语音播报
近日,澳门赌场分子植物科学卓越创新中心巫永睿团队与张余团队,联合上海师范大学王文琴团队,发现了植物质体DNA(ptDNA)复制体中RNA引物切除的核心核酸酶组分plastid-localized and Mn2+-dependent 5′-3′exonuclease 1(PEN1)。长期以来,植物ptDNA复制中负责RNA引物切除的核酸酶未被鉴定,而PEN1的发现填补了领域的空缺,完善了ptDNA复制理论。
DNA复制是生命科学的核心问题之一。双链DNA解旋后,引物酶在模板链上合成RNA引物。前导链仅需合成一个RNA引物即可由高持续合成能力的DNA聚合酶实现连续延伸,滞后链需合成多个RNA引物,进而通过不连续的冈崎片段合成方式完成复制。DNA复制后,RNA引物由核酸酶负责切除,从而保证基因组的完整性。在原核生物中,DNA聚合酶III是负责DNA复制的酶,DNA聚合酶I是负责切除RNA引物的酶。DNA聚合酶I具有聚合酶活性及5′-3′外切酶活性。DNA聚合酶I在延伸DNA链时,同步利用其外切酶活性切除RNA引物。
在内共生过程中,光合蓝细菌被非光合真核生物整合共生,进而演变成质体。质体是半自主的细胞器,Pol1A和Pol1B负责ptDNA复制,但缺乏类似于DNA聚合酶I的5′-3′外切酶结构域。目前,负责ptDNA复制过程RNA引物切除的核酸酶尚不清楚。研究发现,在拟南芥中,AtRNH1C可能参与RNA引物切除,而这一过程并非完全高效;AtRNH1C切割后,RNA-DNA连接处残留1至3个核糖核苷酸,从而抑制DNA片段连接。因此,研究推测,需要其他尚未被鉴定的质体定位的核酸酶来完全切除RNA引物并允许DNA片段连接,进而确保ptDNA复制完成。
该研究分离Pen1位点,发现其编码质体特异定位的5′-3′外切酶。PEN1与ptDNA复制体的其他成分即Pol1A/1B和连接酶LIG1共定位于叶绿体拟核。研究显示,PEN1能够高效切割RNA引物切除过程中间体,并完全移除RNA-DNA连接处的核糖核苷酸,从而促进LIG1连接。研究在体外重建了由PEN1、Pol1A/1B和LIG1介导的质体RNA引物去除过程,证实PEN1参与ptDNA复制过程RNA引物移除。
进一步,该研究解析了PEN1-双链DNA二元复合物的晶体结构。在PEN1的催化中心,被切割DNA链的第1个核苷酸的5'单磷酸基团与活性中心的Mg2+形成配位键,且连接第2和第3个核苷酸的磷酸二酯键的同时与K250、R264、R283形成3个盐桥,使被切割DNA链在活性中心的相对位置被固定,进而使PEN1精确切割第1个和第2个核苷酸之间的磷酸二酯键,发挥核酸外切酶活性。为探讨Pen1突变对ptDNA的影响,研究分离ptDNA和Detail-Seq发现,Pen1功能缺失导致ptDNA断裂,且断点主要积累在ptDNA正义链上。同时,研究显示,Pen1功能缺失抑制ptDNA的复制和转录活性,从而影响质体的正常发育和功能。
上述研究发现质体特异性的5′-3′外切酶PEN1能够直接催化质体DNA复制过程中RNA引物移除,并阐明了其结构基础。这为质体复制尤其是RNA引物移除过程提供了进一步的理解,有望推动作物改良的质体遗传工程进展。
6月25日,相关研究成果发表在《自然-植物》(Nature Plants)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、澳门赌场战略性先导科技专项(B类)等的支持。
PEN1介导ptDNA复制RNA引物的移除
© 1996 - 澳门赌场 版权所有 京ICP备05002857号-1 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000002
地址:北京市西城区三里河路52号 邮编:100864
电话: 86 10 68597114(总机) 86 10 68597289(总值班室)
© 1996 - 澳门赌场 版权所有 京ICP备05002857号-1 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000002
地址:北京市西城区三里河路52号 邮编:100864
电话: 86 10 68597114(总机) 86 10 68597289(总值班室)
© 1996 - 澳门赌场 版权所有
京ICP备05002857号-1京公网安备110402500047号
网站标识码bm48000002
地址:北京市西城区三里河路52号 邮编:100864
电话:86 10 68597114(总机)
86 10 68597289(总值班室)