细菌中环状RNA的合成机制及其在对抗抗生素压力中的作用

Circular RNAs (circRNAs) are a class of non-coding RNA produced by direct ligation of 3’ end and 5’ end of linear RNAs. Recent studies show that circRNAs are abundant across the eukaryotic tree of life, and have important function in regulating gene expression. However, little research has been done on the circRNAs in bacteria, so the biogenesis as well as functions of circRNAs in bacteria remain uncovered. In our recent work, we detected circRNAs (mainly circular rRNAs) in the E.coli, and there are remarkable difference in the quantity and species of circRNAs at various ceftriaxone concentration, which indicates that circRNAs may play a role in regulating bacterial growth and helping survival at antibiotic stress. We plan to solve the following three problems in this project: 1) Validate the existence of circRNAs in bacteria with various methods. 2) Explore the biogenesis of circRNAs in bacteria by constructing mutant strains in RNase or RNA ligase or flanking sequence of junction sites. 3) Identify the roles of circRNAs in growth regulation and response to antibiotics. To achieve this, we will investigate the circRNAs profile in various concentrates of different kinds of antibiotics and verify the roles of key circRNAs through overexpression and knockdown experiments. In this project, we will verify the existence of circRNAs in bacteria, and characterize their biosynthesis as well as functions in growth regulation and response to antibiotics.

环状RNA是一种由线状RNA环化而成的非编码RNA，广泛存在于从酵母到人的各种真核生物中，具有调控基因转录的重要功能。然而，目前尚无确切报道证明细菌中存在环状RNA，其合成机制和功能也完全未知。我们在前期研究中发现，大肠杆菌中存在环状RNA（主要由rRNAs环化而成），且在不同抗生素压力下表达的种类和数量存在明显差异，推测其可能参与抗生素压力下细菌生长调控。本课题将以大肠杆菌为样本：1）证实细菌中存在环状RNA；2）通过同源重组构建各种RNA操作酶缺失的突变菌株，以及改变环化位点附近的茎环配对序列，来发现其合成机制；3）通过转录组测序观察不同抗生素条件下环状RNA的种类和数量变化，分析其在调控细胞生长、应对抗生素压力中的作用，并发现其中的关键环状RNA，再通过过表达和表达抑制实验证实其作用。通过上述研究，本课题将系统证明细菌中是否存在环状RNA，并阐释其合成机制和生物学功能。

环状RNA是一种由线状RNA环化而成的非编码RNA，广泛存在于从酵母到人的各种真核生物中，具有调控基因转录的重要功能。然而，目前尚无确切报道证明细菌中存在环状RNA，其合成机制和功能也完全未知。本研究以大肠杆菌为样本，发现大肠杆菌中存在环状RNA（主要由rRNAs环化而成），且在不同抗生素压力下表达的种类和数量存在明显差异，通过同源重组构建RNA链接酶RtcB缺失的突变菌株，发现其合成机制；并通过转录组测序观察不同抗生素条件下环状RNA的种类和数量变化和生物学功能。本研究还通过对rtcB直系同源物进行分类，发现它们是趋同进化的，因为在不同菌门中，只有约0.5％的细菌物种中存在，且功能保守。通过rtcB基因敲除，以及抗生素应激条件下RNA片段化/完整性与表型之间的关联关系，来评估RtcB功能。 研究发现RtcB的耗尽会降低头孢曲松所致应激状态的恢复，使其恢复正常状态，而头孢曲松的作用并不针对RNA。压力后rtcB表达增加进一步支持了该观察结果。转录组分析结果表明，与ΔRtcB菌株相比，野生型菌株的未映射和连接读序显着减少，这与存在RtcB时的RNA片段最小化相关。应力释放后，RtcB可以封闭并修复受损的RNA，特别是对于rRNA。总之，功能上保守的RtcB可以修复受损的RNA，并支持其细菌宿主更有效地从压力状态中恢复，以便当遇到外来压力时，可以从不同的分类单元中水平获取RtcB。