核心元素在启动子形成和转录调控中发挥着不同的作用

《Nature Communications》：Core elements play distinct roles in promoter birth and transcriptional regulation

　　

摘要

基因表达决定了生物的表型及进化过程。然而，现有的基因调控研究多集中在转录因子上，而忽视了核心启动子的作用。为探究启动子是如何形成并调控转录的，我们研究了大肠杆菌中组成型启动子以及受转录因子调控的启动子中?35和?10这两个核心序列的序列-功能关系。通过对体内转录情况的分析以及体外RNA聚合酶与启动子的相互作用研究，我们发现?10元素对于启动子从随机序列演化而来至关重要。而?35元素虽然具有较高的保守性，但对启动子的形成并非必需。相反，它通过与转录激活因子及RNA聚合酶的协同作用，对基因调控产生更显著的影响。此外，我们还发现进化过程会优化受转录因子调控的启动子中的?35和?10序列，通过降低基础表达水平同时提高诱导表达水平，从而实现尽可能大的表达变化幅度。不过P_luxI是个例外，它的持续低水平表达为启动群体感应机制提供了重要基础。这些研究结果揭示了启动子设计的原理，同时也强调了核心元素、RNA聚合酶以及转录因子之间的相互依存关系及共同进化过程。