细菌与古菌中重复性基因外回文序列的综合分析：RepRanger工具的革新应用及其在基因组调控中的意义

本文介绍了一种新型网络工具RepRanger，专为在细菌和古菌中鉴定重复性基因外回文序列(REP)而开发。通过该工具，作者在大肠杆菌(E. coli) MG1655中识别了>4000个REPs，发现超过50%的小非编码RNA(sRNA)含有REPs。研究揭示了REPs在翻译调控（如核糖体停滞）和细菌环境适应性中的作用，并比较了病原菌、环境菌株及古菌间的序列保守性，为REPs的多样性、功能及进化提供了新见解。

　　

文章内容归纳

摘要

在细菌和古菌的基因组中，重复性基因外回文序列(REP)作为一类关键调控元件，其生物学角色和序列保守性长期未明。本研究开发了一种名为RepRanger的新型网络工具，专用于高效识别和注释REPs及其他回文元件。应用该工具在大肠杆菌(Escherichia coli) MG1655基因组中鉴定出超过4000个REPs，其中约52%的小非编码RNA(sRNA)携带这些序列。进一步分析揭示了10种REP共识基序，并发现与翻译调控相关的REPs（位于开放阅读框下游15核苷酸内）主要富集基序4，而sRNA中的REPs则偏好基序9。研究还证实REPs广泛分布于细菌和古菌中，序列相似性分析显示病原菌与环境菌株的REPs保守性较高，而共生菌和实验室菌株差异显著，凸显REPs在微生物环境适应中的核心作用。

引言

回文元件(PE)作为可折叠成稳定茎环结构的序列，广泛存在于所有生命域的基因组中。细菌中的PE包括Rho非依赖性终止子(RIT)、重复性基因外回文元件(REP)及CRISPR序列。REPs自40年前在大肠杆菌和沙门氏菌中发现以来，已在多种细菌中被鉴定，但其功能仍多假设性：涉及染色体组织、DNA拓扑结构及转录后调控。REPs定义特征包括基因外定位、回文结构、短长度（14-40 nt）、高序列相似性及多拷贝性。例如，大肠杆菌REPs可基于在操纵子中的位置分为3′-末端或基因间型。先前研究表明，REPs能稳定mRNA、介导核糖体停