类重要的DNA结构调节酶，可以解除DNA双链上的超螺旋结构而恢复DNA的自然构象。在DNA基因转录、DNA复制、DNA修复等生命过程中都具有重要的作用。目前发现的拓扑异构酶共分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅰ型和Ⅲ型能够断裂单一的双链DNA，Ⅱ型可以同时断裂DNA的两条链。研究表明，拓扑异构酶的结构和功能具有多样性，不同类型的拓扑异构酶在不同的生物中发挥着不同的作用（ChampouxandDulbecco,1972;Wang,2002）。
冰岛硫化叶菌（Sulfuricurvumsp.）是一种生长在高温高硫烟泉中的嗜酸性硫化氢氧化菌，具有对硫化氢、元素硫等多种电子供体氧化代谢的能力。它的生存环境相当特殊，菌体需要适应高浓度的硫化氢、高温高压等复杂环境。本文通过对冰岛硫化叶菌拓扑异构酶Ⅲ的研究，揭示了其在适应复杂环境中的生理功能。
材料与方法：
实验使用的冰岛硫化叶菌菌株来源于高温高硫烟泉中采集。培养基成分为：KCl0.5g、NH4Cl0.5g、NaH2PO4·H2O0.1g、MgSO4·7H2O0.1g、CaCl2·2H2O0.02g、FeSO4·7H2O0.01g、硫化物溶液10mL，其中硫化物溶液由硫化钠、硫酸二钾和NH4Cl组成。
拓扑异构酶Ⅲ基因的克隆和表达：采用PCR方法将冰岛硫化叶菌DNA中拓扑异构酶Ⅲ基因的开放阅读框克隆下来，然后进行融合表达并进行纯化。
菌体生长曲线分析：将冰岛硫化叶菌接种到含有不同浓度硫化氢的培养基中，分别在30℃、40℃和50℃下培养，记录不同时间点的菌体生长曲线。
拓扑异构酶Ⅲ对DNA复制的影响：将拓扑异构酶Ⅲ添加到DNA复制体系中，检测不同条件下DNA的复制扩增效率、扩增长度等指标。
结果：
（1）冰岛硫化叶菌的拓扑异构酶Ⅲ基因克隆成功并进行表达纯化。
（2）菌体生长曲线分析显示，在不同浓度硫化氢和不同温度条件下，菌体生长受到拓扑异构酶Ⅲ的调控。当硫化氢浓度过高或温度过低时，拓扑异构酶Ⅲ的表达量会增加，有助于菌体在这些特殊环境下维持生长。
（3）实验结果表明，拓扑异构酶Ⅲ对DNA复制有重要的影响。当添加拓扑异构酶Ⅲ到DNA复制体系中时，可以促进DNA复制的进行并提高复制扩增效率。
讨论：
在本文的研究中，我们发现冰岛硫化叶菌的拓扑异构酶Ⅲ对菌体生长和DNA复制具有重要的调节作用。这表明，拓扑异构酶Ⅲ在适应复杂环境中可能具有重要的生理功能。在高浓度硫化氢、高温高压等条件下，拓扑异构酶Ⅲ的表达量会相应增加，从而促进菌体生长和DNA的复制。
拓扑异构酶Ⅲ在DNA复制中的作用主要是解除DNA链的超螺旋结构，有助于DNA聚合酶的进入并促进复制过程的进行。实验结果表明，拓扑异构酶Ⅲ的加入可以增强DNA复制体系的扩增效率和扩增长度。这一结果与之前的研究结果一致（Wang,2002）。
总之，本研究揭示了冰岛硫化叶菌拓扑异构酶Ⅲ在适应复杂环境中的生理功能，这一结果对于研究类似特殊菌株的生物学特性和环境适应机制具有重要的意义。
参考文献：
Champoux,J.J.andDulbecco,R.(1972)AnactivityfrommammaliancellsthatuntwistssuperhelicalDNAapossibleswivelforDNAreplication(Invitro).Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.69(6):1433-1437.
Wang,J.C.(2002)CellularrolesofDNAtopoisomerases:amolecularperspective.Nat.Rev.Mol.CellBiol.3(6):430-440.