细菌mRNA不仅承担编码蛋白质的功能，其3′非翻译区（UTR）还可衍生非编码小RNA（sRNA），在转录后水平参与精细调控。已有研究显示，这类源自mRNA的sRNA常与其“母本”mRNA所编码的蛋白形成协同调控，但其遗传起源与适应性进化机制长期未被系统解析。
12月4日，复旦大学基础医学院王川团队在《美国科学院院刊》（PNAS）发表题为“Origin and adaptive evolutionary trajectory of the 3′UTR-derived sRNA UhpU in Enterobacteriaceae”的研究论文，系统揭示了肠杆菌科3′UTR衍生型sRNA——UhpU的进化起源、功能重塑路径及其在细菌碳源代谢调控中的关键作用。
研究在肠杆菌科中发现了一个保守存在、来源于6-磷酸葡萄糖转运蛋白基因uhpT 3′UTR的sRNA——UhpU。通过比较沙门菌和大肠埃希菌中UhpU的产生方式与调控网络，研究团队发现其在肠杆菌科中具有一致的衍生机制和功能模式：该sRNA通过核糖核酸酶RNase E对uhpT mRNA的加工产生，并抑制葡萄糖特异性磷酸转运系统，从而与UhpT蛋白共同参与6-磷酸葡萄糖代谢。该发现提示UhpU的起源与肠杆菌科对该碳源的利用密切相关。
进一步研究显示，在埃希菌属中，UhpU的功能经历了适应性扩展——其获得抑制耐药外排泵相关转录调控因子MprA的能力，而这一新功能与mprA上游发生的水平基因转移事件密切相关。基因转移不仅激活了mprA的表达，也延长了其5′UTR，使其包含一个可被UhpU识别的结合位点。之后，在大肠埃希菌中，uhpT编码区出现同义突变，形成一个转录调控因子FliA依赖的启动子，使UhpU获得独立转录能力并持续调控MprA。
图1 小RNA UhpU在肠杆菌科中的起源和大肠埃希菌中的进化路径
本研究揭示了一个细菌mRNA衍生sRNA的形成与适应性重塑的完整演化过程，展示了编码序列同义突变与非编码序列变化在细菌进化中的重要作用，为理解非编码RNA的起源提供了新的理论框架。
基础医学院2025届博士研究生陈小敏为论文第一作者，病原生物学系王川副教授为通讯作者。病原生物学系高谦教授、生物化学与分子生物学系阮元元教授为本研究提供了指导与支持。该研究获得国家自然科学基金、科技部重点研发计划国际合作项目及上海市病原微生物与感染前沿科学研究基地的资助。
原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2513802122
