Jacob & Monod（1961, J Mol Biol）的 operon model 不僅是原核基因調控的基礎，更建立了整個基因調控的概念框架——repressor、operator、inducer 的三元體系。
Lac Operon 的結構生物學
LacI repressor 以四聚體結合兩個 operator（O1 和 O3 或 O1 和 O2），形成 DNA loop（Müller-Hill, 1996）。每個 LacI monomer 的 N-terminal HTH domain 辨識 operator 序列，inducer（allolactose / IPTG）結合 core domain 導致 hinge helix 的 disorder → 失去 DNA 結合能力。cryo-EM 解析了 LacI-O1-O3 loop 複合體（Kahn, 2019），揭示 DNA bending 和 loop 穩定化的結構基礎。CAP-cAMP 結合 -61.5 site，透過 α-CTD 互作和 DNA bending 增強 Pol II 招募。
全基因組的轉錄調控
ChIP-seq/ChIP-exo 在 E. coli 和 B. subtilis 等模式原核生物中定位了數百個 TF 的全基因組結合位點。RegulonDB 和 EcoCyc 是 E. coli 最完整的調控網路資料庫。全基因組調控揭示了 regulon 結構的層次性：global regulators（如 CRP、H-NS、FIS 調控 >100 基因）和 local regulators（調控 <10 基因）。
Sigma Factor 競爭與替換
細菌利用 alternative σ factors 實現全域基因表現程序切換。σ³²（heat shock）、σˢ（stationary phase/RpoS）、σᴮ（general stress in Gram+）、σ⁵⁴（nitrogen regulation，需 enhancer-binding activator）。Anti-σ factor、anti-anti-σ factor 和 σ factor proteolysis 構成多層調控。sporulation 中 B. subtilis 依序活化 σᶠ → σᴱ → σᴳ → σᴷ（mother cell 和 forespore 的 criss-cross regulation）是 σ factor 級聯的經典範例。
Riboswitch 與 RNA 溫度計
mRNA 5' UTR 的結構化 RNA 元件（riboswitch）可直接感受代謝物（TPP、FMN、SAM、Mg²⁺ 等）並改變轉錄/翻譯。RNA thermometer（ROSE element）在低溫時形成 hairpin 遮蔽 RBS，高溫時解鏈暴露 RBS 啟動翻譯（如 heat shock gene regulation）。
CRISPR-Cas 適應性免疫
原核生物的 CRISPR-Cas 系統不僅是 gene editing 工具，更是適應性免疫系統。spacer acquisition → crRNA processing → interference 三階段。Type I/III 的 multi-protein effector complex vs Type II 的單蛋白 Cas9。Anti-CRISPR proteins（Bondy-Denomy et al., 2013, Nature）由噬菌體編碼，抑制 CRISPR 防禦——這場軍備競賽塑造了微生物基因組的演化。
文獻參考：Jacob, F. & Monod, J. (1961). J Mol Biol, 3, 318-356. / Browning, D.F. & Busby, S.J. (2016). Nat Rev Microbiol, 14, 638-650. / Bondy-Denomy, J. et al. (2013). Nature, 493, 429-432.