平衡压力

转录组权衡的标志，平衡压力和生长功能

摘要 快速生长表型是通过最佳转录组分配实现的，其中细胞必须在不同功能之间平衡资源分配的权衡。大肠杆菌中的一种应激准备和无节制生长之间的平衡被称为恐惧与贪婪 (f/g) 权衡。在适应快速生长过程中观察到的两种特定 RNA 聚合酶 (RNAP) 突变先前已被证明会影响 f/g 权衡，这表明遗传适应可能已准备好控制 f/g 资源分配。在这里，我们对不同条件下 f/g 权衡的遗传控制进行了一项大大扩展的研究。我们引入了在适应性实验室进化 (ALE) 期间通常获得的 12 种 RNA 聚合酶 (RNAP) 突变，并获得了每种突变的表达谱。我们发现这些单个 RNAP 突变菌株导致 f/g 权衡发生巨大转变，主要发生在 RpoS 调节子和核糖体基因中，可能是通过修改 RNAP-DNA 相互作用实现的。其中两个突变还导致了条件特异性转录适应。虽然这种权衡以前以 RpoS 调节子和核糖体表达为特征，但我们发现 GAD 调节子在应激准备中起着重要作用，而 ppGpp 在翻译活动中起着重要作用，从而扩大了权衡的范围。系统发育分析发现，权衡的贪婪相关基因存在于许多细菌物种中。结果表明，f/g 权衡代表了细菌转录组分配的一般原则，其中小的遗传变化可导致对生长条件的巨大表型适应。