115年:(醫檢)檢驗(2)

關於16S-23S rRNA 基因internal transcribed spacer(ITS)定序法的敘述,下列何者最不適當?

A有些菌種(species)有多條不同長度及序列的ITS
BITS 的增幅法,可分別自16S rRNA 基因的3'端保留區至23S rRNA 基因的5'端保留區設計引子
CITS 的長度較16S rRNA 基因長,故定序比對更精準
DITS 基因序列與16S rRNA 基因序列的演化是平行的

詳細解析

本題觀念

16S-23S rRNA基因間的internal transcribed spacer(ITS)是位於這兩段核糖體RNA基因之間、不直接轉譯成蛋白質的間隔序列。由於ITS不像16S與23S rRNA基因本身承受高度的功能性保守選汰壓力,其演化速率明顯較快(約為rRNA基因的十倍),因而在種間乃至種內都展現出比16S rRNA基因更高的序列與長度多型性,這項特性正是ITS常被用於菌種鑑定與分型的理論基礎。本題要求找出對ITS定序法敘述「最不適當」的選項,需要逐一核對每個敘述是否符合ITS的實際分子特性。

選項分析

A. 有些菌種有多條不同長度及序列的ITS:文獻證實同一菌種內確實可存在多條長度與序列皆不同的ITS型別(例如部分Klebsiella菌種中即發現數種不同型別的ITS),此為ITS基因體結構的真實現象,敘述正確。✅

B. ITS的增幅法,可分別自16S rRNA基因3'端保留區至23S rRNA基因5'端保留區設計引子:這正是ITS-PCR的標準方法學設計原則,利用16S與23S rRNA基因兩端跨物種高度保守的序列區域設計通用引子,以擴增中間變異度較高的ITS區段,此敘述正確。✅

C. ITS的長度較16S rRNA基因長,故定序比對更精準:此為本題應選的最不適當敘述。實際上細菌ITS長度變異範圍極大,短則約60個鹼基對,長則可達約1,500個鹼基對左右,多數菌種的ITS長度普遍短於或至多相當於16S rRNA基因本身(約1,500個鹼基對),並非「較長」;而且ITS定序比對更精準的真正原因,是其演化速率較快、序列變異度較高,使其能區分16S rRNA序列高度相似而難以分辨的近緣菌種,並非因為長度較長。此選項在長度描述與因果推論上都與實際分子特性不符。❌

D. ITS基因序列與16S rRNA基因序列的演化是平行的:16S rRNA基因、ITS與23S rRNA基因同屬同一個rRNA操縱子(rrn operon),三者共同被轉錄、共同遺傳演化,因此ITS序列的演化路徑與16S rRNA基因的演化在系統發生上確實呈現平行關係,僅演化速率有快慢之別,此敘述正確。✅

答案解析

本題答案為C,也是四個敘述中唯一與實際分子證據不符者。判斷關鍵在於同時檢視「長度描述」與「精準原因」兩個層面:ITS的長度並非普遍比16S rRNA基因長,反而多數菌種的ITS長度落在較短的範圍內;而ITS定序比對之所以能提供更精細的菌種區辨能力,其真正機轉是演化速率快、序列變異度大,能突顯16S rRNA序列相近菌種間的差異,而不是單純因為序列長度較長。A、B、D三個選項則分別正確描述了ITS的多型性現象、標準引子設計原則,以及ITS與16S rRNA基因平行演化的關係,皆與現有分子生物學證據相符。

核心知識點

準備rRNA操縱子相關分型技術考題時,建議把握三個重點:其一,ITS因不受蛋白質轉譯功能限制,演化速率遠高於16S與23S rRNA基因本身,故序列與長度變異度大;其二,ITS-PCR引子設計原則固定在16S rRNA基因3'端與23S rRNA基因5'端這兩段保守區;其三,ITS的鑑別力來自演化速率快、變異度高,而非序列長度本身。這三點合併理解,才能正確判斷此類「長度與精準度因果關係」的陷阱敘述。

參考資料

  1. Journal of Clinical Microbiology: ITS typing of Klebsiella species
  2. PMC: 16S-23S rRNA ITS region variability
  3. PMC: bacterial ITS sequencing methodology
  4. PMC: rRNA operon evolution
  5. Nature Scientific Reports: ITS sequence analysis