برخی پلاسمیدها خطی هستند

پلاسمیدهای خطی سالها پیش از کروموزومهای خطی در سال 1979  در باکتری Streptomyces rochei کشف شد. در آن هنگام در این باکتری خصوصیاتی مشاهده شد، که با توجه به توارث آنها، ژنهای عامل آن صفات  می بایست بر روی پلاسمید قرار می گرفتند. اما بکمک روشهای عادی جداسازی پلاسمید ، در باکتری هیچ پلاسمیدی مشاهده نشد. پس جستجوهای متعدد سرانجام دانشمندان توانستند بوسیله روش PFGE (ژل- الکتروفورز با میدان الکتریکی متناوب)از باکتری  پلاسمیدهایی  را جداسازی کنند. اما باکمال تعجب ، با استفاده از روشهایی مانند نقشه برداری فیزیکی (با اثر دادن اندوکلئازهای محدود کننده بر روی پلاسمیدها)، الکتروفورز به روش SSCP(single -standrd conformationol poly mophism) و میکروسکوپ الکترونی مشخص شد که این پلاسمیدها،  خطی هستند.این نوع پلاسمیدها همچنین  دربرخی از  جنسهای خانوادهای آکتینومیستالها (همانندRhodococcus opacus )استریتومایسس ها (مانندS.laurentli, S.roche, S.lasalensis, S.coelicor, S.Lividans) ومایکوباکتریهایی مانند M.avium, M.brander, M.telomeric دیده شده است.   کروموزومهای خطیبدنبال  شناسایی پلاسمیدهای خطی، در موارد بسیاری وجود کروموزومهای خطی در باکتریها گزارش شد.. کروموزومهای خطی دربرخی گونه های بورلیا مانندB.borgdorferi,B.afzelii,B.bermsii برخی از گونه های استرپتومایسس مانند:
 
S.lesalins, S.avermitilis, S.caviuligarus, S.rimosus, Srochei, S.coelicre, S.lividans, S.ambofaciens, S.lividans, S.coelicore, S.rimosus, S.Calviuligarus و برخی گونه های رودوکوکوس مانند R.fascens, R.erithropolis, R.globerulus دیده شده است. وجود کروموزومها و پلاسمیدهای خطی در باکتریها سوال بزرگی را برای دانشمندان مطرح ساخت و آن سوال این بود: انتهای کروموزومهای خطی چگونه محافظت میشود؟همانطور که میدانید در یوکاریوتها (وبرخی ویروسها) که دارای کروموزومهای خطی هستند ، در دوانتهای کروموزومها ساختارهایی بنا م تلومر وجود دارد که دو انتهای کروموزوم را از آسیبهای مختلف محافظت میکند.در صورت نبودن تلومرها انتهای کروموزومهای مختلف بوسیله لیگازهای موجود در سلول به هم متصل میشد. همچنین ، تلومرها با ایجاد توالیهای DNA اضافه ، کاهش مقداری از توالی های کروموزوم که در اثر حذف پرایمر پس از هربار همانند سازی ایجاد میشود را  ، جبران میکنند.
 

تلومرهای باکتریایی

برسیهای بیشتر کروموزومها و پلاسمیدهای خطی منجر به شناسایی توالیهایی در دو طرف آنها شد که نقش تلومر را دارند. تلومر های باکتریایی به دوشکل کلی دیده میشوند: شکل تلومریک(telomeric type) و شکل اینورترونیک(invertronic type)در نوع تلومریک ، در دوانتهای  کروموزومها یا پلاسمیدهای خطی ، توالیهای تکراری معکوس انتهایی  (Terminal Inverted Repeat) یا TIR قرار دارد که  دو نوکلئوئید انتهایی از هر رشته با یک پیوند کوالان بهم متصل شده اند و ساختار بسته ای را بوجود آورده اند که دو انتهای پلاسمید یا کروموزوم  را محافظت می کنند .تاکنون  آنزیم تلومرازی در پروکاریوتها کشف نشده است که ذر ایجاد این پیوند کوالان نقش داشته باشد.. همانند سازی این کروموزومها از نقطه ای درمیان کروموزوم آغاز می شود (ori) و بصورت دو جهتی باتشکیل پرایمر RNA پیش می رود. در نوع invertronic نیز در دو انتهای کروموزوم توالیهای تکراری معکوس یاTIR قرار دارنداما دو رشته بوسیله پیوند کوالان بهم متصل نشده اند، در عوض در انتهایَ5آزادهرطرف کروموزوم  یک پروتئین متصل شده است.این سـاختـاربـاعث محـافظت دوانتهـای مولکـول می شود.پروتئین متصل به انتهایَ5 آزاد، همچنین بعنوان یک پرایمر عمل می کند؛ یعنی لازم نیست که برای همـانندسـازی DNAابتدا یک پرایمرRNA ساخته شود (در صورتی که از پرایمرRNA استفاده می گردید پس از پایان همانند سازی و حذف پرایمر ، با هر دور همانند سازی طول DNA کاهش می یافت) این پروتئین موجود در انتهای َ5 ، انتهای OH آزاد لازم برای DNA پلیمراز را فراهم می کند.همانندسازی این نوع مولکول خطی DNA با روش همانند سازی متعارف( بصورت همانندسازی رشته پیشرو(leading)و پیرو(lagging))که برای اکثر مولکولهای DNA  بکار میرود تفاوت دارد.دراین نوع همانندسازی یکی ازرشته ها ازیک طرفDNAشروع به همانندسازی می کندورشته دیگرهمزمان ازطرف دیگرDNAدرجهت مخالف همانندسازی می کند.کروموزومهای چندگانه
 
