近日，中国科学院植物研究所于龙江团队与山东农业大学生命科学学院卢从明教授团队，在国际权威学术期刊《自然•通讯》（Nature Communication）上发表题为“Architecture of the spinach plastid-encoded RNA polymerase”的研究论文。该研究解析了菠菜叶绿体RNA聚合酶PEP的冷冻电镜结构，揭示了叶绿体基因转录机器的亚基组成、特殊功能和功能适应性演化，为进一步探索PEP不同转录阶段的机制、理解叶绿体的基因表达调控方式奠定了坚实的基础。
叶绿体起源于蓝细菌的内共生事件，在长期的进化过程中，叶绿体形成了自身的一套精简的基因组（约含100 个左右的编码基因）。叶绿体细菌类型的多亚基RNA聚合酶 (Plastid-encoded RNA polymerase, PEP) 是叶绿体基因主要的转录机器，转录大约80%的叶绿体基因。PEP的组成非常复杂，仅PEP的组份鉴定发现就经历了32年，包括了由叶绿体基因组编码的细菌起源的PEP核心（PEP core），和十多个细胞核编码的真核起源的PEP相关蛋白（PEP associate proteins，PAPs）。但是，真核起源的PAPs如何与细菌起源的PEP core进行复合物组装、以及如此多的PAP亚基如何调控PEP的转录活性，是科学家们一直探索的难点、热点问题。
菠菜PEP的整体结构及转录延伸机理模式图
（灰色代表PEP核心，彩色代表核心外围的不同PAP亚基）
在基础研究层面，本研究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。在合成生物学应用层面，本研究为植物叶绿体生物反应器的效率提升提供了着手点。
该工作得到国家重点研发项目、中国科学院战略性先导科技专项以及黄河三角洲农业高新技术产业示范区科技专项的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54266-2。
于龙江，男，博士，研究员，博士生导师。
2004年和2007年在天津理工大学分别获学士和硕士学位，2011年3月在日本茨城大学获博士学位。2011年4月至2014年1月在日本茨城大学进行博士后研究，2014年2月至2018年12月在日本冈山大学任助理教授，2018年12月到中国科学院植物研究所工作，在Nature、Science、Nature Communications等刊物发表论文40余篇。
主要研究工作：
主要研究方向是光合生物参与光合作用及其代谢调控相关的一系列膜蛋白复合物的结构与功能。利用生物物理、生物化学和分子生物学等手段，在分子·原子水平上阐明生物大分子之间错综复杂的相互作用网络，进一步加深对光合作用的理解。
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