Cell：基因定位的重大影响

　　莱斯大学、加州大学和休斯顿大学的研究团队发现，两个关键基因的染色体定位，决定着枯草芽胞杆菌形成芽孢的时机。这项研究于七月九日发表在顶级期刊Cell杂志上。

　　枯草芽胞杆菌是一种单细胞微生物，它们一生唯一的目标就是繁殖。不过有时候，生存并不是一件容易的事。在食物匮乏的条件下，枯草芽胞杆菌面临着至关重要的抉择：形成休眠芽孢渡过艰难时期，还是赌上一把继续分裂。

　　“决定何时形成芽孢是非常重要的，”这项研究的领导者之一，莱斯大学的副教授Oleg Igoshin说。“如果枯草芽胞杆菌拖得太久，就可能在形成芽孢前饿死。如果过早形成芽孢，它们就会被竞争对手击败。”

　　芽孢形成背后有着复杂的运作网络，而Spo0A是芽孢形成的主要调控子。“成功的芽孢形成需要两个完整的染色体拷贝，这一过程必须和DNA复制协调起来，”Narula说。

　　在饥饿条件下，每一次细胞周期Spo0A都会达到一次峰值，细胞由此决定是形成芽孢还是继续分裂。研究人员指出，蛋白Spo0F和激酶KinA在这一过程中起到了重要作用，它们之间的比例发生改变，就会使Spo0A的活性达到峰值。这个网络存在一个延迟的负反馈回路，该回路控制着活性Spo0A的量。

　　细菌环状DNA的复制总是在特定位置开始。如果一个基因位于复制起点附近，那么在DNA复制过程中这个基因一直有两个拷贝。如果另一个基因位于环状DNA的尾部，那么这两个基因只有在DNA复制完成的时候才能达到一比一。

　　研究人员构建的数学模型显示，KinA和Spo0F的这种定位，可以让Spo0A在每一轮DNA复制后达到峰值。随后他们通过实验进行了验证。研究显示，Spo0A活性出现峰值始终在DNA复制完成之后。改变KinA和Spo0F在染色体上的定位，Spo0A就不会出现这样的峰值，细菌也无法形成芽孢。

　　“我们发现，在三十多种芽孢形成细菌中（包括炭疽杆菌），芽孢基因在染色体上的相对位置都很相似，”Igoshin说。“说明这种调控机制是高度保守的。”