解读“生命天书”：我国科学家填补叶绿体基因“转录机器”研究空白

在一项最新研究中，我国科学家成功解析叶绿体基因“转录机器”的构造，填补了“生命天书”中一项研究空白。

3月1日，国际学术期刊《细胞》在线发表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合作完成的这项研究论文，并作为封面文章，封面图片展现了叶绿体基因“转录机器”——叶绿体PEP极其复杂的构造。

叶绿体基因“转录机器”——叶绿体PEP的复杂构造。（中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图）

“地球上生命有三种形式：细菌、古菌和真核生物，每一种生命形式的基因转录机器构造都不相同。叶绿体PEP构造的成功解析，填补了这个拼图的最后一个空白。”张余研究员说。

“转录”是“生命天书”特有的阅读方式。生命的遗传信息写在DNA上，首先要被转录为RNA，才能被翻译成蛋白质，最终实现生命的各种功能。

叶绿体是植物光合作用的场所。大约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，最后进化出高等植物。叶绿体PEP作为叶绿体DNA的“转录机器”，负责叶绿体的发育和其功能发挥。漫长的进化过程，让叶绿体PEP构造变得十分复杂，一直不为人们所知。

张余和周菲两个研究团队紧密合作，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，获得了完整的叶绿体PEP研究样品；最后利用单颗粒冷冻电镜技术，成功解析了叶绿体PEP构造。

研究表明，叶绿体PEP一共有20个“装配部件”（蛋白亚基），组成了5个功能模块（催化模块、支架模块、保护模块、RNA模块和调控模块）。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。

2月28日，张余研究员介绍叶绿体基因“转录机器”最新研究成果。新华社记者 张建松 摄

“叶绿体PEP是目前已知最复杂的基因转录机器，不同的功能模块之间紧密配合、相互协助，共同完成遗传信息从DNA到RNA的转录任务。生命的奥秘如此奇妙，让我们在研究过程中充满了惊叹。”张余说。

国际同行认为，这项最新研究不仅为进一步探索叶绿体基因“转录机器”工作模式、理解叶绿体基因表达调控方式、改造叶绿体基因表达调控网络打下了基础；在合成生物学应用方面也有广阔应用前景，为植物叶绿体生物反应器的效率提升提供了着手点；同时，还为光合作用系统基因表达水平的提高提供了新思路，可望助力植物高效碳汇。

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