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核糖开关是mRNA 5’-非翻译区(5’-UTR)的一段RNA序列,包含可以识别并结合配体的保守序列——适配体区(Aptamerdomain,AD),以及结构多变可以调控下游编码基因的表达平台区(Expression platform,EP)。当代谢物分子浓度比较高时,其与适配体区结合,引起下游的表达平台区发生构象变化,进而实现对下游基因的调节。对下游基因的调节可以在转录水平通过形成终止子/抗终止子或在翻译水平形成隔离子/抗隔离子实现。目前已经发现二十多种核糖开关,它们识别不同的配体分子,调控多种多样的生理功能。我们通过生物信息学的方法在全基因组范围内对己完成测序的3079个原核生物基因组中核糖开关的分布、种类以及下游调控基因的功能进行研究。结果表明,绝大多数的原核生物中都含有核糖开关,其下游调控的基因种类繁多,尤其参与调控各种各样的酶类。COG(Cluster of orthologous groups of proteins,蛋白质直系同源簇)注释结果显示,核糖开关下游调控基因功能主要富集到"辅酶代谢[H]"和"氨基酸的转运与代谢[E]"通路中(图1)。c-di-GMP(Cyclic diguanosinemonophosp-hate,环二鸟苷单磷酸)是细菌体内普遍存在的一类核苷类第二信使,在细菌的代谢调控中处于中心调节的地位,广泛参与调控细菌的生长和分化、群体感应、生物被膜的形成和分泌、运动性、毒力等生理功能。c-di-GMP也可以作为配体分子识别特定的RNA序列,即c-di-GMP核糖开关。目前己发现c-di-GMP-I和c-di-GMP-II两类c-di-GMP的核糖开关。它们通过特异性地结合c-di-GMP,调控种类繁多的下游基因的表达。c-di-GMP-I核糖开关分布广泛,调控众多生理功能。c-di-GMP-II核糖开关具备变构核酶的功能,结合c-di-GMP后在其非典型剪切位点处发生结构变化,调节下游基因表达。COG注释结果显示,c-di-GMP核糖开关下游调控基因功能主要富集到"信号转导机制[T]"以及"细胞运动[N]"通路中。这为c-di-GMP调控细菌的运动和信号转导提供了一种解释。此外,我们实验室还在苏云金芽胞杆菌CT-43中发现了3个串联排布的c-di-GMP-I核糖开关,并成功地将该三串c-di-GMP核糖开关应用于生物传感器,高效筛选c-di-GMP合成酶(图2)。在酶工程研究领域中,需要适时的关闭和激活特定酶的表达,核糖开关作为一种高效可控的遗传元件,在酶工程中具有良好的应用前景。