1月7日，清華大學生命學院孫前文實驗室在《細胞報導》（Cell Reports）期刊在線發表題為「RHON1共轉錄移除R-loop以維持擬南芥葉綠體基因組穩定性"(RHON1 co-transcriptionally resolves R-loops for Arabidopsis chloroplast genome maintenance)的研究論文。該研究揭示擬南芥中一種與細菌Rho因子同源的DNA:RNA解旋酶RHON1與RNase H1分別通過不同的途徑，來限制轉錄-複製正面對撞(HO-TRCs: Head-On direction Transcription-Replication Conflicts)導致的R-loop積累從而穩定葉綠體基因組的分子機制。
防止轉錄-複製正面對撞誘發的R-loop積累對細菌、植物以及哺乳動物基因組穩定性的維持至關重要。孫前文實驗室前期已經鑑定了一個RNase H1類的R-loop移除酶AtRNH1C可以與DNA Gyrase互作降解R-loop中的RNA，從而有效地鬆弛HO-TRCs以穩定葉綠體基因組（Yang et al., The Plant Cell, 2017）。但是，目前尚不清楚當RNase H蛋白缺乏時，生物體如何抵抗HO-TRCs誘發的R-loop積累。
為了更好的建立調控R-loop水平以維持基因組穩定性的調控網絡，孫前文實驗室以atrnh1c突變體為模型，巧妙的設計了兩種篩選策略以尋找參與清除HO-TRCs誘發的R-loop積累從而穩定葉綠體基因組的因子。通過篩選，他們鑑定出了一條與AtRNH1C途徑相平行的R-loop移除通路：DNA:RNA解旋酶RHON1介導的R-loop移除。RHON1的過表達可以挽救由於AtRNH1C基因突變引起的HO-TRCs相關的R-loop積累（圖1）。進一步研究發現RHON1可以與質體編碼的RNA聚合酶（PEP）相互作用，通過協調PEP的轉錄活性，緩解基因組上轉錄複製對撞之間的衝突，同時限制和移除葉綠體基因組上形成的R-loop結構，進而維持基因組穩定（圖2）。這一研究結果表明，生物利用多種機制逃避HO-TRC誘發的R-loop積累，從而維持基因組完整性。
圖1：RHON1是一條與AtRNH1C途徑相平行的R-loop移除通路。RHON1的過表達（OERHON1c）抑制atrnh1c突變體缺陷，同樣AtRNH1C的過表達（OE1Crho）恢復rhon1突變體表型。
圖2：兩種互補的R-loop介導葉綠體基因組穩定性維持的途徑清華大學生命學院博士研究生楊卓為本文第一作者，清華大學生命學院孫前文研究員為本文的通訊作者，孫前文實驗室的研究助理李孟孟在材料準備和驗證等方面作出貢獻。該工作得到國家自然科學基金委、科技部國家重點研發計劃以及生命科學聯合中心等經費的支持。
論文連結：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(19)31646-8
相關參考文獻：
http://www.cls.edu.cn/Research/Research_Achievements3897.shtml
http://www.plantcell.org/content/early/2017/09/21/tpc.17.00305?rss=1
來源：清華新聞網
供稿：生命學院