作者:张余等 来源:《科学》 发布时间:2021/12/24 11:26:53
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科学家解析植物中独特的双链RNA合成机制

Pol IV-RDR2的复合物三维结构。 课题组供图

我国科学家在分子生物学和植物科学基础前沿研究领域获重大突破。中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究团队和王佳伟研究团队与浙江大学冯钰团队合作,首次解析了Pol IV-RDR2蛋白复合物的三维结构,并提出了Pol IV-RDR2以双链DNA为模板合成双链RNA的独特分子机制。12月24日,这项研究成果在线发表于《科学》。

转座子最早由美国遗传学家Barbara McClintock(1983年诺贝尔生理学及医学奖)在玉米基因组中发现,它在高等生物基因组中广泛存在。转座子能够在宿主基因组中“复制和粘贴”自己的DNA,以达到其自我“繁殖”的目的,其活动会对基因组的稳定性构成严重威胁。高等生物通过给转座子DNA打上一个甲基的化学烙印,抑制转座子的活动,从而维持基因组的稳定性。在高等植物中,两种执行不同功能的蛋白质机器Pol IV和RDR2,它们协作生产一段双链的向导RNA分子,帮助植物细胞精准地给转座子DNA加上甲基化烙印。虽然Pol IV和RDR2已经被发现多年,然而这两种转录机器的内部构造和协同工作机制尚未阐明。

Pol IV是植物细胞核编码的第四种RNA聚合酶,与真核生物的Pol I, Pol II和Pol III相比,其基因组转录区域、相互作用转录因子、工作方式、以及生理功能都有显著区别。近30年来,Pol I, Pol II和Pol III的三维结构陆续得到解析,然而Pol IV的三维结构和工作方式仍然尚未得到解答。

“Pol IV和RDR2很像两个分管不同RNA合成工作的独立车间,我们研究发现它们很聪明地合并在一起,并在两个原本独立的车间之间建造了一个内部通道。”张余告诉《中国科学报》,Pol IV合成车间的工作是以双链DNA为模板合成单链RNA,合成出的单链RNA产物就可以通过内部通道直接传送到RDR2的合成车间,从而RDR2能够直接以单链RNA为模板,合成双链RNA。据此,研究人员提出蛋白质机器Pol IV- RDR2复合物就像一个高效合成双链RNA的工厂,以双链DNA为模板,在蛋白机器内部传递单链RNA中间产物,连续高效地合成双链RNA。

王佳伟表示,这项研究成功解析了真核生物第四个RNA聚合酶的结构,揭示了双RNA聚合酶复合物的独特构造和协同工作机制,提出了转录蛋白质机器的新型工作模式。(来源:中国科学报 黄辛)

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.abj9184

 
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