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12月24日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張余研究團(tuán)隊(duì)和王佳偉研究團(tuán)隊(duì)以及浙江大學(xué)馮鈺團(tuán)隊(duì)合作在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上發(fā)表研究論文，率先解析了植物細(xì)胞的第四個CPU（中央處理器）構(gòu)造，即Pol IV-RDR2蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，并提出了Pol IV-RDR2以雙鏈DNA為模板合成雙鏈RNA的獨(dú)特分子機(jī)制。

轉(zhuǎn)座子最早由1983年諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎得主、美國遺傳學(xué)家巴巴拉·梅克林托克在玉米基因組中發(fā)現(xiàn)，它在高等生物基因組中廣泛存在。轉(zhuǎn)座子能夠在宿主基因組中“復(fù)制和粘貼”自己的DNA，以達(dá)到其自我“繁殖”的目的。轉(zhuǎn)座子的活動會對基因組的穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，高等生物通過給轉(zhuǎn)座子DNA打上一個甲基的化學(xué)烙印，抑制轉(zhuǎn)座子的活動，從而維持基因組的穩(wěn)定性。對此植物演化出了一條RNA導(dǎo)向的DNA甲基化途徑（植物RdDM途徑）來完成DNA的甲基化工作。在該途徑中，兩種執(zhí)行不同功能的蛋白質(zhì)機(jī)器Pol IV和RDR2，它們協(xié)作生產(chǎn)一段雙鏈的向?qū)NA分子，隨后該向?qū)NA能夠幫助植物細(xì)胞精準(zhǔn)地給轉(zhuǎn)座子DNA加上甲基化烙印。雖然PolIV和RDR2已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)多年，然而這兩種轉(zhuǎn)錄機(jī)器的內(nèi)部構(gòu)造和如何協(xié)同工作尚未闡明。

Pol IV是植物細(xì)胞核編碼的第四種RNA聚合酶，被稱為植物細(xì)胞的第四個CPU，與真核生物的Pol I, Pol II和Pol III相比，其基因組轉(zhuǎn)錄區(qū)域、相互作用轉(zhuǎn)錄因子、工作方式、以及生理功能都有顯著區(qū)別。近30年來，植物細(xì)胞的前三個CPU—Pol I、 Pol II、Pol III的三維結(jié)構(gòu)陸續(xù)得到解析，然而Pol IV的三維結(jié)構(gòu)和工作方式仍然尚未得到解答。

Pol IV和RDR2很像兩個分管不同RNA合成工作的獨(dú)立車間，張余研究團(tuán)隊(duì)和王佳偉研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，它們很聰明地合并在一起，并在兩個原本獨(dú)立的車間之間建造了一個內(nèi)部通道。Pol IV合成車間的工作是以雙鏈DNA為模板合成單鏈RNA，合成出的單鏈RNA產(chǎn)物就可以通過內(nèi)部通道直接傳送到RDR2的合成車間，從而RDR2能夠直接以單鏈RNA為模板，合成雙鏈RNA。據(jù)此，研究人員提出蛋白質(zhì)機(jī)器Pol IV- RDR2復(fù)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(jī)器內(nèi)部傳遞單鏈RNA中間產(chǎn)物，連續(xù)高效地合成雙鏈RNA。

該項(xiàng)研究成功解析了真核生物第四個RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)，報道了雙RNA聚合酶復(fù)合物的獨(dú)特構(gòu)造和協(xié)同工作機(jī)制，提出了轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)機(jī)器的新型工作模式。該研究成果是分子生物學(xué)和植物科學(xué)基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。

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