Nature子刊发布新一代强终止子

终止子是能使mRNA脱离RNA聚合酶和模板DNA的短序列。基因的启动，需要可诱导的强启动子，而基因的关闭则需要可靠的终止子。为了推动基因工程的发展，科学家们鉴定了一组新的强力终止子，文章于六月二日发表在Nature Methods杂志上。

　　

生物通报道：终止子是能使mRNA脱离RNA聚合酶和模板DNA的短序列。基因的启动，需要可诱导的强启动子，而基因的关闭则需要可靠的终止子。基因工程在很大程度上依赖基因转录的有效启动和终止。为了推动基因工程的发展，科学家们鉴定了一组新的强力终止子，文章于六月二日发表在Nature Methods杂志上。

目前，大型基因工程设计面临的问题是，只有三四种终止子序列可供使用。如果在复杂系统中重复使用同样的终止子序列，这些元件就会因为同源重组而消失。

麻省理工MIT的研究人员构建了包括582个大肠杆菌终止子在内的文库，这些终止子有些是天然存在的，有些是人工合成的。他们在文库中鉴定得到了近四十个强终止子序列，这些序列抑制下游基因表达超过50倍，并且不易于受到重组的影响。随后，研究人员对这些终止子序列进行了分析，得出了终止子构建的优化规律。

文章作者之一，MIT的副教授Christopher Voigt在进行复杂基因工程设计时，发现同源重组是自己面临的一大障碍。“这项研究为大型基因工程设计，提供了更广泛的选择，”Voigt说。

研究团队将终止子放在两个荧光报告基因之间，并对两个报告基因的表达水平进行检测，以此衡量终止子的可靠性。如果只有第一个基因得到表达，意味着这个终止子很强。如果两个基因都表达，则意味着二者之间是弱终止子。

研究人员发现，影响终止子效果的主要有三个因素：发夹式茎环结构、茎环下游紧接U-tract、茎环上游富含A的区域。研究显示，强终止子的序列容易快速形成发夹结构，但终止子强度与这种茎环结构本身的强度无关。研究人员将这些参数，整合到终止子强度的新热力学模型中。

研究人员还指出，构建强终止子的最好办法是，从天然终止子中选取最佳片段，并将其以新的方式装配起来。“令人惊讶的是，完全由人工合成的终止子效果并不强，”Voigt说。

这项研究由Life Technologies公司赞助，研究人员使用的也是该公司的载体设计软件。本研究中的终止子文库可以在Addgene网站上找到，此外Life Technologies公司的新一代软件也将包括这些新鉴定的终止子序列。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Characterization of 582 natural and synthetic terminators and quantification of their design constraints

Large genetic engineering projects require more cistrons and consequently more strong and reliable transcriptional terminators. We have measured the strengths of a library of terminators, including 227 that are annotated in Escherichia coli—90 of which we also tested in the reverse orientation—and 265 synthetic terminators. Within this library we found 39 strong terminators, yielding >50-fold reduction in downstream expression, that have sufficient sequence diversity to reduce homologous recombination when used together in a design. We used these data to determine how the terminator sequence contributes to its strength. The dominant parameters were incorporated into a biophysical model that considers the role of the hairpin in the displacement of the U-tract from the DNA. The availability of many terminators of varying strength, as well as an understanding of the sequence dependence of their properties, will extend their usability in the forward design of synthetic cistrons.