综述：原核生物中相邻基因的翻译耦合

这篇综述系统阐述了原核生物中相邻基因通过翻译耦合（translational coupling）实现协同表达的分子机制，重点解析了RNA解旋模型和核糖体扫描（30S/70S）模型的作用原理，并探讨了其功能意义与跨物种差异，为理解原核基因表达调控提供了新视角。

　　

邻近基因在原核生物中的协同表达

原核基因通常以操纵子形式排列，功能相关基因相邻分布。这种组织方式通过多种机制协调表达：所有基因共转录为单一mRNA；上游基因翻译沉默会引发极性效应（polarity），由Rho或FttA终止因子介导转录提前终止；核糖体还可通过影响RNA二级结构调控下游基因的翻译终止。

原核ORF的紧密排布特征

原核基因组具有高基因密度（0.8-1.2基因/千碱基），约1/3基因存在重叠。最典型的-4 nt间距构型（NTGA）占主导，该结构约束下游基因第二密码子仅能编码7种氨基酸。基因对间距分布呈现跨物种保守性，-4 nt、-1 nt和-8 nt间距构型显著富集。

空间耦合ORF的翻译联动

翻译耦合现象在细菌（如大肠杆菌trpEDCBA、galT-galK）和古菌（Haloferax volcanii）中广泛存在。耦合效率受间距显著影响：-4至+3 nt间距效率最高，+40 nt间距降低3-10倍，而负间距（重叠增加）抑制效应更强。烟草叶绿体中+11 nt间距几乎完全消除耦合，表明物种间存在差异。

影响耦合效率的关键因素

上游基因翻译水平与耦合效率无线性关系，存在饱和效应。下游基因的SD序列虽非必需，但能提升耦合效率（如突变SD导致表达量骤降）。随机序列筛选实验发现，终止密码子上游6 bp处的A/T富集可适度增强耦合。RNA二级结构预测显示，终止密码子下游的结构化区域会抑制耦合。

机制解析：RNA解旋模型

该模型认为上游核糖体翻译可破坏下游基因RBS区域的抑制性RNA二级结构（如噬菌体f1基因VII-IX的-4 nt间距案例）。当间距较大时（如大肠杆菌rpmI-rplT的+52 nt），核糖体通过解旋活性而非物理遮挡激活下游翻译。但该模型难以解释短间距耦合的动力学竞争问题。

机制争议：核糖体扫描模型

30S扫描模型认为终止翻译后30S亚基沿mRNA扫描至下游起始密码子，但核糖体回收因子（RRF）敲除实验未影响耦合效率。70S扫描模型获更多支持：卡那霉素对下游基因抑制作用减弱、体外实验显示70S核糖体直接再起始。值得注意的是，起始因子IF1/IF3可促进70S扫描，挑战了传统翻译起始认知。

功能进化的多维意义

翻译耦合实现了无顺式元件的协同调控（如大肠杆菌rplK-rplA通过L1蛋白双重调节），响应环境压力（如春日霉素选择性影响），并可能促进共翻译折叠。其还被用于生物技术：短uORF（如分枝杆菌MIRUs元件）通过-4 nt间距"递送"核糖体，规避RNA结构抑制。

展望与挑战

约24%-30%的同向基因对存在潜在耦合，但机制细节仍待阐明。未来需拓展至非大肠杆菌体系，探究古菌与革兰氏阳性菌的更严格间距需求。70S扫描模型颠覆传统起始认知，需进一步解析IF1/IF3在70S复合体中的非经典功能。这些研究将为合成生物学和抗生素开发提供新靶点。