细菌中 RNA 聚合酶的生长速率依赖性分配

对于快速适应的肠道细菌，引起细菌基因表达变化的生理变化往往伴随生长速率的变化。由于细胞内 RNA 聚合酶（RNAP）的可用性依赖于生长速率，转录调控不仅涉及启动子调控，还取决于难以直接定量的可用（或自由）RNAP 浓度。在此，我们构建了一个简单的物理模型，描述细胞 RNAP 向不同类别的分配：转录 mRNA 和核糖体 RNA（rRNA）的 RNAP、非特异性结合于 DNA 的 RNAP、自由 RNAP 以及未成熟 RNAP。大肠杆菌（E. coli）的可用实验数据使我们能够确定模型的两个未知参数，从而推断不同生长速率下的自由 RNAP 浓度。这些结果使我们能够预测组成型（不受调控的）启动子活性的生长速率依赖性，并将启动子的生长速率依赖性调控（例如 rRNA 操纵子的启动子）与不同生长速率下自由 RNAP 浓度变化引起的转录变化区分开来。我们的模型能够定量解释 RNAP 表达水平发生改变的突变大肠杆菌菌株中所观察到的基因表达模式变化，而无需引入额外参数。将我们的模型应用于氨基酸饥饿后严紧响应的情形，可以评估为解释 rRNA 和生物合成操纵子表达的观测变化而提出的各种被动转录调控情景的合理性。