许多细菌和古代促销者向前和向后工作
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新的分析发现,发散性转录(一个启动子引导两个相邻基因向相反方向表达)在生命的所有领域都是保守的。

杰克·j·李
2021年5月28日

上图:©ISTOCK.COM,Scharvik.

C与生物学教科书中通常描述的相反,细菌和archaea.转录可以在基因组上以相反的方向进行。这要归功于双向启动子- dna序列RNA聚合酶可以跳上并以某种方式行进以产生mRNA转录物。此类促进剂不是罕见的:19%的转录开始网站(TSSS)大肠杆菌5月6日发表在《微生物学性质

“我们真的很惊讶,”该研究的合著者、英国伯明翰大学分子微生物学博士后艾米丽·沃曼说。虽然之前的研究描述了真核生物以及一些细菌和古细菌的双向启动子,但这项新的研究建立了不同的转录——基因的双向解读——作为一个广泛存在于生命的所有三个领域的特征。

双向启动子跨越生物学

在真核细胞中,DNA在组蛋白蛋白周围风并包装成染色质.卷曲不紧密的DNA片段可以被RNA聚合酶和转录所需的其他蛋白质所获取。在某些情况下,这些区域包含两个tss,每个DNA链上一个,方向相反;这些tss可以被数百或数千个碱基对分开。科学家们已经在各种真核细胞中发现了这类双向启动子酵母小鼠巨噬细胞。

细菌没有组蛋白。但有些人确实具有组蛋白样核结构(H-NS)蛋白质,其与DNA结合并有助于折叠细菌染色体。在2014年研究中发表基因与发展,研究人员发现大肠杆菌,H-NS抑制通过水平基因转移拾取的启动子,这是生物外部之间的生物之间的遗传物质传播。他们注意到,许多H-NS抑制的启动子是非编码RNA并位于其他基因的中间。

当她是伯明翰大卫格拉格林格的实验室的博士学生时,温暖的第一位工作是通过将它们在质粒中的报告基因面前插入并测量所得基因表达来表征这些推动者的活动。“我们对这些地区的许多信息并没有告诉我们转录的哪个方向会在,”她说。“为了涵盖我们所有的基础,我正在占领所有这些地区,我都以两种方式把它们放在了。”令人惊讶的是,许多启动子片段在任一取向产生的活性,这意味着DNA的相同区段可以在两个方向上驱动转录。

探索双向启动子是否普遍普遍大肠杆菌该团队分析了之前获得的用于绘制tss的数据集。他们发现了5292个不同的tss,它们之间相隔7到25个碱基对,但在不同的DNA链上。这些TSS对占所有TSS的19%大肠杆菌.位点之间最常见的距离是18个碱基对——比在真核细胞中观察到的距离要近得多。这种紧密的间隔将启动子元件(RNA聚合酶招募的关键DNA序列)置于两条DNA链的相反位置。因此,作者提出,RNA聚合酶可以以两种不同的方向附着在同一DNA片段上,并在两个方向上启动转录。

双向启动子包括两个位置紧密的转录起始位点(TSSs),每个位点位于DNA链上。这些位点位于基因编码区上游。研究人员发现大肠杆菌在美国,这类tss通常被18个碱基对隔开,在这一距离上,RNA聚合酶招募所需的启动子元件位于两条DNA链的相对位置。
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他们继续研究了来自更多细菌种类的tss,发现了大量的差异对。在变形菌门和放线菌门中,TSS对通常间隔18或19个碱基对该团队还研究了两种古代物种的先前发布的TSS地图,并发现了许多不同的TSS对。

“双向转录是真核转录的特征,但重要的是,本文表明,细菌的机制与真核生物的机制不同,”洛克菲勒大学的生物物理学家,洛克菲勒大学的生物物理学家,讲述欧洲杯微信竞猜活动通过电子邮件。

在2018年研究中发表BMC基因组学在美国,研究人员报告了一项类似的发现铜绿假单胞菌,一种导致人类感染的病原体。他们在相反的链上发现了105对TSS,正好相隔18个碱基对。

“我们只是看着假单胞菌我们发现它们并认为这是不寻常的,“在英国哥伦比亚西蒙弗雷泽大学的生物化学家和2018年学习的同志,彼得···默撒说“他们显然是细菌和古代的任何地方 - 所以这实际上真的很酷。”

双向基因调节

作者提出双向启动子可以协调调控反向运行的基因。例如,结合一个启动子区域的转录因子可以同时调节两个相邻基因的表达。这些分子细节和其他潜在的rna依赖调控形式仍然是悬而未决的问题,Unrau说。

在2019年研究中发表微生物学性质美国洛克菲勒大学(Rockefeller University)生物物理学家刘世新(Shixin Liu)和他的同事们在转录方面有了一个互补的发现大肠杆菌:朝向彼此运行的一些收敛基因共享双向转录终止子。

细菌的基因组相对紧凑,刘说。“这些[双向元件]似乎是在它们的小基因组中编码更复杂的调节功能的一种方式,因此一个启动子可以控制两个不同的基因,或者一个终止子可以同时控制两个收敛的基因。”

沃曼说,双向启动子的普遍应用可能值得注意,因为在生物技术领域,科学家的目标是利用有效的启动子产生基因产品。“我认为这是任何对基因表达感兴趣的人都需要知道的事情。”