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发布日期：2024-07-03 作者：开博
文｜《中国科学报》记者 张双虎
“不外是赶巧了，现实上我们这两项工作都‘磨’了良多年。”说起在一个月内连发两篇顶刊论文，中国科学院份子植物科学出色立异中间研究员张余一语道出科研背后的艰辛。
曩昔十几年，张余率领团队以噬菌体、细菌、酵母和植物细胞核与细胞器为研究对象，摸索了转录在基因表达、DNA修复等进程中的多项主要功能和机制。最近几年来，该团队每一年城市收成一两篇CNS（《细胞》《天然》《科学》）论文。对此，张余认为从事根本研究应专注某个范畴做“单项冠军”，沉下心去“挖一口深井”。
张余。
3月1日，《细胞》在线颁发两篇关在叶绿体基因转录机制研究的论文。此中，来自中国科学家的论文被选为当期封面。
在这项研究中，张余团队和华中农业年夜学副传授周菲团队合作，解析烟草叶绿体RNA（核糖核酸）聚合酶复合物的电镜布局，揭露了叶绿体基开博体育因转录机械的亚基构成、亚基组装体例、非凡功能和功能顺应性演变。
“生物细胞中有9类RNA聚合酶备受存眷，叶绿体RNA聚合酶的完全布局和功能机制迟迟未能被解析，是‘最后一块拼图’。”张余注释说，“是以，该研究为进一步摸索叶绿体基因转录机械的工作模式、理解叶绿体基因表达调控体例，和革新叶绿体基因表达调控收集打下了根本。在合成生物学利用层面，为植物叶绿体生物反映器的效力晋升供给了着手点，助力重组疫苗、重组卵白药物和自然产品的出产。”
3月28日清晨，张余团队又在《天然》颁发论文，解析了酵母细胞mRNA（信使核糖核酸）转录终止状况的复合物布局，揭露了核酸外切酶介导mRNA转录终止的份子机制，对进一步理解基因转录的工作机制具有主要意义。
“假如将DNA比作‘硬盘’，存储在DNA上的遗传信息可看做‘数据’。遗传信息在基因上一条条整洁排布，聚合酶起感化时，像履行CPU的指令一样，正确辨认硬盘分歧‘磁区’并将信息‘读’（转录）出来。上一条信息‘读’完了，假如不克不及正常终止，就会干扰下流基因表达，影响基因组不变等主要进程。”张余弥补说，“是以，从根本研究层面说，弄清转录终止机制很是有价值。”
张余（左）和曾媛。
生物学研究中有个“中间法例”，它描写了从DNA到RNA的转录进程，和从RNA到卵白质的翻译进程。此中转录进程又分为“肇端、延长和终止”三个步调，曩昔数十年间，科学家对前两步的存眷较多，相干机理也研究得比力清晰，但转录终止机制研究却少人问津。
“固然也有学者提出过量个转录终止机制模子，可是具体的机制尚存争议。”该论文第一作者、张余团队成员曾媛注释说，“可能转录终止机制研究相对复杂，研究起来坚苦重重，所以投身此中的研究者其实不多。”
据介绍，转录终止是动态进程，它很快呈现、敏捷消逝，难以捕获；并且，起转录感化的聚合酶是复合物，有多个卵白一路阐扬功能，是以“很是不不变，研究难度很年夜”。
虽然坚苦重重，但转录终止研究很是主要。简单说，遗传信息要产生翻译必需颠末转录进程。假如人们完全领会转录机制，下一步便可以进行基因表达的节制，进而在合成生物学的利用中更好地设计基因线路、更切确地节制基因表达。好比，有些疾病可能和基因转录终止异常有关，假如领会转录终止机制，就有可能帮忙人们对这类疾病进行诊断和医治。
复合物布局（左模式图，中和右复合物布局图）。
“这项研究中，我们用布局生物学方式弄清晰了转录终止的机制。”曾媛说，从2020年最先，该团队就明白了研究标的目的，但现实研究进程“坚苦还挺多”。
该研究的亮点工作之一是“拿到”一种聚合酶复合物。现实上，研究最先不久，团队就获得了这类聚合酶复合物，这让团队成员很是兴奋。
“我们的平常工作比力单调，为数不多的高兴时刻就是尝试中验证了某个问题或获得某种工具。”曾媛弥补道，“刚获得这类聚合酶复合物的时辰大师都挺兴奋，但很快就发现这类布局的分辩率不高，想不雅察的处所不雅察不到。”
刚呈现一线曙光，新问题就相继而至。若何提高这类聚合酶复合物的分辩率成了团队要解决的头号困难。测验考试了好久，研究团队才缔造性地经由过程插手另外一个卵白，来提高复合物的不变性。
获得不变的聚合酶复合物后，团队还要用尝试证实这类复合布局的终止活性。从而验证该模子的有用性。
在进行复合物布局阐发时要用到冷冻电镜，但该尝试室没有相干仪器，曾媛数次从上海到北京去搜集数据。有一次打算要到北京做尝试，但正好赶上台风，上海到北京的所有交通东西停运。为遁藏台风，研究人员不能不提早两天赶到北京，但由于半途折腾太久，样品不外关，曾媛姑且通知尝试室的一个师弟从头送样品曩昔，但成果仍然不睬想。
“如许的履历良多，此中有个生化尝试‘熬煎’了我们好久，一向做不出来。”曾媛说，“转录终止卵白必需有终止活性，但我们在生化尝试中发现，它的转录终止活性一向很低。”
直到2023年6月，曾媛在浏览最新版文献时，看到有研究人员经由过程测试良多序列，发此刻基因下流有个比力守旧的序列。
“守旧序列是指分歧基因有一段类似的序列、有必然共性。这让我们想到它有多是提高转录终止效力的要害。”曾媛注释说。
受此开导，团队将这段序列利用到新尝试成长系统中，终究证实了聚合酶复合物在该系统下的转录终止活性。
履历年夜半年的尝试验证，研究团队终究为这一转录终止模子给出了公道的注释。
概况上看，张余团队在20多天时候里前后颁发两篇顶刊。现实上，关在叶绿体基因转录机制的研究他们“死磕”了8年，比来在《天然》颁发的酵母细胞mRNA转录终止机制研究也“磨”了5年多。
“根本研究进程相对死板，所以研究者必然要沉下心来，专注在某个范畴做‘单项冠军’。”张余说，“这有点像挖井，不要总跟在他人后面挖，也不克不及浅尝辄止，挖良多口‘浅井’。我们要本身找准处所，对峙不懈挖下去，终究才能获得满足的成果。”
相干论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.01.026
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07240-3
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