高立志研究組發(fā)現植物葉綠體基因組可以全部轉錄的新機制

　　葉綠體是地球上綠色植物把光能轉化為化學(xué)能、供給地球上的其它生物能量來(lái)源的重要細胞器，對葉綠體的功能和葉綠體基因組轉錄機制的研究一直以來(lái)是全球細胞生物學(xué)家、遺傳學(xué)家和分子生物學(xué)家孜孜以求的研究熱點(diǎn)。中國科學(xué)院昆明植物研究所高立志研究員帶領(lǐng)的研究團隊，歷時(shí)五年，通過(guò)對三種高等植物（水稻、玉米和擬南芥）及兩種藻類(lèi)（衣藻、灰藻）的葉綠體轉錄組數據進(jìn)行分析，驚奇地發(fā)現了整個(gè)葉綠體基因組都能夠發(fā)生轉錄。葉綠體基因組的全轉錄不僅發(fā)生在葉綠體基因組的編碼區，而且能發(fā)生在其所有非編碼區。鏈特異性轉錄組數據分析表明，葉綠體基因組的兩條單鏈都是全轉錄的?？偹苤?，葉綠體起源于古代藍藻（藍細菌，cyanobacteria），研究人員用同樣的方法對藍藻基因組進(jìn)行了分析，結果表明藍藻基因組也能全部轉錄，說(shuō)明了光合真核生物葉綠體基因組全轉錄模式在植物進(jìn)化的早期就已經(jīng)存在，可以追溯到藍細菌。

　　結合其他學(xué)者對植物葉綠體基因組和藍藻基因組的多重轉錄起始（multiple transcription initiation）和低效終止（inefficient transcription termination）的轉錄特點(diǎn)的研究，研究人員提出了一種新的葉綠體基因組雙向啟動(dòng)子多重轉錄模型，即植物葉綠體基因組幾乎能夠在任意位置發(fā)生轉錄起始和終止，從而產(chǎn)生了諸多長(cháng)短不一的轉錄本，其中很多轉錄本包含不完整的編碼框甚至假基因。這些轉錄本經(jīng)內切酶和外切酶的作用，剪切掉不行使功能的序列，最終形成具有確切功能的轉錄本。在這個(gè)過(guò)程中，很多轉錄本還能轉化成非編碼的小RNAs?？傊?，葉綠體基因組的這種轉錄起始位點(diǎn)和終止位點(diǎn)隨機組合的轉錄模式，產(chǎn)生了若干相互重疊、長(cháng)短各異的初始轉錄本（precursor transcripts），從而形成了研究所觀(guān)察到的葉綠體基因組全轉錄現象。該研究有助于我們進(jìn)一步了解葉綠體基因組轉錄機制和表達的復雜性，并以“Full transcription of the chloroplast genome in photosynthetic eukaryotes”發(fā)表于Scientific Reports 6: 30135 (2016) doi:10.1038/srep30135。該論文通訊作者為高立志研究員，第一作者為中國科學(xué)院昆明植物研究所的博士生施超和夏恩華、昆明理工大學(xué)的博士生王碩。項目得到了云南省創(chuàng )新團隊等的支持。論文鏈接：http://www.nature.com/articles/srep30135