圖說：張餘研究員正在分析蛋白結構 來源：採訪物件供圖（下同）
新民晚報訊（記者 馬亞寧）中國科學家又取得了一項具有教科書式普遍示範效應的自然科學研究成果。2021年12月24日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心張餘研究團隊和王佳偉研究團隊以及浙江大學馮鈺團隊合作在《科學》以ResearchArticle形式發表題為“Pol IV and RDR2: A two-RNA-polymerase machinethat produces double-stranded RNA”的研究論文，該研究解析了Pol IV-RDR2蛋白複合物的三維結構，並提出了Pol IV-RDR2以雙鏈DNA為模板合成雙鏈RNA的獨特分子機制。
轉座子最早由美國遺傳學家Barbara McClintock（1983年諾貝爾生理學及醫學獎）在玉米基因組中發現，它在高等生物基因組中廣泛存在。轉座子能夠在宿主基因組中“複製和貼上”自己的DNA，以達到其自我“繁殖”的目的。轉座子的活動會對基因組的穩定性構成嚴重威脅，高等生物透過給轉座子DNA打上一個甲基的化學烙印，抑制轉座子的活動，從而維持基因組的穩定性。對此植物演化出了一條RNA導向的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，兩種執行不同功能的蛋白質機器Pol IV和RDR2，它們協作生產一段雙鏈的嚮導RNA分子，隨後該向導RNA能夠幫助植物細胞精準地給轉座子DNA加上甲基化烙印。雖然PolIV和RDR2已經被發現多年，然而這兩種轉錄機器的內部構造和如何協同工作尚未闡明。
圖說：Pol IV-RDR2的複合物三維結構
Pol IV是植物細胞核編碼的第四種RNA聚合酶，與真核生物的Pol I, Pol II和Pol III相比，其基因組轉錄區域、相互作用轉錄因子、工作方式、以及生理功能都有顯著區別。近30年來，Pol I, Pol II和Pol III的三維結構陸續得到解析，然而Pol IV的三維結構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合成工作的獨立車間，研究發現它們很聰明地合併在一起，並在兩個原本獨立的車間之間建造了一個內部通道。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產物就可以透過內部通道直接傳送到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。據此，研究人員提出蛋白質機器Pol IV- RDR2複合物就像一個高效合成雙鏈RNA的工廠，以雙鏈DNA為模板，在蛋白機器內部傳遞單鏈RNA中間產物，連續高效地合成雙鏈RNA。
該項研究成功解析了真核生物第四個RNA聚合酶的結構，報導了雙RNA聚合酶複合物的獨特構造和協同工作機制，提出了轉錄蛋白質機器的新型工作模式。該研究成果是分子生物學和植物科學基礎前沿領域的一項重大突破。
