植物中獨特雙鏈RNA合成機制獲解析

　　中科院分子植物科學卓越創新中心研究員張余團隊和研究員王佳偉團隊與浙江大學教授馮鈺團隊合作，首次解析了Pol IV-RDR2蛋白復合物的三維結構，并提出了Pol IV-RDR2以雙鏈DNA為模板合成雙鏈RNA的獨特分子機制。該研究成果12月24日在線發表于《科學》。

Pol IV-RDR2復合物三維結構 課題組供圖

　　轉座子最早由美國遺傳學家芭芭拉·麥克林托克在玉米基因組中發現，它在高等生物基因組中廣泛存在。轉座子能夠在宿主基因組中“復制和粘貼”自己的DNA，以達到自我“繁殖”的目的，該活動會對基因組的穩定性構成嚴重威脅。高等生物通過給轉座子DNA打上一個甲基的化學烙印，抑制轉座子的活動，從而維持基因組的穩定性。在高等植物中，兩種執行不同功能的蛋白質機器Pol IV和RDR2，它們協作生產一段雙鏈的向導RNA分子，幫助植物細胞精準地給轉座子DNA打上甲基化烙印。雖然Pol IV和RDR2已經被發現多年，但這兩種轉錄機器的內部構造和協同工作機制尚未闡明。

　　Pol IV是植物細胞核編碼的第四種RNA聚合酶，與真核生物的Pol I、Pol II和Pol III相比，其基因組轉錄區域、相互作用轉錄因子、工作方式以及生理功能都有顯著區別。近30年來，Pol I、Pol II和Pol III的三維結構陸續得到解析，然而Pol IV的三維結構和工作方式仍未能解答。

　　“Pol IV和RDR2很像兩個分管不同RNA合成工作的獨立車間，我們研究發現它們很聰明地合并在一起，并在兩個原本獨立的車間之間建造了一個內部通道。”張余說，Pol IV合成車間的工作以雙鏈DNA為模板合成單鏈RNA，合成出的單鏈RNA產物就可以通過內部通道直接傳送到RDR2的合成車間，從而使RDR2能夠直接以單鏈RNA為模板，合成雙鏈RNA。據此，研究人員提出，蛋白質機器Pol IV-RDR2復合物就像一個高效合成雙鏈RNA的“工廠”，以雙鏈DNA為模板，在蛋白機器內部傳遞單鏈RNA中間產物，連續高效地合成雙鏈RNA。

　　該研究成功解析了真核生物第四個RNA聚合酶的結構，揭示了雙RNA聚合酶復合物的獨特構造和協同工作機制，提出了轉錄蛋白質機器的新型工作模式。