在一項最新研究中，中國科學家成功解析葉綠體基因「轉錄機器」的構造，填補了「生命天書」中一項研究空白。

　近日，國際學術期刊《細胞》在線發表了由中國科學院分子植物科學卓越創新中心張余研究團隊和華中農業大學周菲研究團隊合作完成的這項研究論文，並作為封面文章，封面圖片展現了葉綠體基因「轉錄機器」——葉綠體PEP極其複雜的構造。

　「地球上生命有三種形式：細菌、古菌和真核生物，每一種生命形式的基因轉錄機器構造都不相同。葉綠體PEP構造的成功解析，填補了這個拼圖的最後一個空白。」張余研究員說。

　「轉錄」是「生命天書」特有的閱讀方式。生命的遺傳信息寫在DNA上，首先要被轉錄為RNA，才能被翻譯成蛋白質，最終實現生命的各種功能。

　葉綠體是植物光合作用的場所。大約15億年前，原始的真核細胞吞噬了藍細菌，進化出真核單細胞藻，最後進化出高等植物。葉綠體PEP作為葉綠體DNA的「轉錄機器」，負責葉綠體的發育和其功能發揮。漫長的進化過程，讓葉綠體PEP構造變得十分複雜，一直不為人們所知。

　張余和周菲兩個研究團隊緊密合作，首先利用葉綠體轉化技術，構建了葉綠體轉基因煙草；隨後通過親和純化的方式，獲得了完整的葉綠體PEP研究樣品；最後利用單顆粒冷凍電鏡技術，成功解析了葉綠體PEP構造。

　研究表明，葉綠體PEP一共有20個「裝配部件」（蛋白亞基），組成了5個功能模塊（催化模塊、支架模塊、保護模塊、RNA模塊和調控模塊）。催化模塊由葉綠體基因組編碼，其蛋白亞基起源於藍細菌。其他模塊由細胞核基因組編碼，其大部分蛋白亞基起源於真核細胞，在細胞質翻譯後運輸至葉綠體完成組裝。

　「葉綠體PEP是目前已知最複雜的基因轉錄機器，不同的功能模塊之間緊密配合、相互協助，共同完成遺傳信息從DNA到RNA的轉錄任務。生命的奧秘如此奇妙，讓我們在研究過程中充滿了驚嘆。」張余說。

　國際同行認為，這項最新研究不僅為進一步探索葉綠體基因「轉錄機器」工作模式、理解葉綠體基因表達調控方式、改造葉綠體基因表達調控網絡打下了基礎；在合成生物學應用方面也有廣闊應用前景，為植物葉綠體生物反應器的效率提升提供了著手點；同時，還為光合作用系統基因表達水平的提高提供了新思路，可望助力植物高效碳匯。◇