2배체 대장균의 제조와 그 특성

Abstract

대장균에서 6개의 Leu 코돈중 가장 흔한 코돈은 CUG이다. 이 코돈을 인식하는 tRNA는 4개의 유전자에 의해 합성되는데, leuPQV와 leuT 2개의 locus로 나누어져 있다. 이 CUG를 인식하는 모든 tRNA가 결핍된 균주를 만들기 위해, 우선 leuPQV가 삭제된 균주(<TEX>${\Delta}leuPQV$</TEX>)와, leuT의 anticodon CAG를 GAG로 돌연변이시킨 균주[<TEX>$Km^R$</TEX>, <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG)]를 각각 만들었다. 이 두 돌연변이 유전자를 모으기 위해 <TEX>${\Delta}leuPQV$</TEX> 균주를 recipient로, <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG) 균주를 donor로하는 transduction을 수행한 결과, 콜로니 크기가 큰 것과 작은 것 두 종류의 transductant를 얻었다. PCR 후 염기서열 분석 결과 큰 콜로니는 예측한 recombinant로 판명됐으나, 작은 콜로니는 donor와 recipient 염색체 간의 상호교환재조합(reciprocal recombination)으로는 설명이 되지 않는, 돌연변이 유전자[<TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG)]와 야생형 유전자(leuT(CAG)]를 모두 가진 균주로 밝혀졌다. 이 heterozygous diploid는 광학현미경으로 관찰시 세포의 형태와 크기에서 특이점이 발견되지 않았으나, 영양배지에서 야생형에 비해 생장이 한참 느리면서, 선형생장곡선(linear growth curve)이라는 예측하지 못한 생장특성을 보였다. 이 2배체 균주는 선택배지에서는 항상 작은 균일한 콜로니를 형성하였으나, 배지에 선택항생제 없을 경우, <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG) 유전자형 세포와 leuT(CAG) 유전자형 세포로 분리가 일어났다. 우리의 결과를 종합해볼 때, 이 2배체 균주는, <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG)와 leuT(CAG) 부분만 2배체로 갖는 부분이배체(merodiploid)라기 보다는, <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG)와 leuT(CAG)가 서로 다른 염색체에 있는 완전이배체라는 모델을 지지했다. 우리는 이러한 2배체가 어떻게 생성되었으며, 어떻게 분리되는지, 또 이 균주는 왜 선형생장곡선을 보이는지 등에 대한 모델을 토론하였다. Among 6 leu codons, CUG is the most frequently used codon in E. coli. It is recognized by leu-tRNA(CAG) encoded by four genes scattered on two chromosomal loci (leuT and leuPQV ). In the process of constructing a strain with no functional leu-tRNA (CAG) gene on chromosome, we made two mutant strains separately, one on leuPQV locus (<TEX>${\Delta}leuPQV$</TEX>), and the other on leuT locus [<TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG)], where the anticodon of leuT was changed from CAG to GAG, thereby altering its recognition codon from CUG to CUC. We attempted to combine these two mutations by transduction using <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG) strain as a donor and <TEX>${\Delta}leuPQV$</TEX> strain as a recipient. Large and small colonies appeared from this transduction. From PCR and DNA sequencing, large colony was confirmed to be the reciprocal recombinant as expected, but the small colonies contained both mutant <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG) and wild type leuT (CAG) genes in the cell. This heterozygous diploid strain did not show any unusual morphology under microscopic observation, but, interestingly, it showed a linear growth curve in rich medium with much slower growth rate than wild type cell. It always formed homogenous small colonies in the selection medium, but, when there was no selection, it readily segregated into <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG) and leuT (CAG). From these observations, we suggested that the strain with both <TEX>$leuT^*$</TEX>(GAG) and leuT (CAG) genes was not a partial diploid (merodiploid), but a full diploid cell having two different chromosomes. We proposed a model explaining how such a heterozygous diploid cell was formed and how and why its growth showed a linear growth curve.