近日，生命科學(xué)學(xué)院盧從明教授團隊與中國科學(xué)院植物研究所于龍江團隊，在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》（Nature Communication）上發(fā)表題為“Architecture of the spinach plastid-encoded RNA polymerase”的研究論文。該研究解析了菠菜葉綠體RNA聚合酶PEP的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了葉綠體基因轉(zhuǎn)錄機器的亞基組成、特殊功能和功能適應(yīng)性演化，為進(jìn)一步探索PEP不同轉(zhuǎn)錄階段的機制、理解葉綠體的基因表達(dá)調(diào)控方式奠定了堅實的基礎(chǔ)。

葉綠體起源于藍(lán)細(xì)菌的內(nèi)共生事件，在長期的進(jìn)化過程中，葉綠體形成了自身的一套精簡的基因組（約含100 個左右的編碼基因）。葉綠體細(xì)菌類型的多亞基RNA聚合酶 (Plastid-encoded RNA polymerase, PEP) 是葉綠體基因主要的轉(zhuǎn)錄機器，轉(zhuǎn)錄大約80%的葉綠體基因。PEP的組成非常復(fù)雜，僅PEP的組份鑒定發(fā)現(xiàn)就經(jīng)歷了32年，包括了由葉綠體基因組編碼的細(xì)菌起源的PEP核心（PEP core），和十多個細(xì)胞核編碼的真核起源的PEP相關(guān)蛋白（PEP associate proteins，PAPs）。但是，真核起源的PAPs如何與細(xì)菌起源的PEP core進(jìn)行復(fù)合物組裝、以及如此多的PAP亞基如何調(diào)控PEP的轉(zhuǎn)錄活性，是科學(xué)家們一直探索的難點、熱點問題。

菠菜PEP的整體結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)錄延伸機理模式圖

（灰色代表PEP核心，彩色代表核心外圍的不同PAP亞基）

在基礎(chǔ)研究層面，本研究為進(jìn)一步探索葉綠體基因轉(zhuǎn)錄機器的工作模式、理解葉綠體的基因表達(dá)調(diào)控方式、以及改造葉綠體基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)打下了基礎(chǔ)。在合成生物學(xué)應(yīng)用層面，本研究為植物葉綠體生物反應(yīng)器的效率提升提供了著手點。

該工作得到國家重點研發(fā)項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項以及黃河三角洲農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)科技專項的資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54266-2。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波