RNA聚合酶被形象地稱為細胞里的登上CPU，調控著遺傳信息DNA轉錄為RNA的細胞全過程。迄今，封面人類發現三域（細菌域、國成功破古生菌域、解世界性真核生物域）生物共有9類RNA聚合酶，難題百姓神彩票其中結(jie)構最(zui)大、登上最(zui)復(fu)雜的(de)(de)(de)細(xi)胞(bao)“葉(xie)(xie)綠(lv)體(ti)RNA聚合(he)(he)酶(mei)”一(yi)直未能(neng)被(bei)成功(gong)解(jie)析(xi)出來(lai)，是封面幾十年來(lai)科(ke)(ke)(ke)學(xue)界的(de)(de)(de)一(yi)大待解(jie)之謎。如今，國(guo)成功(gong)破我國(guo)科(ke)(ke)(ke)學(xue)家成功(gong)解(jie)開了(le)(le)這(zhe)一(yi)謎團(tuan)。解(jie)世界性3月1日，難題國(guo)際頂級學(xue)術(shu)期刊 《細(xi)胞(bao)》（Cell）的(de)(de)(de)登上封面是一(yi)張(zhang)“葉(xie)(xie)綠(lv)體(ti)RNA聚合(he)(he)酶(mei)”的(de)(de)(de)構造圖，該期封面文章(zhang)為“植物葉(xie)(xie)綠(lv)體(ti)編碼的(de)(de)(de)細(xi)胞(bao)RNA聚合(he)(he)酶(mei)冷凍(dong)電鏡(jing)結(jie)構”，由中國(guo)科(ke)(ke)(ke)學(xue)院分子植物科(ke)(ke)(ke)學(xue)卓(zhuo)越創新中心張(zhang)余研(yan)(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)和華中農(nong)業大學(xue)周菲研(yan)(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)合(he)(he)作完(wan)成。封面該研(yan)(yan)究(jiu)解(jie)析(xi)了(le)(le)葉(xie)(xie)綠(lv)體(ti)基(ji)因(yin)轉(zhuan)錄機器(qi)的(de)(de)(de)冷凍(dong)電鏡(jing)結(jie)構，揭示了(le)(le)葉(xie)(xie)綠(lv)體(ti)基(ji)因(yin)轉(zhuan)錄機器(qi)的(de)(de)(de)“裝(zhuang)配部(bu)件”“裝(zhuang)配模(mo)(mo)式”和“功(gong)能(neng)模(mo)(mo)塊”。

國際頂刊《Cell》封面刊登該研究成果

張余研究員介紹，葉綠體中的百姓彩票官網登錄光合作用將光能轉化為化學能，為地球生命提供了能量和氧氣，是地球環境的重要塑造者。15億年前，原核藍細菌被真核細胞所吞并，最終演化為如今的植物葉綠體。在此過程中，藍細菌基因組基因不斷被轉移至細胞核，最終形成了“小而精”的葉綠體基因組，但是百姓彩票最新網址轉錄葉(xie)(xie)(xie)綠(lv)體(ti)(ti)基(ji)(ji)(ji)因(yin)組的(de)(de)(de)機(ji)器卻(que)一點都不簡單(dan)。它(ta)在原核(he)藍(lan)細(xi)菌基(ji)(ji)(ji)因(yin)轉錄機(ji)器的(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)礎上，裝(zhuang)配了多個獨(du)特的(de)(de)(de)功(gong)能模塊，進(jin)而其“身形(xing)”變為(wei)原來(lai)的(de)(de)(de)2.5倍，其“裝(zhuang)配部(bu)件”數(shu)量(liang)變為(wei)原來(lai)的(de)(de)(de)3倍。然而這些模塊在原核(he)藍(lan)細(xi)菌中(zhong)卻(que)基(ji)(ji)(ji)本沒有任何“原型(xing)”，大(da)多數(shu)“借”于(yu)真核(he)細(xi)胞(bao)。多年研究表(biao)明(ming)，葉(xie)(xie)(xie)綠(lv)體(ti)(ti)基(ji)(ji)(ji)因(yin)轉錄機(ji)器控制(zhi)葉(xie)(xie)(xie)綠(lv)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)發育過程以及成熟葉(xie)(xie)(xie)綠(lv)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)(ji)因(yin)表(biao)達，在調控植物光合作(zuo)用(yong)中(zhong)發揮關鍵(jian)角(jiao)色，但葉(xie)(xie)(xie)綠(lv)體(ti)(ti)基(ji)(ji)(ji)因(yin)轉錄機(ji)器的(de)(de)(de)構造依然未知。

2016年，張余(yu)研究團隊(dui)開(kai)始向這一世界難題發(fa)起挑(tiao)戰。“葉綠(lv)體(ti)RNA聚(ju)合酶(mei)是(shi)植(zhi)(zhi)物細胞特(te)有的CPU，調(diao)控著(zhu)80%的葉綠(lv)體(ti)基因，負責(ze)葉綠(lv)體(ti)的發(fa)育和其功能發(fa)揮。如果能解析出葉綠(lv)體(ti)RNA聚(ju)合酶(mei)的構造，無疑將打開(kai)葉綠(lv)體(ti)基因轉錄領域的大門。”張余(yu)帶著(zhu)對大自然的好奇和刨根問底的精神，堅持了8年的探索。他說之(zhi)所(suo)以能堅持下來(lai)，得益于(yu)分子植(zhi)(zhi)物科學卓越(yue)創新中心(xin)多年來(lai)營造的讓青(qing)年人才潛心(xin)啃硬(ying)骨頭(tou)的氛圍。

