摘要: 转录终止是基因转录的重要一环。转录终止子有两种类型：依赖辅助因子终止子和不依辅助因子终止子，后者通常被称为不依赖ρ终止子，它普遍存在于原核生物中。不依赖ρ终止子终止转录的机制还不清楚，虽然有报道认为多聚尿嘧啶尾巴（U-尾）并不重要, 但是当前多数研究认为RNA二级发夹结构和U-尾是不依赖ρ终止子的必要元件, 其中RNA二级发夹结构能阻止RNA多聚酶前进, U-尾则使RNA多聚酶从转录模板上脱落从而终止转录。在过去二十年中, 不少研究者已开始研究如何用计算方法来预测转录终止信号，如Brendel和Trifonov的双核苷酸分布矩阵法(dinucleotide distribution matrix)、Carafa 等的统计方法、TransTerm和RNAmotif法等，这些方法都从不同方面考虑了RNA二级结构和U-尾部的特征，而GeSTer的预测模型则设定RNA二级发夹结构是不依赖ρ终止子的唯一因素。所有这些方法都能够在一定程度上预测不依赖ρ终止子，如TransTerm已被广泛应用在DNA序列分析中，但是一个普遍存在的问题是这些方法都给出很多假阳性的预测结果. 本论文报道了一种不依赖ρ终止子预测的新方法-Rnall法，它建立于我们最近开发的RNA局部二级结构和以前发表的两种U-尾部分数计算方法。这种算法包含RNA 发夹结构、U-尾部U分布和U-尾部杂交能量三种参数，其中RNA发夹结构是用二级结构的能量来代表二级结构的稳定性，U-尾部的U分布代表U的分布情况(如U分布频率随二级结构的距离递减，U-尾部杂交能量代表U-尾部和转录模板杂交体的稳定性)。需要指出的是，U-尾部的U分布和U-尾部的杂交能量并不等同。我们同时比较了采用单个、两个及三个参数的模型，发现采用三种参数的模型总体效率(敏感率+特异率)最高。在E. coli中, 通过优化RNA发夹结构、U-尾部U分布和U-尾部杂交能量这三种参数，Rnall法能检测出92.25%已知的不依赖ρ终止子，同时舍弃98.48%编码区间的RNA二级结构(阴性对照)。本文所论述的不依赖ρ终止子预测算法被整合于我们开发的Rnall局部二级结构预测软件包内, 用户可免费下载，网址为http://digbio.missouri.edu/~wanx/Rnall/。我们应用Rnall法分析了Synechococcus sp. WH8102的基因组。Synechococcus sp. WH8102是一种海洋微生物，因其具有固碳作用可能为全球温室效应提供一条解决途径。尽管Synechococcus sp. WH8102基因组全序列已经测定, 但其基因调控机制还不清楚。研究Synechococcus sp. WH8102的不依赖ρ终止子可促进对该菌基因调控网络的理解。通过计算，我们预测到266个不依赖ρ终止子，其中包括232个蛋白编码基因，12个tRNA基因和3个rRNA基因，约17%不依赖ρ终止子位于操纵子的末端。我们还发现了8对双向不依赖ρ终止子(bi-directional terminators)。