新发现的细菌转录机制可能为合成生物学工程提供信息

细菌转录是一条从双链 DNA 复制遗传指令以产生 RNA 的生产线，然后将其用于随后生产细菌当时所需的蛋白质。线主管被称为西格玛因子，其中有几个变体，根据其结构和基因序列可大致分为四组。

然而，有一个因素被认为是“独特的”。该因子被称为 SigI，它参与多种监管反应，但它不属于这四组中的任何一组。现在，中国科学院青岛生物能源与过程技术研究所(QIBEBT)的研究人员发现，SigI 比之前理解的更加独特，以至于需要一个全新的分类组。

他们的研究结果发表在10 月 13 日的《自然通讯》上，可能有助于为基因调控工具的设计提供信息。

在细菌转录中，西格玛因子会触发对特定启动子的识别，或者是产生特定转录物所需的 DNA 序列起始处的遗传信息区域。研究人员指出，令人困惑的是，同一细菌中的不同 SigIs 可以结合不同的启动子来实现特异性识别。

尽管SigI自被发现以来已经被研究了20多年，但转录过程中SigI特异性启动子识别的分子机制仍然未知。“多个SigIs的存在及其在一些细菌中调节超级多酶复合物(称为纤维素体)表达的作用，以有效降解植物生物量，进一步提出了不同SigIs之间特异性机制的问题，”来自QIBEBT的冯银刚教授说，该研究的共同通讯作者。

研究人员利用从细菌热纤梭菌纯化的RNA聚合酶和从大肠杆菌纯化的SigI因子并合成启动子，重建了由两种SigI因子(一种带有SigI1，一种带有SigI6)形成的两种转录开放复合物。然后，他们使用冷冻电子显微镜来确定复合物的结构，并通过实验分析来测试每个结构的功能。

研究人员从结构和功能分析的角度，解决了SigI分类和SigI功能特异性的问题。他们阐明，来自产生纤维素体的细菌的 SigI 因子包含一种独特的、迄今为止未知的细菌转录启动子识别模式，并代表了一类新的独特的细菌转录 sigma 因子。

这些结构表明，SigI 具有两个结构特征(其中之一在其他已知的 sigma 因子中不存在)，这使得具有 -35 元件的特定启动子能够具有独特的识别模式。

FENG 说：“SigI 启动子对 -35 元件的识别与该家族中其他 sigma 因子的识别完全不同。” “这些结构还表明，SigIs 可以识别另一个称为 -10 元件的启动子区域，其特征与其他 sigma 因子所使用的特征不同。”

研究小组计划继续研究 SigI 因子在热纤梭菌中调节纤维素体的机制。

“虽然我们对纤维素体转录调控中的SigI系统有了一些了解，但对纤维素体调控的理解还远未完成，”冯说。“热纤梭菌含有大约 80 种纤维素体成分，但只有一小部分被证实在 SigI 系统的控制下受到调节。最终，我们的目标是阐明控制纤维素体调节的分子机制。有了这些知识，我们希望对产生纤维素体的细菌进行改造，以实现更好的细胞工厂，用于生物能源、合成生物学和生物技术的应用。”

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