葉綠體基因轉錄蛋白質機器構造

研究團(tuan)隊首先利(li)用(yong)葉(xie)綠體(ti)(ti)轉化技(ji)術構建了葉(xie)綠體(ti)(ti)轉基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)煙草，隨后通過親和純化的方式獲得(de)完(wan)整的葉(xie)綠體(ti)(ti)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)轉錄(lu)(lu)蛋白(bai)質復合(he)物，最終利(li)用(yong)單顆粒冷凍電鏡技(ji)術成(cheng)功解析(xi)了葉(xie)綠體(ti)(ti)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)轉錄(lu)(lu)機器構造。與原(yuan)核(he)藍細(xi)菌基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)轉錄(lu)(lu)機器相比，葉(xie)綠體(ti)(ti)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)轉錄(lu)(lu)機器一共具(ju)有(you)20個“裝(zhuang)配部件”（蛋白(bai)亞(ya)(ya)基(ji)(ji)(ji)），組(zu)成(cheng)了催(cui)化模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、支(zhi)架模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、保(bao)護模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)、RNA模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和調控模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)等5個功能(neng)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)，其(qi)中(zhong)催(cui)化模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)由葉(xie)綠體(ti)(ti)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)編(bian)碼(ma)(ma)，其(qi)蛋白(bai)亞(ya)(ya)基(ji)(ji)(ji)起源于藍細(xi)菌。其(qi)他模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)由細(xi)胞(bao)(bao)核(he)基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)編(bian)碼(ma)(ma)，其(qi)大部分蛋白(bai)亞(ya)(ya)基(ji)(ji)(ji)起源于真核(he)細(xi)胞(bao)(bao)，在細(xi)胞(bao)(bao)質翻譯(yi)后運(yun)輸至葉(xie)綠體(ti)(ti)完(wan)成(cheng)組(zu)裝(zhuang)。這些原(yuan)核(he)和真核(he)起源的蛋白(bai)亞(ya)(ya)基(ji)(ji)(ji)組(zu)成(cheng)了目(mu)前已知最復雜的基(ji)(ji)(ji)因(yin)(yin)轉錄(lu)(lu)機器。

藍細菌來源(yuan)的催化(hua)(hua)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)包(bao)(bao)(bao)含6個蛋白亞基(ji)，其(qi)位(wei)于復合物的核心層；支架模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)包(bao)(bao)(bao)含7個蛋白亞基(ji)，它(ta)(ta)們一方面穩定催化(hua)(hua)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)，另一方面提供其(qi)他(ta)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的結合位(wei)點；保(bao)護模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)包(bao)(bao)(bao)括(kuo)2個亞基(ji)，它(ta)(ta)們具有超氧化(hua)(hua)物歧化(hua)(hua)酶的功能，使其(qi)免受(shou)葉(xie)綠體中超氧化(hua)(hua)物的氧化(hua)(hua)攻擊；RNA模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)包(bao)(bao)(bao)括(kuo)1個亞基(ji)，能夠序列特(te)異(yi)性結合RNA，推測(ce)可(ke)能參與(yu)轉(zhuan)錄關(guan)聯(lian)的RNA加工(gong)過程(cheng)； 調控(kong)(kong)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)包(bao)(bao)(bao)括(kuo)4個亞基(ji)，推測(ce)它(ta)(ta)們參與(yu)基(ji)因轉(zhuan)錄機器的活性調控(kong)(kong)。

張余研究員在實驗室查看樣品

中國(guo)科學(xue)(xue)院院士(shi)、中國(guo)科學(xue)(xue)院分子植(zhi)物(wu)科學(xue)(xue)卓越創新中心主任韓斌認為，在(zai)基(ji)礎研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)層面，該研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)為進一步(bu)探索(suo)葉(xie)(xie)綠(lv)體基(ji)因轉錄機器的(de)(de)工作(zuo)模式、理解葉(xie)(xie)綠(lv)體的(de)(de)基(ji)因表(biao)(biao)達(da)調(diao)控方式以及改造葉(xie)(xie)綠(lv)體基(ji)因表(biao)(biao)達(da)調(diao)控網絡打(da)下了基(ji)礎。該研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)為光合(he)作(zuo)用系統(tong)基(ji)因表(biao)(biao)達(da)水平的(de)(de)提高提供了新思(si)路(lu)，有望找到提高植(zhi)物(wu)光合(he)作(zuo)用的(de)(de)效率(lv)、增(zeng)加碳(tan)匯。此外(wai)，在(zai)合(he)成生物(wu)學(xue)(xue)應用層面，該研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)為植(zhi)物(wu)葉(xie)(xie)綠(lv)體生物(wu)反應器的(de)(de)效率(lv)提升提供了著手點，助力(li)重組疫苗、重組蛋白藥物(wu)、和天然產物(wu)的(de)(de)生產。

（文(wen)中(zhong)圖片均為(wei)中(zhong)國科學(xue)院(yuan)分(fen)子植(zhi)物科學(xue)卓越創新中(zhong)心(xin)提供(gong)）