近日，南方科技大學生命科學學院翟繼先團隊利用納米孔單分子RNA測序技術繪制了擬南芥全基因組水平轉錄終止圖譜。該方法能同時捕獲包括已轉錄過polyA位點的 readthrough轉錄本、完成3’末端切割的5’或3’切割產物、以及已完成或正在進行多腺苷酸化（polyadenylation）的轉錄本在內的多種轉錄終止過程中的RNA中間產物（圖1）。結果顯示，擬南芥不同基因的轉錄終止范圍分布很廣，從50 nt到超過1000 nt。研究團隊應用此方法檢測atxrn3和fpa，以及DNA甲基轉移酶met1等一系列突變體，發現在atxrn3中轉錄終止距離變長，fpa中有出現多基因嵌合轉錄本， met1中基因區CG甲基化的丟失對轉錄終止沒有明顯影響。相關成果以“Landscape of transcription termination in Arabidopsis revealed by single-molecule nascent RNA sequencing”為題發表在國際知名學術期刊Genome Biology上。
轉錄終止是RNA合成中關鍵的最后一步，在此期間新生RNA從RNA聚合酶II（Pol II）和DNA模板中釋放出來。轉錄終止對于防止轉錄順讀（transcription readthrough）進入下游基因是至關重要的。該領域幾十年的廣泛研究提出了變構模型（allosteric/antiterminator model）、魚雷模型（torpedo model），以及后來結合這兩種模型的統一模型（unified model），以解釋多腺苷酸信號依賴的終止機制。成熟mRNA的3’端是由新生RNA的末端切割決定的，而不是聚合酶轉錄終止的位置。3’末端切割（3’ cleavage）為核酸外切酶Xrn2提供入口，使其從5’端開始降解與RNA聚合酶II（Pol II）相連的RNA，直至“追趕”上聚合酶本身時引發轉錄終止。盡管已經有一些基于Illumina測序來分析新生RNA的方法，但他們的目的主要捕獲的是在轉錄延伸過程的RNA，而不是轉錄終止過程中產生的RNA中間產物；并且由于測序讀長的限制，這些方法不能很好區分readthrough轉錄本是否完成3’末端切割。
轉錄終止隨機發生在polyA位點下游，從Pol II在polyA位點到其在釋放的一段區間被稱“終止窗口（termination window）”。數據顯示，在擬南芥基因組中各基因的終止窗口大小分布范圍很廣，從50 nt到超過1000 nt（圖2）。團隊還觀察到下游鄰近的tRNA基因可有效促進上游基因轉錄終止，這表明tRNA基因啟動子區域周圍的染色質結構可能會限制Pol II的延伸（圖2）。
研究團隊分別構建了與轉錄終止相關基因AtXRN3和FPA，以及與DNA甲基化相關基因Met1的FLEP-seq突變體文庫，發現在atxrn3突變體中轉錄終止發生了延遲，而在fpa突變體中發現了嵌合轉錄本的積累；但在met1突變體中CG甲基化的丟失對轉錄終止沒有明顯影響（圖3）。
此外，團隊還發現在個別位點中上游基因的已經完成3’切割的readthrough轉錄本可以繼續延伸并進入下游基因區域，這些轉錄本可以產生正常剪接和多腺苷酸化的RNA，表明readthrough本身就能驅動下游基因轉錄本的產生，這突出了AtXRN3介導的轉錄終止在擬南芥基因組中的重要性（圖4）。