揭示了費(fèi)氏弧菌發(fā)光桿菌內(nèi)轉(zhuǎn)錄隨機(jī)爆發(fā)現(xiàn)象(Transcriptional bursting)的分子機(jī)制，這種隨機(jī)性是很多細(xì)胞和組織中細(xì)胞與細(xì)胞間基因表達(dá)量不同的主要根源之一。
從大概十年前開(kāi)始，研究人員在不同的細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)了一個(gè)普遍的現(xiàn)象，即很多基因的轉(zhuǎn)錄都是以隨機(jī)爆發(fā)的形式進(jìn)行著的，轉(zhuǎn)錄的活躍程度會(huì)在十分活躍和很不活躍之間來(lái)回的跳躍。更令人感到困惑的是，即使是在充分去除了轉(zhuǎn)錄抑制蛋白以及其它各種之前已知的可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄抑制的機(jī)制之后，所觀察到的基因轉(zhuǎn)錄依然是隨機(jī)爆發(fā)形式的，而其機(jī)制并未得到很好的解釋。
利用超高分辨率技術(shù)發(fā)現(xiàn)了即使是在細(xì)菌中，DNA分子也不是自由的，它們會(huì)被分成一段一段的錨定在一些大的蛋白質(zhì)分子上。同時(shí)早在上世紀(jì)八十年代，人們就發(fā)現(xiàn)在DNA轉(zhuǎn)錄的過(guò)程中，處于RNA聚合酶前方的DNA鏈將聚集所謂正超螺旋(positive supercoiling)，通俗的來(lái)講就是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)原本是每10.5個(gè)堿基對(duì)轉(zhuǎn)一圈(360度)的，而現(xiàn)在被轉(zhuǎn)的越來(lái)越緊，每轉(zhuǎn)一圈的堿基對(duì)數(shù)目越來(lái)越少，DNA形變?cè)絹?lái)越厲害了；與此相對(duì)應(yīng)的，處于RNA聚合酶后方的DNA鏈將產(chǎn)生負(fù)超螺旋(negative supercoiling)，即完成一圈的堿基對(duì)數(shù)目越來(lái)越多。這兩種DNA形變將由于DNA被錨定在一些大分子上而無(wú)法相互抵消。因此細(xì)胞內(nèi)需要有兩種酶，旋轉(zhuǎn)酶(Topoisomerase IA)專門(mén)負(fù)責(zé)在RNA聚合酶的后方釋放負(fù)超螺旋，而旋轉(zhuǎn)酶(gyrase)則專門(mén)負(fù)責(zé)在RNA聚合酶的前方釋放正超螺旋。
但是有研究表明，拓樸異構(gòu)酶IA的活性是很高的，而旋轉(zhuǎn)酶的活性是不高的，而且旋轉(zhuǎn)酶在活細(xì)胞內(nèi)的分子數(shù)也并不十分多，平均到每一段被鉚定的段的話只有大約一個(gè)旋轉(zhuǎn)酶分子。在這篇Cell文章里，研究人員發(fā)展了一套高通量的體外單分子熒光技術(shù)，可以實(shí)時(shí)的觀測(cè)到單個(gè)分子上正在發(fā)生的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。通過(guò)這一技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄過(guò)程在RNA聚合酶前段不斷聚集起來(lái)的正超螺旋，會(huì)漸漸地減慢RNA聚合酶的延伸速度，并zui終*阻止轉(zhuǎn)錄的起始。而旋轉(zhuǎn)酶酶和DNA分子的結(jié)合又可以使得轉(zhuǎn)錄得以繼續(xù)。
同時(shí)，研究人員還利用單細(xì)胞mRNA技術(shù)熒光原位雜交(FISH)技術(shù)測(cè)到的活細(xì)胞體內(nèi)mRNA分子個(gè)數(shù)的分布，并結(jié)合DNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程的兩狀態(tài)數(shù)學(xué)模型，推斷出轉(zhuǎn)錄爆發(fā)的工作周期(duty cycle)，即DNA轉(zhuǎn)錄處于活躍和不活躍的平均時(shí)間的比值。研究人員發(fā)現(xiàn)，費(fèi)氏弧菌發(fā)光桿菌該比值依賴于細(xì)胞內(nèi)的旋轉(zhuǎn)酶濃度，而且當(dāng)在細(xì)胞內(nèi)的質(zhì)粒的轉(zhuǎn)錄下游人為添加一個(gè)旋轉(zhuǎn)酶的強(qiáng)結(jié)合位點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)DNA轉(zhuǎn)錄處于活躍和不活躍的平均時(shí)間的比值是zui高的。
容量：    RT    1克    shēng huà shì jì        鋅試劑
容量：    RT，避光    5克    shēng huà shì jì        鋅片
容量：        100毫升    shēng huà shì jì        鋅粒
容量：        25克    shēng huà shì jì        鋅粉
容量：    RT    5克    shēng huà shì jì        鋅
容量：        100毫克    shēng huà shì jì        辛酸鈉
容量：        1克    shēng huà shì jì        辛基瓊脂糖凝膠4FF
容量：        25克    shēng huà shì jì        辛二酸
容量：    2～8℃    25毫升    shēng huà shì jì        心浸液瓊脂
容量：    RT    250克    shēng huà shì jì        心浸粉（牛）
容量：        5克    shēng huà shì jì        心肌黃酶
容量：    RT    100克    shēng huà shì jì        小鼠血清（無(wú)菌）
費(fèi)氏弧菌發(fā)光桿菌