与真核生物相比，原核生物基因表达的一个重要特点是，转录和翻译偶联在一起。具体说，也就是在一个mRNA转录尚未完成时，此mRNA已经合成的区段便开始了蛋白质翻译过程。

这一现象，分子生物学教科书中给出的理由是：只有转录和翻译同时进行，才有可能实现色氨酸操纵子的衰减调控（attenuator）。学习生物学要注意，教材（包括国际著名教材）中的很多说法都经不住深究，善于思考的同学应该能发现这些经不起推敲的说法。这种操作子在基因组中占少数，但原核生物所有的编码蛋白质的基因转录和翻译都是偶联。

前几年，有人提出转录和翻译同时进行是为了避免R-loop的形成（1）。基因转录过程中，新产生的mRNA可能和DNA模板结合形成DNA:RNA双链，另外一条DNA链单独存在，此状态称为R-loop。研究显示，R-loop会引起DNA损伤等一些不良效应。如果新产生的mRNA结合上了蛋白质合成机器-核糖体，mRNA也就没机会与DNA互补配对了。因此，有关学者提出，转录和翻译紧密偶联是为了避免R-loop的形成及其对生物体的不良影响。这种说法至少在逻辑上没有漏洞，属于令人满意的假说。将来也许证明R-loop的危害不是太大，或者核糖体的阻隔效果不够强，从而说明转录和翻译紧密偶联对避免R-loop的形成及其对生物体的不良影响意义不大。但目前，这种假说至少还是应该关注。

去年，Science上发表了三篇论文（一篇评论+两篇原始研究论文）（2-4），发现核糖体有效地结合在mRNA上并不断向前移动可以起到推着RNA聚合酶向前走、防止倒退的作用。"Efficient binding and progression of ribosomes along mRNA increase the speed of RNA polymerase" "prevents retraction of the emerging mRNA into RNA polymerase, and thus inhibits backtracking-associated pauses that slow RNA polymerase in the absence of the ribosome."

看完了这些文章，喜欢思考问题的读者会想到，RNA聚合酶倒退（backtracking）是什么大事吗？我查了查文献，确是有一些关于backtracking的介绍，但也没看出来危害有多大。我想这种情况下，在Science上发表论文就需要“嘴大”了。“嘴大”，就像很多专权社会的领导"嘴大"一样。领导、权威这样说可以，普通人这么说就需要拿出证据了。所以，那两篇论文，如果是我们实验室做出来的绝对上不了Science。

下一步，那就应该认真研究研究RNA聚合酶backtracking到底有什么害处？嘴大虽然可以发表论文，但不能说问题不存在。那几位作者心里肯定明白。于是，其中一个课题组就此做了较为深入的研究，论文发表在最近一期Cell上（5）。

细菌细胞中，如果把DNA复制过程比作奔驰车，那基因转录过程充其量也就是拖拉机，慢得很。二者都需要DNA作为模板。也就相当于单行道上同时有奔驰和拖拉机一样，奔驰追拖拉机的尾是常事。本来你就慢，如果你再经常倒车，那问题不就更严重了吗。基因转录过程的倒车就是RNA聚合酶的backtracking。Cell上这个研究发现，倒车引起的追尾后果很严重，是DNA double-strand break--一种很严重的DNA损伤。

这下故事比较完整了，转录和翻译要偶联在一起，是蛋白质翻译机器（核糖体）推着基因转录机器（RNA聚合酶）往前做，防止其倒车，避免其倒车引起的追尾事故，减少悲剧（DNA严重损伤-->细胞死亡）。应该补充说明一下的是，这篇文章报道的机理中，RNA:DNA双链也参与了。

这里我说故事比较完整了，还不是特别完整，还有什么问题呢？不写了，不是因为我们实验室可能要做这个研究而保密，而是要留着硕士/博士生面试、我的《基因组学》课上考学生用。顺便对潜在考生说两句，我们不是宁缺勿滥，而是择优录取。考我们这里，不要求你非得想出能发Cell的思路，但你要比你的竞争者思考得深入一些。

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2011年10月19日更新：
During IFNγ-mediated tryptophan starvation，global chlamydial （衣原体）transcription was upregulated and protein synthesis was dramatically reduced. These results indicate an uncoupling of transcription from translation. (6)。

2017年4月14日更新：

In bacteria, the transcription of DNA into mRNA by RNA polymerase is coupled to the translation ofthat mRNA into protein by the ribosome. How this coupling is achieved has been unclear. Kohler et al. show that RNA polymerase and the ribosome from Escherichia coli can form a so-called expressome complex. Electron microscopy structural analysis, together with functional experiments, revealed details of the coupled complex. The coupling could allow translation to prevent transcriptional pausing, backtracking, and termination. (7)
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1.  Gowrishankar J, Harinarayanan R: Why is transcription coupled to translation in bacteria? Mol Microbiol 2004, 54:598-603.
2.  Burmann BM, Schweimer K, Luo X, Wahl MC, Stitt BL, Gottesman ME, Rosch P: A NusE:NusG complex links transcription and translation. Science 2010, 328:501-504.
3.  Proshkin S, Rahmouni AR, Mironov A, Nudler E: Cooperation between translating ribosomes and RNA polymerase in transcription elongation. Science 2010, 328:504-508.
4.  Roberts JW: Syntheses that stay together. Science 2010, 328:436-437.
5.  Dutta D, Shatalin K, Epshtein V, Gottesman Max E, Nudler E: Linking RNA polymerase backtracking to genome instability in E. coli. Cell 2011, 146:533-543.
6.  Ouellette SP, Hatch TP, AbdelRahman YM, Rose LA, Belland RJ, Byrne GI: Global transcriptional upregulation in theabsence of increased translation in Chlamydia during IFNγ-mediated host celltryptophan starvation. Mol Microbiol 2006,62:1387-1401.

7. Kohler R, Mooney RA, Mills DJ, Landick R, Cramer P: Architecture of a transcribing-translating expressome. Science 2017, 356(6334): 194-197.

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