中国团队为破解细菌基因“开关”密码提供关键图谱

高精度测序技术问世，首次绘制大肠杆菌NAD加帽RNA高分辨率图谱

来源：科技日报

科技日报记者 夏凡

近日，一项来自浙江万&里学院、香港浸会大学及宁波东方理工大学的研究，为微生物RNA研究领域带来了关键突破。团队开发出一种名为pNAD-seq的高精度测序技术，成功绘制出大肠杆菌NAD加帽RNA的最高分辨率图谱。这项成果，为深入理解这种新型RNA修饰如何影响基因表达与环境应激反应，提供了前所未有的方法学工具。相关论文已于日前发表在《自然·通讯》上。

在真核生物的世界里，信使RNA（mRNA）的5‘端通常戴着一顶著名的“安全帽”——7-甲基鸟苷（m7G）。这顶帽子作用不小，既能保护RNA链免遭降解，又能协助其顺利翻译成蛋白质。而长期以来，科学界的普遍认知是，细菌的RNA末端是“裸露”的三磷酸结构，并无此类修饰。不过，近年来的发现打破了这一认知：原来，细菌RNA也能戴上“帽子”，只不过是一顶风格迥异的“帽子”——烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，也就是我们熟知的NAD+。

NAD+是细胞能量代谢的核心辅酶，身份特殊。令人惊奇的是，它还能作为RNA合成的起始核苷酸，在转录一开始就被“缝合”到RNA链的起始端，形成所谓的NAD-RNA。然而，技术瓶颈一直横亘在前：科学家们很难精确定位这些NAD-RNA的转录起点，对于那些长度较短的NAD-RNA，更是难以有效捕获，导致大量信息在检测中被遗漏。

如何看清这顶神秘的“帽子”？浙江万&里学院生物与环境学院的张海磊博士介绍，研究团队为此设计了两套互补的“分子追踪系统”。其中，pNAD-seq技术通过一项独创的化学反应，能够精准捕获并精确定位带有NAD帽子的RNA；而NAD-linkSeq技术则利用Nanopore长读长测序平台，完整读取这些RNA的全长序列信息。

在这套高精度“追踪系统”的助力下，团队成功绘制出了迄今最完备、分辨率最高的大肠杆菌NAD加帽RNA全转录组图谱。这项成果的意义不止于“标记”出哪些基因被加上了NAD“帽子”。更关键的是，它揭示了一个隐藏的规律：在转录起始位点附近，存在一个神秘的保守序列模体——RDAY。张海磊解释道，这好比在基因序列中发现了一个特定的“接头暗号”。一旦掌握了这个“暗号”，未来就有可能人为地设计或干预，从而调控这些基因的“开关”状态。

总的来说，这项研究不仅直击了该领域长期存在的技术痛点，更为后续探索打开了广阔的大门。未来，科学家可以借此工具，深入探究NAD加帽修饰在病原菌致病机制、抗生素耐药性产生，乃至合成生物学应用中的具体作用与调控原理。