合成生物催化剂摘译自:https: //doi.org/10.1093/nar/gkac540

   基因调控网络会根据环境刺激接收、处理、响应和传递信息,对于随机的、短暂的环境变化有一定的鲁棒性。然而如果受到较强或较长时间的环境刺激例如环境营养物质含量、温度、pH、盐浓度、其他微生物及其代谢产物的影响,基因调控网络便有可能引起全基因组的扰动,全基因组的扰动又将反作用于基因调控网络继而可能会引起整体代谢的崩溃。然而在过去的研究中,研究者观察到大多数情况下基因调控网络能有效的稳定较强或较长时间的环境刺激的全基因组扰动,在较短的时间内即可将刺激的基因响应范围缩小到几十个到几百个具备特定功能基因上。

  近日,来自芬兰坦佩雷大学的Bilena L.B. Almeida团队在《Nucleic Acids Research》杂志上发表研究“The transcription factor network of E. coli steers global responses to shifts in RNAP concentration”研究了RNA聚合酶浓度变化与全基因组扰动的关系,增加了对基因调控网络的理解。

  研究首先分析了培养基稀释对细胞生长、细胞心态和胞内RNA聚合酶浓度的影响。以转录因子带有荧光标记的大肠杆菌库作为研究对象,被测大肠杆菌经30℃ LB培养基过夜活化后,按0.05的初始OD加入稀释至原先浓度的75%50%25%LB37培养至OD0.4,在这个过程中取60/125/180分钟的培养结果测定与大肠杆菌基因调控网络相关的各项参数。

  发现在研究所涉条件下,大肠杆菌细胞内的游离RNA聚合酶和附着在DNA上的RNA聚合酶占总RNA酶的比例是相对恒定的。培养基稀释导致总RNA聚合酶浓度相应的降低,进而导致单基因的RNA转录丰度波动随稀释后培养时间的增加而增加,继而影响了对应的蛋白质浓度。一些基因的转录情况除了受RNA聚合酶浓度的影响,也受转录因子的直接或间接影响,另外超螺旋的积累也可能影响基因的转录。

  随后研究检测了全局调控因子、σ 因子、非编码RNA(p)ppGpp是否会影响基因调控网络平衡全基因组扰动,结果表明除了研究涉及的个别全局调控因子,涉及的其余全局调控因子、σ 因子、非编码RNA对基因调控网络应对环境刺激时的表现无显著的影响。(p)ppGpp作为第二信使会影响短期内的的基因调控网络表现。

  另外,转录因子会影响对应操纵子内的所有基因,而转录因子本身的表达受临近基因表达强度的影响,转录因子与操纵序列的结合常数同样影响不同培养基浓度下的操纵子基因转录强度。培养基浓度与RNA聚合酶浓度的正相关关系存在上限,超过一定上限以后培养基浓度上升不会带来RNA聚合酶浓度提升。

 

(徐毅诚摘译)


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