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摘要转录终止是基因可控表达的关键过程，它决定RNA3''端序列及结构，防止转录通读干扰下游基因的表达;保证RNA聚合酶高效循环利用;并且避免转录延伸复合体与复制复合体等生物大分子机器间的碰撞而导致染色体DNA的断裂等致死伤害，因此是生命体所必需的基本生物学过程之一。转录终止方式和机制的研究在细菌和真核生物中已取得较为深入的认知:细菌通过依赖Rho因子的终止和内源性终止方式终止转录;而真核生物负责mRNA和非编码RNA转录的RNA聚合酶Ⅱ（RNA polymeraseⅡ，RNAPⅡ）具有多种终止策略，但终止通常都伴随转录本3''端的加工过程。在这个过程中切割和多聚腺苷酸化复合体（cleavage and polyadenylation specific factor，CPSF）识别poly(A)位点并通过复合体中的内切核酸酶Ysh1/CPSF73切割3''端从而引发延伸复合体的终止过程。而对于第三种生命形式古菌的转录终止机制仍所知甚少。本研究通过系统的遗传及生理生化实验并结合转录组(RNA-seq)及转录本3''端(Term-seq)组学测序技术等研究，发现了古菌首个全局转录终止因子aCPSF1，并解析了其依赖内切核酸酶活性切割转录本3''端而介导转录终止的分子机制，由此揭示了古菌与真核生物转录终止机器间的进化相关性。研究成果如下:<br>　　在甲烷古菌模式物种——Methanococcus maripaludis中，以可诱导表达的操纵元件TerR-tetO为基础构建了Mmp-aCPSF1基因敲低菌株▽aCPSF1，结果显示:敲低Mmp-aCPSF1导致全基因组89％的转录单元发生转录通读，并使得转录组有序表达紊乱，即转录通读显著上调了同向下游基因的转录，如导致古菌鞭毛转录增强因子earA转录上调，继而出现鞭毛数目增多、运动性增强等表型，表明aCPSF1蛋白参与转录终止，并影响转录组表达及细胞生理行为。转录本3''端测序、切割及回补实验进一步阐明aCPSF1可切割终止子U-tract序列下游而产生转录终止位点(TTS)，且活性中心突变蛋白无法回补▽aCPSF1转录终止缺陷表型，表明aCPSF1参与的转录终止依赖其核酸酶活性切割转录本的3''端。通过光激活荧光显微技术(PALM)、免疫共沉淀(CoIP)/串联亲和纯化(TAP)及染色质免疫共沉淀(ChIP)技术进一步证明aCPSF1定位于拟核区，与古菌RNA聚合酶(aRNAP)互作且非核酸介导，并且具有转录单元3''端的染色质分布，证明了aCPSF1是首个在古菌中发现的全局性转录终止因子，通过其核酸内切酶活性切割转录本3''端终止古菌的转录。<br>　　深入分析Term-seq测序结果发现，依赖于aCPSF1的转录子终止效率更高，这类终止子均具有2串典型的U-tract序列。通过RNA凝胶阻滞(rEMSA)实验证明aCPSF1特异结合U-tract序列，对含2串U-tract序列的终止子亲和力更高。aCPSF1蛋白N端含2个特异识别RNA序列的保守结构域KH。rEMSA实验进一步证明KH结构域主要识别并结合U-tract序列，基因回补实验证实缺失KH结构域的aCPSF1蛋白突变体失去终止转录的能力。这说明aCPSF1蛋白通过KH结构域识别并结合转录终止位点上游2串U-tract序列，并与之协同介导高效的转录终止。<br>　　序列分析发现aCPSF1在古菌的四大超门中保守分布且垂直进化，而且aCPSF1特异识别的U-tract序列在古菌转录本3''端也广泛分布。我们通过遗传学实验，发现来自Lokiarchaeota和Thaumarchaeota的aCPSF1蛋白可在甲烷球菌中执行转录终止功能。因此我们认为本研究发现的aCPSF1与U-tract协同介导的古菌转录终止机制是古菌普遍采用的通用转录终止模式。同时，本工作发现推测真核生物的古菌祖先——Asgard超门成员，Lokiarchaeota的aCPSF1同源蛋白具有转录终止功能，及该古菌转录本3''端广泛存在U-tract序列，提供了古菌是真核生物祖先的又一遗传学证据。尤其是aCPSF1与其真核生物的同源蛋白CPSF73均通过3''端切割介导转录终止，因此我们认为本研究所发现的aCPSF1介导古菌转录终止的模式和机制可能为真核生物转录终止机器进化的原生模型，为古菌和真核生物转录终止机器的进化和演变提供了新的分子生物学证据。