中国科学家揭秘植物关键分子机器，助力绿色“光伏电站”

2024年3月1日，两篇瞄准最后一块拼图、世界级难题“叶绿体基因转录机器”结构的研究论文在国际学术期刊《细胞》（Cell）上在线发表。

来自中国科学家的论文被选为封面文章。

他们发表的精细结构图显示，上述关键分子机器由20个“部件”、5个功能模块组成，是一个庞大的“积木”。

有了这份图纸，人们将更清楚如何优化这一分子机器，甚至提高光合作用效率或作物产量。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员张余。

该封面文章由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完成。

“基因被认为是生命的‘底层密码’，而这个转录机器像个CPU，能将存储在叶绿体基因组‘硬盘’里的数据读取出来。”张余研究员表示。

张余研究员表示，三域生物中的9类 RNA聚合酶（细菌RNA聚合酶、古菌RNA聚合酶、真核生物细胞核的5类RNA聚合酶、叶绿体RNA聚合酶、线粒体RNA聚合酶）备受关注，叶绿体RNA聚合酶是“最后一块拼图”，其完整结构和功能机制迟迟未能被解析。

叶绿体的RNA聚合酶是人们目前已知的最复杂的基因转录机器。从2016年瞄准这一课题，到论文登上《细胞》期刊的封面，张余实验室 “死磕”了8年时间。

引人关注的是，上述科学研究的主力都是年轻人。

“叶绿体基因转录机器”结构论文共同第一作者武霄仙（左）和穆文慧（右），她们分别是90后和95后。该论文的通讯作者张余研究员（中）是80后。

武霄仙和穆文慧是前述封面文章的共同第一作者（“一作”），她们分别是90后和95后，张余是80后。

他们原本打算用基因工程的方法，体外表达和纯化各个蛋白亚基，然后再组装。结果，根本没走到组装那一步，一直卡在纯化蛋白的过程中，一直在摸索……

“这是当时最大的一个坎。” 上述论文共同第一作者（“一作”）武霄仙说。她是张余实验室的第一批硕博连读研究生，博士毕业后继续留在课题组开展工作。

上述论文的另一位“一作”穆文慧是河南大学“菁英班”联培计划的学生。她在本科院校学习三年后，第四年来到张余实验室参与科研。她觉得在这里工作很踏实。

在一个个技术路线碰壁后，他们绕过组装，直接提取完整的叶绿体转录机器，再送到电镜上去“拍照”。但提取前，要在其核心亚基上加装个类似“鱼钩”功能的标签，然后才能用配套的“鱼竿”把这个转录机器钓出来。

研究人员发现，叶绿体基因转录机器的分子量大约110万道尔顿，可以被分为5个功能模块：催化模块、支架模块、保护模块、RNA模块和调控模块。其中，保护模块具有超氧化物歧化酶（SOD）的功能，减轻了强光照条件下过量活性氧造成的损伤，可能在演化过程中帮助植物适应陆生环境，完成登陆。

在致谢中，张余特别提及上海市基础研究特区计划的资助。

张余告诉澎湃科技，他认为上海市基础研究特区计划的资助很特别，创新且稳定，“它认准的是你这个人”，“有进展就汇报，每年座谈”，没有左一个考核任务要求，右一个项目要求，鼓励更多人潜心做研究。

在上述研究成果的新闻发布会上，中国科学院院士、分子植物科学卓越创新中心主任韩斌向澎湃科技表示，虽然年轻人的成长要靠他们自己内在的动力，“（但）我们中心尽可能为年轻人的发展多创造一些机会”。“我们所将来的一个方向是要聚焦在植物大分子的前沿研究上”。“我们是鼓励学生回家过年的。但即便如此，春节我发现还有学生不回家，有的导师年初一也在工作。我们这个中心怕导师‘卷’得太厉害”。

韩斌表示，一定要重视一流研究机构的建设。基础研究不能“断线”，需要长期攻关，更需要稳定的支持。他看到过很多重要的科学成果是此前的课题衍生出来的，没有之前的资助、支持，就没有后面的衍生和突破。