东秀珠研究团队发现模式古菌中转录终止介导的新调控模式

古菌是与细菌和真核生物相并列的第三种生命形式，是生物圈边界的界定者，因此提供了发现新生命现象、机制及技术创新的独特路径；但目前对古菌必需生命过程——转录过程及机制还所知较少，限制了对古菌的开发利用。

该团队在前期有关古菌转录终止的研究基础(Nucleic Acids Res,2020;elife,2021; Microbiology Spectrum,2021)上，通过建立新的全长转录组测序技术，并整合dRNA-seq，Term-seq及Illumina RNA-seq，在单碱基水平确定了模式甲烷古菌的操纵子组成；发现组学水平的操纵子内部转录终止现象，揭示内部终止同样依赖终止因子aCPSF1和终止子U-tract。进一步研究发现，内部终止可能决定操纵子内基因的阶梯差异表达；利用新建立的CRISPR-Cas9编辑工具(Microbiology Spectrum, 2022)突变部分操纵子中的内部终止子后，证明内部终止精准调控包括核糖体-RNA聚合酶亚基等操纵子基因的差异转录及其精准剂量比；破坏该调控后，发现导致下游的RNA聚合酶亚基转录上调，但却导致菌体的生长显著下降，且转录速率、翻译速率下降，并发现导致组装的RNA聚合酶复合物显著降低；由此证明了操纵子内部终止是一种重要的新转录调控模式，其通过精准控制操纵子内功能基因的差异表达，调控着细胞生理所需的重要功能基因，包括核糖体亚基-RNA聚合酶亚基等的精准表达及剂量比，以保证菌体的最适生理和生长。此外，通过生信分析发现核糖体-RNA聚合酶亚基同源基因操纵子普遍存在于古菌各进化分支的物种中，且代表性古菌的转录组数据提示了类似的差异表达现象，表明操纵子内部终止机制可能是古菌物种中普遍采用的一种新转录调控模式。

图1 内部终止精准调控古菌核糖体-RNA聚合酶操纵子的差异表达及RNA聚合酶组装

中国科学院微生物所东秀珠研究组博士研究生张文婷为文章第一作者，李洁副研究员和东秀珠研究员为本文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目及国家重点研发计划项目支持。

论文链接：

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkad575/7223592