近期，中国AV 中国AV 许正宏教授团队在RBS及终止子等基因调控元件的构效关系研究中取得进展，具体发表情况如下:

1. “Deciphering the rules of ribosome binding sites differentiation in context dependence”正式发表于ACS Synthetic Biology ()

2. “Sequence and thermodynamic characteristics of terminators revealed by FlowSeq and the discrimination of terminators strength”正式发表于Synthetic and Systems and Biotechnology ()

3. “Characterization and implications of prokaryotic ribosome-binding sites across species”正式发表于Systems Microbiology and Biomanufacturing()。

细菌基因表达涉及多步骤的反应，转录和翻译是原核生物基因表达的两个主要过程。启动子/RNA聚合酶分子对以及核糖体结合位点(RBS)/核糖体分子对的相互作用决定了转录或翻译的起始和终止，是基因表达的限速步骤。启动子、终止子和RBS不仅是构建遗传回路的必需部分，同时也是代谢工程中目标基因精准调控的重要元件。但是目前启动子相关研究较多，而终止子、RBS的构效关系研究不足，导致终止子和RBS的可预测性差、通用性差。因此，在实际的基因回路构建中，这两种元件的理性化设计依据不充分，靶基因调控的试错成本较高，严重限制了代谢工程和合成生物学领域途径调控效率。因此，开发正交性好、可预测、可编辑的基因调控元件至关重要。

团队围绕RBS的正交性差，即其强度受到基因背景干扰严重的问题，开发了大规模元件突变文库-FlowSeq技术采集表型和基因型相关参数高通量采集-多基因背景的交叉分析研究技术方法，阐明了RBS的序列特征和与翻译效率和背景依赖性之间的关联，总结了降低背景依赖性、具有强度可编辑能力的RBS的通用设计模板。建立了基于one-class SVM的RBS背景依赖性预测模型。研究得到的结果为“即插即用”的RBS调控元件开发提供了实用工具。

图1 RBS背景依赖性研究思路以及高性能工程化RBS设计模板

在终止子的研究中，团队主要围绕终止子序列热力学特征解析，以及终止子分别对上下游基因表达强度的调控作用分析开展研究。通过序列-活性分析阐明了终止子的序列特征、结构特征以及表达强度之间的关联，首次发现了强终止子不仅可以及时有效的下游基因转录，同时对上游基因的表达具有积极意义。研究建立了基于XGBoost算法的终止子强度的判别模型，并通过合成终止子序列进行了验证。研究得到的结果为理性开发高性能终止子提供了基础参数。

图2终止子构效关系研究思路

以上研究成果以张晓娟教授和许正宏教授为通讯作者，博士研究生段艳婷、硕士研究生翟伟绩分别为论文第一作者。研究工作得到了重点研发计划项目(2019YFA0905300)、(2018YFA090030)和国家自然科学基金项目(32171421)的资助。