RNA聚合酶被形象地称为细胞里的CPU，调控着遗传信息DNA转录为RNA的全过程。迄今，人类发现三域（细菌域、古生菌域、真核生物域）生物共有9类RNA聚合酶，其中结构最大、最复杂的“叶绿体RNA聚合酶”一直未能被成功解析出来，是几十年来科学界的一大待解之谜。如今，我国科学家成功解开了这一谜团。3月1日，国际顶级学术期刊 《细胞》（Cell）的封面是一张“叶绿体RNA聚合酶”的构造图，该期封面文章为“植物叶绿体编码的RNA聚合酶冷冻电镜结构”，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合作完成。该研究解析了叶绿体基因转录机器的冷冻电镜结构，揭示了叶绿体基因转录机器的“装配部件”“装配模式”和“功能模块”。

国际顶刊《Cell》封面刊登该研究成果

张余研究员介绍，叶绿体中的光合作用将光能转化为化学能，为地球生命提供了能量和氧气，是地球环境的重要塑造者。15亿年前，原核蓝细菌被真核细胞所吞并，最终演化为如今的植物叶绿体。在此过程中，蓝细菌基因组基因不断被转移至细胞核，最终形成了“小而精”的叶绿体基因组，但是转录叶绿体基因组的机器却一点都不简单。它在原核蓝细菌基因转录机器的基础上，装配了多个独特的功能模块，进而其“身形”变为原来的2.5倍，其“装配部件”数量变为原来的3倍。然而这些模块在原核蓝细菌中却基本没有任何“原型”，大多数“借”于真核细胞。多年研究表明，叶绿体基因转录机器控制叶绿体的发育过程以及成熟叶绿体的基因表达，在调控植物光合作用中发挥关键角色，但叶绿体基因转录机器的构造依然未知。

2016年，张余研究团队开始向这一世界难题发起挑战。“叶绿体RNA聚合酶是植物细胞特有的CPU，调控着80%的叶绿体基因，负责叶绿体的发育和其功能发挥。如果能解析出叶绿体RNA聚合酶的构造，无疑将打开叶绿体基因转录领域的大门。”张余带着对大自然的好奇和刨根问底的精神，坚持了8年的探索。他说之所以能坚持下来，得益于分子植物科学卓越创新中心多年来营造的让青年人才潜心啃硬骨头的氛围。

叶绿体基因转录蛋白质机器构造

研究团队首先利用叶绿体转化技术构建了叶绿体转基因烟草，随后通过亲和纯化的方式获得完整的叶绿体基因转录蛋白质复合物，最终利用单颗粒冷冻电镜技术成功解析了叶绿体基因转录机器构造。与原核蓝细菌基因转录机器相比，叶绿体基因转录机器一共具有20个“装配部件”（蛋白亚基），组成了催化模块、支架模块、保护模块、RNA模块和调控模块等5个功能模块，其中催化模块由叶绿体基因组编码，其蛋白亚基起源于蓝细菌。其他模块由细胞核基因组编码，其大部分蛋白亚基起源于真核细胞，在细胞质翻译后运输至叶绿体完成组装。这些原核和真核起源的蛋白亚基组成了目前已知最复杂的基因转录机器。

蓝细菌来源的催化模块包含6个蛋白亚基，其位于复合物的核心层；支架模块包含7个蛋白亚基，它们一方面稳定催化模块，另一方面提供其他模块的结合位点；保护模块包括2个亚基，它们具有超氧化物歧化酶的功能，使其免受叶绿体中超氧化物的氧化攻击；RNA模块包括1个亚基，能够序列特异性结合RNA，推测可能参与转录关联的RNA加工过程； 调控模块包括4个亚基，推测它们参与基因转录机器的活性调控。

张余研究员在实验室查看样品

中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任韩斌认为，在基础研究层面，该研究为进一步探索叶绿体基因转录机器的工作模式、理解叶绿体的基因表达调控方式以及改造叶绿体基因表达调控网络打下了基础。该研究为光合作用系统基因表达水平的提高提供了新思路，有望找到提高植物光合作用的效率、增加碳汇。此外，在合成生物学应用层面，该研究为植物叶绿体生物反应器的效率提升提供了着手点，助力重组疫苗、重组蛋白药物、和天然产物的生产。（文中图片均为中国科学院分子植物科学卓越创新中心提供）

来源：人民日报客户端上海频道

网友看法

1、网友同音不同字同字不同意：越是优秀成果，坚持发国内期刊，久久为功，世界名刊就会是中国主办的，那时候，外国学者都像今天的中国人一样，以能在中国名刊发文为豪！ 科技部+国家知识产权局+教育部+全国性各学科协会都应齐心协理的来干好这件事！

2、网友奇妙奶酪sI：中国人只要制度好，环境好，时间充足，什么人间奇迹都可以创造出来。中国人是世界上最聪明、最善良、最勤奋、最能吃苦的民族，必将引领世界未来！

3、网友清茶不淡：听说在中国做清洁工被人看不起，在中国有人上人？

4、网友周周点评2：这是诺贝尔奖级别的成果！

5、网友老火星人：爱国的科技人才是第一生产力

6、网友果园庄主：攻关不畏难，只要肯登攀。祖国需要我，一马跨南山。

7、网友谷也811：中国科学家如果能制造这样机器…那真是不得了的事

8、网友俊俏光束4p4：做好防范内奸、间谍的工作

9、网友dyxbviuzofqo：然后呢，这个研究后面怎么运用于生活

10、网友脱口成诗：科学越发达就对人类威胁越大！

11、网友北方京北：虽然不懂植物领域科技，但要为我国科学家解破世界之难题点赞！[赞][赞][鼓掌]

12、网友合力完善大环境：为张余和周菲科学家喝彩！

13、网友端庄喜鹊YQ：未来的世界就是中国的

14、网友奇幻光束G：月入3000千人群在路上。

15、网友青年益友：保护好科学家，保护好技术秘密

16、网友骑毛驴到拉萨：是不是说人类已经研究出生产淀粉的机器了，以后就可以工厂化生产粮食了。

17、网友AIGUOCHUN：大胆的设想一下，将来有人造叶绿体，可以把太阳能，直接转化成化学能，电能，那就更厉害了。那将拥有取之不尽，用之不竭的能源，美国，欧洲那些所谓的企业，放弃，意味着灭亡。

18、网友高冷艺术家z5：这个研究成果完全可以获得诺贝尔奖了！但西方控制的诺贝尔奖不一定奖励给中国人！

19、网友微笑海风57：希望中国科学家攻破更多世界难题！

20、网友气长存：牛[赞][赞][赞][赞]