在细菌研究领域，长期以来存在一个公认的观点：RNA聚合酶（负责将DNA转录为RNA）与核糖体（负责将RNA翻译为蛋白质）紧密协作，几乎如同连为一体。
这种转录与翻译的紧密耦合被认为是细菌基因表达的基础机制之一，部分原因在于紧随其后的核糖体能够保护新生基因产物，使其免受一种高效且普遍存在的质量控制蛋白——Rho的影响。
然而，在某些细菌中存在一种"失控转录"现象：RNA聚合酶会脱离核糖体的保护，独自快速推进。令人费解的是，在枯草芽孢杆菌等表现出这种失控转录的细菌中，Rho蛋白主要靶向的是无编码意义的非功能性RNA产物。
来自生物学系的最新研究揭示，Rho质量控制特异性的秘密，隐藏在构成DNA编码链的核苷酸碱基序列组成之中。
"我们最初假设Rho受序列调控，但令人惊讶的是，仅凭序列本身就足以保护枯草芽孢杆菌整个基因组中的任意基因免受Rho的影响，"该研究第一作者、李实验室博士研究生Julia Dierksheide（2026届博士）说，"这涵盖了极为多样的序列——究竟是什么序列特征为基因组中每一个基因所共有？"
嘌呤偏好构筑的屏障
Rho是一种转录终止因子，其核心作用是防止细菌将宝贵资源浪费在合成无用RNA转录本上。
细菌细胞所需的全部信息编码于DNA之中。DNA由两条核酸链组成，相互缠绕形成双螺旋结构，遗传信息以碱基配对的形式储存：嘌呤（鸟嘌呤和腺嘌呤）分别与嘧啶（胞嘧啶和胸腺嘧啶）配对。能够产生RNA转录本的序列以互补形式存储于编码链中，这意味着大量遗传物质在转录层面并无功能。
此前已知，某些细菌的编码DNA链中嘌呤（鸟嘌呤和腺嘌呤）含量显著高于基因组其他区域。研究人员发现，正是这种嘌呤偏好本身，使功能性mRNA转录本得以免受Rho介导的转录终止。
"我喜欢面对庞大复杂的数据集，并尝试从中提炼出生物学意义，"Dierksheide说，"Rho似乎在漫长的进化过程中广泛塑造了枯草芽孢杆菌的基因组，形成了这种序列组成偏好。"
在进化过程中失去Rho的细菌物种，不再表现出这种显著的嘌呤偏好。
Rho还在细菌运动、生物膜形成和孢子形成等过程中发挥调控作用，这些过程对细菌的生物学功能和生存至关重要。嘌呤偏好还可能提供一层抵御外源DNA插入的保护，例如当噬菌体侵染细菌时。
"细菌以单细胞形式存在，它们的一切活动都必须通过基因表达来实现，"Dierksheide说，"深入理解基因表达的运作机制，理解细胞如何将维持生存所需的全部信息编码在基因组的核苷酸序列中，是一件令人振奋的事。"
未来研究方向
尽管Rho特异性的确切机制尚不明朗，这些研究结果已经破译了细菌基因组组成中的一个底层密码。
Dierksheide表示，她希望在大肠杆菌中开展类似的筛选研究，以表征Rho的特异性。大肠杆菌与枯草芽孢杆菌在进化树上的分歧时间估计约为20亿年前，且大肠杆菌仍保持转录与翻译的紧密耦合——转录RNA聚合酶之后紧跟着翻译核糖体。
枯草芽孢杆菌Rho的高度序列特异性，对于保护其失控的RNA聚合酶至关重要——在这种模式下，RNA聚合酶会超前于核糖体快速推进。对大肠杆菌Rho的系统性比较，有望揭示这种高度严格性是如何演化形成的。
这些信息对于工程化改造多种细菌物种具有重要价值，应用领域包括治疗性药物的生产。Dierksheide指出，枯草芽孢杆菌等细菌物种可能是更理想的研究模型，因为它们拥有丰富的分泌途径，能够更便捷地大量生产和分离蛋白质。
"我们的研究揭示了序列设计成功的一个重要判断标准，这在表达工程中必须加以考量，"该研究通讯作者、生物学系副系主任、副教授、霍华德·休斯医学研究所研究员李根威说，"基因组中存在大量隐秘信息，嘌呤偏好便是其中之一，而我们才刚刚开始解读它们的含义。"
Q&A
Q1：Rho蛋白在细菌中起什么作用？
A：Rho是一种转录终止因子，负责阻止细菌合成无用的RNA转录本，从而避免浪费细胞资源。它还参与调控细菌的运动、生物膜形成和孢子形成等关键生命活动，并可能保护细菌免受外源DNA（如噬菌体）的插入。
Q2：枯草芽孢杆菌基因组中的嘌呤偏好是怎么来的？
A：研究认为，Rho蛋白在漫长的进化过程中广泛塑造了枯草芽孢杆菌的基因组，使编码DNA链逐渐形成嘌呤（鸟嘌呤和腺嘌呤）含量偏高的特征。这种嘌呤偏好能够保护功能性mRNA免受Rho介导的转录终止。失去Rho的细菌物种，则不再表现出这种偏好。
Q3：这项研究对细菌工程化改造有什么实际意义？
A：研究揭示了序列设计中必须考量的重要标准——嘌呤偏好是基因成功表达的关键因素之一。这对于利用细菌生产治疗性药物等应用具有指导价值。枯草芽孢杆菌因拥有丰富的分泌途径，被认为是大量生产和分离蛋白质的理想宿主。
