二裂生殖

核心过程

二裂生殖分为三个阶段：

• DNA复制：环状DNA在复制起点（oriC）启动双向复制，形成两个拷贝。

  二裂生殖过程示意图

• 细胞延长与隔膜形成：细胞膜内陷，FtsZ蛋白环收缩引导隔膜形成（如大肠杆菌）。

• 细胞分离：子细胞分离后独立生长，周期约20-30分钟（取决于环境条件）。

生物类群

• 细菌：如大肠杆菌（Escherichia coli）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）。

• 古菌：如产甲烷菌（Methanocaldococcus jannaschii）。

• 原生生物：如眼虫（Euglena）通过纵向二裂生殖繁殖。

关键蛋白与基因

• FtsZ蛋白：形成收缩环，指导隔膜形成；其功能类似真核生物的微管蛋白。

  MinCD与FtsZ原丝纤维在脂质膜上的排列示意图

• Min系统：MinC/D/E蛋白调控FtsZ环的定位，确保分裂发生在细胞中部。

• DNA复制调控：dnaA基因启动复制，seqA防止过早二次复制。

细胞周期调控

• 复制-分裂偶联：复制完成触发分裂，通过核苷酸浓度（如c-di-GMP）协调进程。

• 应激响应：营养匮乏时，细菌通过SOS反应延迟分裂（如E. coli的SulA蛋白抑制FtsZ）。

适应性优势

• 快速增殖：在适宜条件下（如富营养环境），细菌可通过二裂生殖指数增长。

• 遗传稳定性：无性繁殖保留有利基因型，避免重组风险。

进化限制

• 变异率低：缺乏基因重组，依赖突变积累适应环境变化。

• 种内竞争：克隆种群易受同源噬菌体或抗生素的群体性灭绝。

工业与医学

• 发酵工程：利用快速分裂的工程菌生产胰岛素、抗生素。

• 抗微生物靶点：针对FtsZ的抑制剂（如PC190723）开发新型抗生素。

环境修复

• 石油降解菌：通过二裂生殖快速扩增，用于海洋油污处理。

研究瓶颈

• 古菌分裂机制：古菌FtsZ功能与细菌差异较大，机制尚未完全解析。

• 多细胞化障碍：均等分裂限制复杂结构演化，解释真核生物有性繁殖优势。