Gene expression and regulation of bacterial luciferase

Abstract

螢光細菌Photobacterium leiognathi lux operon之調節區域(regulatory region ▔▔▔▔▔▔▔ ▔▔▔▔▔ ▔▔ ) 及 1uxC、1uxD 和 1umP 基因之核酸序列已經完成定序。1uxC和 1uxD 基因分 ▔▔ ▔▔ ▔▔ ▔▔ ▔▔ 別主導脂肪醯基還原(fatty acyl reductase)和醯基轉移(acyl transferase) 之合成；這兩個與 1ux operon 中 1uxE 基因所主導的醯基蛋白質合成 (acyl ▔▔ ▔▔ protein synthetase) 共同形成一脂肪酸還原複合體 (fatty acid reductase complex)，負責將脂肪酸轉化為醛(aldehyde)，以供作螢光(luciferase)所催化 之螢光反應的受質。脂肪醯基還原和醯基轉移分別由478和305個胺基酸所組成 ，計算之分子量各為53,858和34,384 dalton；由胺基酸序列並排比對 (alignment and comparison of amino acid sequences)，可得知P. leiognathi 與 Vibrio ▔ ▔▔▔▔▔ ▔▔▔ harveyi 和V. fischeri 在這兩個的胺基酸序列均具有同源性(homology)。位於 ▔▔▔▔ ▔ ▔▔▔▔ 1ux operon 上游反方向之 1umP基因則主導一lumazine protein之合成，包含186 ▔▔ ▔▔ 個胺基酸，計算之分子量為 19,997 delton 。此 lumazine protein 僅存在於 P. ▔ leiognathi 和P. phosphoreum 兩螢光菌中，與spectrum shift之現象有關，可使 ▔▔▔▔▔ ▔ ▔▔▔▔▔▔ 所產生之螢光波長移至490 nm左右。 由本研究中DNA 定序之結果與前人之研究結果顯示，P. leiognathi lux operon ▔ ▔▔▔▔▔ ▔▔ 基因排列次序為 ← lumP-R&R-luxC-1uxD-luxA-luxB-luxN-luxE →（R&R：調節區 ▔▔ ▔▔ ▔▔ ▔▔ ▔▔ ▔▔ ▔▔ 域）；其調節區域包含兩個啟動子(promoter)系統，1um operon 之left (L)-啟動 ▔▔ 子和 lux operon 之right (R)-啟動子；1ux operon之上游尚有一cAMP-CRP bind- ▔▔ ▔▔ ing site，顯示 1ux operon之表現亦受到cAMP-CRP之調節。從基因在Escherichia ▔▔ ▔▔▔▔▔▔ coli中表現之情形，可確定P. leiognathi 調節區域之L-啟動子和R-啟動子的確可 ▔▔ ▔ ▔▔▔▔▔ 以在E. coli 中啟動基因之表現，顯示P. leiognathi lux operon基因之表現和調 ▔ ▔▔ ▔ ▔▔▔▔▔ ▔▔ 節可在E. coli 中重現。 ▔ ▔▔