在这场“拼图”竞赛中，国外科学家一直领先，这一次中国科学家胜出

这是科学家之间的一场“拼图”竞赛。对于科学而言，RNA聚合酶相当于细胞的CPU（中央处理器），了解它的结构和工作机制，就能够了解生命最底层的核心本质。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究团队、王佳伟研究团队和浙江大学冯钰团队合作，成功解析了真核生物的第四个RNA聚合酶结构，这是分子生物学和植物科学基础前沿领域的一项重大突破。2021年12月24日，研究成果发表在国际权威期刊《科学》。

【美国科学家因解析RNA聚合酶II的结构获得2006年诺贝尔化学奖】

植物有5个RNA聚合酶，从2000年到2015年，美国和德国科学家相继解析出了前三个RNA聚合酶的三维结构，其中美国科学家罗杰·科恩伯格还因解析了RNA聚合酶II的结构，荣获2006年诺贝尔化学奖。然而，由于几亿年前，第四个RNA聚合酶在进化中独立成了一个新的分支，其生理功能与前三个有显著区别，其三维结构和工作机制一直难以得到解答。

第四个RNA聚合酶在抑制基因组转座子的过程发挥着核心作用。转座子最早由美国遗传学家芭芭拉·麦克林托克发现。在动植物基因组中，含有大量的转座子区域，比如水稻有35%，玉米高达85%，人类则是接近50%。转座子能够在宿主基因组中“复制和粘贴”自己的DNA，以达到其自我“繁殖”的目的，转座子的活动会对基因组的稳定性构成严重威胁。麦克林托克的这一发现最终为她赢得了1983年诺贝尔生理学及医学奖。

【分离纯化植物的第四个RNA聚合酶样品是最大的瓶颈】

“解析第四个RNA聚合酶三维结构的最大难点在于获得蛋白质样品，这也是困扰国内外科学家20年的技术瓶颈。”张余告诉解放日报·上观新闻记者，植物体内有两万余种蛋白质，而第四个RNA聚合酶的含量极低，此前一直难以被分离提纯。

张余研究员从博士后起就一直琢磨这一科学问题，转机发生在与王佳伟的一次谈话中。不同专业方向的碰撞，使得两位年轻人决定创新实验方法——改造植物悬浮细胞，来获得第四个RNA聚合酶的蛋白样品。

张余（左）与王佳伟在讨论

在研究论文的第一作者、博士生黄坤的不懈努力下，合作团队纯化分离到了高质量的第四个RNA聚合酶蛋白质复合物样品，并解析了其三维结构。

张余介绍，这个复合物就像两个车间，其内部靠一条“隧道”来连接，一个车间的产品（单链RNA），通过“隧道”传递到另一个车间，继续完成第二条链的合成。它们协作生产出的双链RNA分子，可以帮助植物细胞精准地给转座子DNA标记甲基化“烙印”。

“生命实在是太奇妙了，它的工作原理有点像双面打印机，先打印一面，然后再打印另一面。”王佳伟至今清晰记得，一个周末，他和张余第一次看到该复合物的三维结构时的兴奋和激动，“能够取得可能写进教科书的原创成果，是做科研的最大乐趣。”

“相比国外实力雄厚的科研团队，这两支年轻的研究团队人不算多，参与的人员只有个位数，但他们此次的工作很不简单，不仅解决了一个重大的科学问题，而且对于人们理解植物和动物的进化，以及生命的本质，都有着重要的参考价值。”中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任、中国科学院院士韩斌说。

来源：上观