康奈爾大學的研究人員通過對酵母的研究發現了基因如何被控制的一個關鍵機制，酵母是生產啤酒和麵包所必需的一種簡單生物體。基因轉錄是人體細胞讀取編碼在DNA中的遺傳信息的複雜過程，以前人們認為只有當特定的調節因子行至某些DNA序列時才會被激活。

根據最近發表在《基因與發育》雜誌上的一項研究，康奈爾大學的一組科學家發現，某些基因已經有了它們的轉錄調節因子和輔助因子，但它們處於潛伏狀態。當適當的信號到來時，這些”準備好的”基因會變得高度活躍。

研究人員使用CRISPR技術刪除了酵母轉錄機制的元素，以全面調查它們在基因調控中的作用。因為酵母和人類使用相同的分子機制來控制它們的基因，所以酵母是了解人類基因調控的絕佳模型。

“這就像玩抽積木遊戲，先從積木塔上移走一個木塊，再看整個積木是否會倒塌。這就是我們學習蛋白質機器在細胞內如何工作的方式，”文理學院大費城分子生物學和遺傳學教授B.Franklin Pugh ’83說道。

研究人員根據酵母基因的調節方式，確定了兩類酵母基因。第一類也是最大的一類提供基本的內務管理功能，使細胞得以生存和生長。這些基因總是在非常低的水平上”開動”，因為轉錄機器很難找到它的方式來處理每個基因。

第二類，即”可誘導”基因，有一整套的蛋白質在附近組裝起來。當被環境信號觸發時，這個準備好的夾層為轉錄機器提供了一個指導。這導致了高水平的誘導性轉錄。

“研究價值在於發現了某些基因，如環境反應基因，可以快速響應不斷變化的環境；例如，當酵母遇到並代謝麵包中的糖，導致製作麵包的麵團鼓起。類似的代謝過程發生在人類細胞中，當食物被消化時。”

普格研究基因調控已經超過30年。作為康奈爾大學的學生，我們的基因是如何被調控的–對生物學如此核心而又如此未知–的想法讓他著迷，他一生都在試圖了解它。

他說：”通過這篇論文，我們終於找到了核心問題，即這些感知環境的基因特異性轉錄因子是如何招募核心轉錄機器的。我們在這篇論文中無法完全回答這個問題，但是我們對這個過程是如何運作的有了堅實的認識。”

在之前的相關工作中，Pugh繪製了酵母基因組中400多個不同的染色體蛋白的精確結合位點，其中大部分調節基因的表達。那篇論文對理解所有這些蛋白質是如何聚集在一起並一起工作以讀取和調節基因有重要的啟示。新的研究建立在這項工作的基礎上，更深入地了解蛋白質的結構和基因的機械。

第一作者、獸醫學院貝克動物健康研究所副研究員Chitvan Mittal說：”在多年現有研究的基礎上，將它們與現代和優雅的基因組學工具相結合，有助於我們填補現有知識中的空白，並做出新的發現。”