科技日报上海3月1日电（卢力媛 记者 王春）叶绿体基因组编码的RNA聚合酶（PEP）控制叶绿体的发育过程以及成熟叶绿体的基因表达，在调控植物光合作用中发挥关键角色，破解这一叶绿体基因转录机器的构造成为科学界公认的世界性难题。

　　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，成功解析了叶绿体基因转录机器的结构。3月1日，该成果以封面文章的形式在线发表于国际学术期刊《细胞》。

　　该研究解析了叶绿体基因转录机器的冷冻电镜结构，揭示了叶绿体基因转录机器的“装配部件”“装配模式”和“功能模块”，为进一步探索叶绿体基因转录机器的工作模式、理解叶绿体的基因表达调控方式以及改造叶绿体基因表达调控网络打下了基础。

　　RNA聚合酶是细胞中的“CPU”，它们“读取”细胞“硬盘”DNA，然后输出各种生命“操作”。迄今为止，科学家们已发现三域生物有9类基因转录机器，其中8类的结构机制都已被科学家们成功破解，PEP成为最后一块未被解析的“CPU”拼图。

　　为了揭开PEP的真面目，张余研究团队与合作者利用叶绿体转化技术，在烟草叶绿体基因转录机器上引入特征性的“捕获标签”，通过纯化烟草内源的叶绿体基因转录机器，并通过单颗粒冷冻电镜技术，最终解开了叶绿体基因转录机器的真面目。

　　据介绍，叶绿体PEP在植物组织中的丰度极低，要提出足够纯的样品，挑战极大。为此，研究团队每半个月都要种200多棵烟草用于实验。

　　研究发现，与原核蓝细菌基因转录机器相比，叶绿体基因转录机器一共具有20个“装配部件”——蛋白亚基，组成了催化模块、支架模块、保护模块、RNA模块和调控模块等5个功能模块。

　　中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌表示，该研究为植物叶绿体生物反应器的效率提升提供了着手点，重组疫苗、重组蛋白药物和天然产物的生产提供帮助。此外，还为光合作用系统基因表达水平的提高提供了新思路，助力植物高效碳汇。