本报讯 中科院分子植物科学卓越创新中心研究员张余团队和研究员王佳伟团队与浙江大学教授冯钰团队合作，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。该研究成果12月24日在线发表于《科学》。

转座子最早由美国遗传学家芭芭拉·麦克林托克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，以达到自我“繁殖”的目的，该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打上甲基化烙印。虽然Pol IV和RDR2已经被发现多年，但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未能解答。

“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。”张余说，Pol IV合成车间的工作以双链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，从而使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。

该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。（黄辛）

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https://doi.org/10.1126/science.abj9184

《中国科学报》 (2021-12-24 第1版 要闻)

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