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能、供給地球上的其它生物能量來源的重要細胞器，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是全球細胞生物學家、遺傳學家和分子生物學家孜孜以求的研究熱點。中國科學院昆明植物研究所研究員高立志帶領的研究團隊，歷時五年，通過對三種高等植物（水稻、玉米和擬南芥）及兩種藻類（衣藻、灰藻）的葉綠體轉錄組數據進行分析，驚奇地發現了整個葉綠體基因組都能夠發生轉錄。葉綠體基因組的全轉錄不僅發生在葉綠體基因組的編碼區，而且能發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。眾所周知，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行了分析，結果表明藍藻基因組也能全部轉錄，說明了光合真核生物葉綠體基因組全轉錄模式在植物進化的早期就已經存在，可以追溯到藍細菌。

　　 結合其他學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）的轉錄特點的研究，研究人員提出了一種新的葉綠體基因組雙向啟動子多重轉錄模型，即植物葉綠體基因組幾乎能夠在任意位置發生轉錄起始和終止，從而產生了諸多長短不一的轉錄本，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。在這個過程中，很多轉錄本還能轉化成非編碼的小RNAs。總之，葉綠體基因組的這種轉錄起始位點和終止位點隨機組合的轉錄模式，產生了若干相互重疊、長短各異的初始轉錄本（precursor transcripts），從而形成了研究所觀察到的葉綠體基因組全轉錄現象。該研究將有助于科研人員進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 為題發表于《科學報告》（Scientific Reports 6: 30135 (2016) doi:10.1038/srep30135）。該論文通訊作者為高立志，第一作者為中科院昆明植物所的博士生施超和夏恩華、昆明理工大學的博士生王碩。項目得到了云南省創新團隊等的支持。