细菌中RNA聚合酶的生长速率依赖性分配

导致细菌基因表达变化的生理变化通常伴随着快速适应的肠道细菌的生长速率变化。由于细胞内RNA聚合酶(RNAP)的可用性依赖于生长速率，转录控制不仅涉及启动子的调节，还依赖于可用（或自由）的RNAP浓度，这很难直接量化。在这里，我们开发了一个简单的物理模型，描述细胞RNAP的分配为不同类别：转录mRNA和核糖体RNA(rRNA)的RNAP、非特异性结合到DNA的RNAP、自由RNAP和未成熟RNAP。对大肠杆菌的实验数据允许我们确定模型的两个未知参数，从而推导出在不同生长速率下的自由RNAP浓度。结果使我们能够预测构成性（无调节）启动子活性的生长速率依赖性，并将启动子的生长速率依赖性调节（例如，rRNA操纵子的启动子）与由于不同生长速率下自由RNAP浓度变化而导致的转录变化区分开。我们的模型可以定量解释在RNAP表达水平改变的突变大肠杆菌株中观察到的基因表达模式的变化，而无需引入额外的参数。将我们的模型应用于氨基酸饥饿后严格反应的案例，我们可以评估提出的各种被动转录控制情景的合理性，以解释rRNA和生物合成操纵子表达变化的观察结果。