陕西
近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余团队在Annual Review of Plant Biology发表综述文章The Loss-and-Gain Strategy for Functional Specialization of Plant-Specific RNA Polymerases，系统总结了植物特有RNA聚合酶的亚基组成、三维结构、转录机制、调控机理和演化策略。
RNA聚合酶是生命体进行基因转录的核心分子机器。与动物细胞不同，植物细胞不仅拥有真核生物保守的RNA聚合酶I、II和III，还演化出三个植物特异的多亚基RNA聚合酶：细胞核Pol IV和Pol V，以及叶绿体PEP。Pol IV和Pol V由Pol II分化而来，主要参与RNA介导的DNA甲基化通路；PEP则起源于蓝细菌RNA聚合酶，是叶绿体基因转录的主要执行者。
植物特有RNA聚合酶的功能特化是一个“失与得”并行的演化过程。一方面，Pol IV和Pol V通过改变表面结构和活性中心，逐渐摆脱祖先Pol II通用转录因子的调控，并形成适合自身功能的转录特性；另一方面，它们获得新的亚基或结构域，用于招募特定的转录起始和延伸因子，从而实现其基因沉默功能。Pol IV与RDR2形成双聚合酶复合体，产生双链RNA前体，随后被加工为24 nt小干扰RNA；Pol V则转录长链非编码支架RNA，引导AGO4/AGO6和DNA甲基转移酶等组分定位到特定基因组区域甲基化DNA。
叶绿体PEP的催化核心来自蓝细菌祖先，而大量辅助亚基来自宿主核基因编码蛋白。这些辅助亚基可被划分为催化、支架、RNA/DNA结合、保护和调控等功能模块，使PEP不仅能够执行叶绿体基因转录，还能与RNA加工、蛋白质翻译过程潜在耦联。植物登陆演化进程中，叶绿体基因转录受到光照、发育和环境信号的复杂调控。PEP通过保留有限的细菌来源核心亚基，同时获得宿主真核来源的调控亚基，实现了从“细菌型转录机器”向“植物叶绿体功能特化转录机器”的重塑，这一过程为植物细胞核-质体协同调控提供了关键分子基础。
解析植物特有RNA聚合酶的结构与转录机制，不仅有助于回答RNA聚合酶如何在演化中产生新功能这一基础科学问题，也将为作物改良和植物合成生物学提供新的理论与工具。植物RNA聚合酶的研究仍处于起步阶段， Pol IV和Pol V如何在转录起始因子协助下起始RNA合成、Pol V转录延伸如何与DNA甲基化耦联，叶绿体PEP如何特异性调控基因转录，这些重要科学问题仍然没有答案，是该领域的前沿研究方向。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心武霄仙研究员、黄坤博士（已毕业）、章洪伟博士（已毕业）为共同第一作者，张余研究员为通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金、上海市基础研究特区计划、SANS探索学者及上海“东方英才”等项目资助。
https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-arplant-063025-102003
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