شناسایی باکتریهایی که دارای چندین کروموزوم   ویا دارای کروموزومهای همولوگ میباشند ، تحول بزرگی را در ژنتیک باکتریها ایجاد کرده است .وجود دیپلوئیدی در برخی باکتریها ((مانند باکتری Methanococcus jannaschii) ،از نظر تکاملی یک پیشرفت بزرگ محسوب میشود.این امر سبب میشود که این باکتریها در برابر عوامل مختلف جهشزا از خود مقاومت بشتری نشان دهند، چراکه در صورت بروز جهش در یک آلل، باکتری دارای آلل سالم دیگری بر روی کروموزوم همولوگ خود خواهد بود.
 
یکی از مسائلی که ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است چگونگی segregation   این دو کروموزوم همولوگ در هنگام تقسیم سلولی است. اشتیاق دانشمندا ن به دانستن این موضوع زمانی شدت یافت که گزارشهایی از مشاهده رشته هایی شبیه دوک تقسیم میتوز  توسط میروسکوپ الکترونی ، در این باکتریها انتشار یافت. هنوز در این باکتریها پروتئینی که مسئول ایجاد چنین ساختارهایی باشد شناسایی نشده است.     گروه دیگری از  از باکتریهایی که دارای چندین کروموزوم میباشند ، بصورت منوپلوئید اند.یعنی این کوموزومها با هم همولوگ نیستند. در این باکتریها بین دو تا چهار کروموزوم مختلف وجود دارد که برخی از آنها خطی  میباشند.مثلا Rhodobacter sphaeriode    دارای دو کروموزوم است، اگروباکتریوم نیز دارای دو کروموزوم می باشد که کروموزوم II  آن بصورت خطی می باشد. برخی گونه های جنس بروسلا دارای دو کروموزوم و برخی دارای یک کروموزوم می باشند. مثلاً .B.suisB1 ، B.melitensis وB. neotoma, B.abortus, دارای دوکروموزوم(کروموزومI,II) و B.suisB3  و B.canis درای یک کروموزوم می باشند. باکتری سودوموناس سپاسیا(P.cepacia)دارای سه کروموزوم است(کروموزوم I,II.III) و باکتری لپتوموناس اینتروگانس(L.interogans) دارای دو کروموزوم است. این باکتری یک استثناء مهم در ژنتیک باکتریهاست، زیرا برخی ژنهای آن مانند ژنهای 16srRNA,23srRNA در بیش از یک اپرون در یک کروموزوم قرار دارند که در پروکاریوتها غیر معمول است.

در کروموزومهای غیر همولوگ باکتریهایی که چندین کروموزوم دارند ژنهای مختلفی وجود دارد .در برخی موارد    ممکن است ژنهای مشابهی در هر یک از  چندین کروموزوم ،  یک باکتری وجود داشته باشد، اما این ژنها تحت کنترل پروموترهای متفاوتی قرار دارند. و تنظیم بیان آنها متفاوت است. مثلاً درهر یک از دوکروموزمII,I باکتری رودوباکتراسفروئید، یک  اپرون rRNA وجود دارد، اما زمان بیان هر یک از این دو اپرون در مراحل مختلف چرخه سلولی باکتری، متفاوت است بنابر این، این موارد را نمیتوان جزء دیپلوئیدی نسبی (Partial Diploidy) بحساب آورد.

 

 Suwanto, A., and S. Kaplan. 1989. Physical and genetic mapping of the Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 genome: presence of two unique circular chromosomes. J. Bacteriol. 171: 5850-5859

Suwanto, A and S. Kaplan. 1992. Chromosome transfer in Rhodobacter sphaeroides: Hfr formation and genetic evidence for two unique circular chromosomes. J. Bacteriol. 174: 1135-1145

Trucksis et al. 1998. The Vibrio cholerae genome contains two unique circular chromosomes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 14464-14469

Volff, J.-N., and J. Altenbuchner. 2000. A new beginning with new ends: linearisation of circular chromosomes during bacterial evolution. FEMS Microbiol. Lett. 186: 143-150