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G-四链体是由富含鸟嘌呤的核酸形成的一种四链结构，能形成G-四链体结构的序列在各种生物体的基因组中广泛分布。G-四链体结构参与生物体内很多生命活动调控过程，例如调控基因表达和维持基因组稳定性等。 转录能通过DNA向上传递负超螺旋而诱导在上游DNA双链区域形成分子内G-四链体结构，目前这种转录介导上游G-四链体形成的调控因素尚不清楚。本研究通过使用超螺旋质粒作为研究模型，研究了在超螺旋DNA中转录介导上游G-四链体的形成。首先发展了一种通过小分子光切割印记的实验方法来鉴定质粒DNA中转录介导上游G-四链体的形成。发现DNA的组成型超螺旋通过限制负超螺旋的传递来决定G-四链体的形成的强弱和范围。质粒的负超螺旋性质是转录介导上游结构形成的一个关键因素，质粒的超螺旋状态对转录介导G-四链体结构的形成有很大的影响，不同螺旋状态的质粒形成结构的能力是超螺旋＞线性＞切口＞松弛型质粒，在松弛型质粒中转录介导上游G-四链体形成几乎检测不到。在超螺旋质粒中由RNA聚合酶的移动产生的动态负超螺旋的传递被束缚从而使上游G-四链体形成的只在距离转录启动子近距离范围内被检测到。研究了影响DNA超螺旋状态和超螺旋传递的酶类和蛋白质结合均会影响转录介导上游G-四链体结构的形成，这可能是细胞内调控G-四链体形成的因素。细胞中的染色体和质粒DNA在其自然形态均是保持超螺旋状态，研究结果在体外条件下揭示了超螺旋DNA中转录介导上游G-四链体形成的规律和调节因素，这样为G-四链体可以在体内超螺旋DNA中的形成和受到不同因素的调节提供一个基础证明，这些涉及G-四链体结构特点可以为以G-四链体为靶标的疾病治疗提供指导。 细菌基因组中G-四链体形成序列在基因5末端模板链存在富集分布的特征，这个特征可能的生物学功能还未知。在本论文中设计抗生素抗性基因报告系统和毒蛋白基因报告系统，在大肠杆菌细胞内研究了G-四链体形成序列在基因模板链和非模板链上分布对下游基因表达影响。研究结果发现在模板链上G-四链体形成序列抑制下游基因的表达，这个抑制作用发生在RNA转录过程。通过突变G-四链体形成序列及设计系列随机形成G-四链体序列来研究证实了G-四链体形成序列形成G-四链体结构是造成这种抑制作用的重要原因，G-四链体结构造成了转录的提前终止。利用G-四链体特异性结合蛋白pull down实验证实了在大肠杆菌细胞内质粒DNA上G-四链体结构的形成。通过选择压力生长竞争选择实验结果，为细菌中基因5末端模板链存在富集分布提供一种可能的理论解释。模板链上的G-四链体结构序列作为一种负调控的顺式元件存在对细菌在特定环境条件下生存是有利的进而通过长期进化选择而保留下来了，进而形成现在所观察到的G-四链体结构序列在基因5末端模板链上存在富集。