解读“生命天书”，我国科学家成功破解世界性难题

通信员 蒋朝常 张烜煜

叶绿体基因组编码RNA聚合酶（PEP），节制叶绿体的发育进程以及成熟叶绿体的基因表达，在调控植物光合浸染中施展要害脚色，然而这一叶绿体基因转录呆板的结构一向未能破解，这是科学界公认的天下性困难。

3月1日，国际学术期刊《细胞》在线颁发了由中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究团队和华中农业大学周菲研究团队相助完成的这项研究论文，并作为封面文章、封面图片揭示了叶绿体基因“转录呆板”——叶绿体PEP极其伟大的结构，弥补了“生命天书”中一项研究空缺。

叶绿体基因“转录呆板”——叶绿体PEP的伟大结构

“地球上生命有三种情势：细菌、古菌和真核生物，每一种生命情势的基因转录呆板结构都不沟通。叶绿体PEP结构的乐成理会，弥补了这个拼图的最后一个空缺。”张余研究员说。

“转录”是“生命天书”特有的阅读方法。生命的遗传信息写在DNA上，起主要被转录为RNA，才气被翻译成卵白质，最终实现生命的各类成果。

叶绿体是植物光合浸染的场合。约莫15亿年前，原始的真核细胞吞噬了蓝细菌，进化出真核单细胞藻，最后进化出高档植物。叶绿体PEP作为叶绿体DNA的“转录呆板”，认真叶绿体的发育和其成果施展。漫长的进化进程，让叶绿体PEP结构变得异常伟大，一向不为人们所知。

张余和周菲两个研究团队细密相助，操作叶绿体转化技能，在烟草叶绿体基因转录呆板上引入特性性的“捕捉标签”，通过纯化烟草内源的叶绿体基因转录呆板，操作单颗粒冷冻电镜技能，最终解开了PEP的真脸孔。

叶绿体的进化

基于烟草叶绿体基因组，构建稳转遗传植株

叶绿体基因转录呆板的三维布局

叶绿体基因转录呆板的结构

周菲副传授于2010年底从德国马普分子植物心理所博士后出站，插手华中农业大门生命科学技能学院、作物遗传改善国度重点尝试室。2019年，周菲副传授在导师德国科学院院士Ralph Bock的牵线下，与张余研究团队睁开相助。

周菲副传授汇报极目消息记者，这个课题的一个瓶颈就是叶绿体的PEP复合体在植物内里的量很低，以是操作传统的要领很难纯化出来，也就没有步伐进一步理会布局。叶绿体转化技能有许多利益，个中一个是可以通过同源重组可以实现DNA片断的定点插入。因此操作该技能，研究团队就可以或许在PEP的基因序列中加上一段DNA序列作为标签，再通过亲和纯化的方法，把PEP从伟大的组分中“拉”出来，从而得到叶绿体基因转录卵白质复合物。虽然，有了带标签的叶绿体转化植株，后头还必要成立不变的纯化流程，在2022年才最终成立了该流程，打破了PEP卵白获取瓶颈。

国际偕行以为，该研究是细胞器转录规模的重大打破之一。在基本研究层面，该研究为进一步试探叶绿体基因转录呆板的事变模式、领略叶绿体的基因表达调控方法、以及改革叶绿体基因表达调控收集打下了基本。在合成生物学应用层面，该研究为植物叶绿体生物回响器的服从晋升提供了着手点，助力重组疫苗、重组卵白药物、和自然产品的出产。在“碳达峰”和“碳中和”的双碳方针下，该研究为光合浸染体系基因表达程度的进步提供了新思绪，助力植物高效碳汇。