RNA polymerase redistribution supports growth in E. coli strains with a minimal number of rRNA operons.
RNA polymerase redistribution supports growth in E. coli strains with a minimal number of rRNA operons.
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DOI：
10.1093/nar/gkad511
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发表时间：
2023-08-25
影响因子：
14.9
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中科院分区：
文献类型：
--
作者：
RNA聚合酶（RNAP）的细菌转录是空间组织的。转录高表达基因的RNAP位于类核周围，并在丰富的培养基中形成簇，有几项研究将RNAP簇和rRNA（rrn）的转录联系起来。然而，RNAP簇的性质及其与rrn转录的关联仍不清楚。在这里，我们解决这些问题，通过使用单分子跟踪监测亚细胞分布的移动的和im移动的RNAP的菌株与染色体rrn操纵子的数量大大减少（Δrrn菌株）。引人注目的是，我们发现，染色体相关的RNAP（这是主要从事转录）的分数是强大的删除五个或六个七个染色体rrn操纵子。Δrrn菌株的空间分析表明，在适度生长期间，RNAP发生了大量的重新分布，在剩余的rrn操纵子所在的细胞端帽处聚集增加。这些结果支持Δrrn菌株中的RNAP重新定位到剩余rrn操纵子的拷贝的模型。在丰富的培养基中，Δrrn菌株重新分配RNAP以最小化由于rrn缺失引起的生长缺陷，rrn基因上非常高的RNAP密度导致基因组不稳定性。我们的研究将RNAP簇和rrn转录联系起来，并深入了解细菌如何在只有1-2个rrn操纵子的情况下保持生长。
Bacterial transcription by RNA polymerase (RNAP) is spatially organized. RNAPs transcribing highly expressed genes locate in the nucleoid periphery, and form clusters in rich medium, with several studies linking RNAP clustering and transcription of rRNA (rrn). However, the nature of RNAP clusters and their association with rrn transcription remains unclear. Here we address these questions by using single-molecule tracking to monitor the subcellular distribution of mobile and immobile RNAP in strains with a heavily reduced number of chromosomal rrn operons (Δrrn strains). Strikingly, we find that the fraction of chromosome-associated RNAP (which is mainly engaged in transcription) is robust to deleting five or six of the seven chromosomal rrn operons. Spatial analysis in Δrrn strains showed substantial RNAP redistribution during moderate growth, with clustering increasing at cell endcaps, where the remaining rrn operons reside. These results support a model where RNAPs in Δrrn strains relocate to copies of the remaining rrn operons. In rich medium, Δrrn strains redistribute RNAP to minimize growth defects due to rrn deletions, with very high RNAP densities on rrn genes leading to genomic instability. Our study links RNAP clusters and rrn transcription, and offers insight into how bacteria maintain growth in the presence of only 1–2 rrn operons.
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