生命學院孫前文實驗室在Cell Reports發(fā)文報道R-loop介導擬南芥中葉綠體基因組穩(wěn)定性維持的新機制
2020年1月7日，清華大學生命學院孫前文實驗室在Cell Reports雜志在線發(fā)表題為“RHON1共轉(zhuǎn)錄移除R-loop以維持擬南芥葉綠體基因組穩(wěn)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(zhuǎn)錄-復制正面對撞(HO-TRCs: Head-On direction Transcription-Replication Conflicts)導致的R-loop積累從而穩(wěn)定葉綠體基因組的分子機制。
防止轉(zhuǎn)錄-復制正面對撞誘發(fā)的R-loop積累對細菌、植物以及哺乳動物基因組穩(wěn)定性的維持至關重要。孫前文實驗室前期已經(jīng)鑒定了一個RNase H1類的R-loop移除酶AtRNH1C可以與DNA Gyrase互作降解R-loop中的RNA，從而有效地松弛HO-TRCs以穩(wěn)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(fā)的R-loop積累。為了更好的建立調(diào)控R-loop水平以維持基因組穩(wěn)定性的調(diào)控網(wǎng)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(fā)的R-loop積累從而穩(wěn)定葉綠體基因組的因子。通過篩選，他們鑒定出了一條與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于AtRNH1C基因突變引起的HO-TRCs相關的R-loop積累（圖一）。進一步研究發(fā)現(xiàn)RHON1可以與質(zhì)體編碼的RNA聚合酶（PEP）相互作用，通過協(xié)調(diào)PEP的轉(zhuǎn)錄活性，緩解基因組上轉(zhuǎn)錄復制對撞之間的沖突，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(wěn)定（圖二）。這一研究結果表明，生物利用多種機制逃避HO-TRC誘發(fā)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(wěn)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做出貢獻。該工作得到國家自然科學基金委、科技部國家重點研發(fā)計劃以及生命科學聯(lián)合中心等經(jīng)費的支持。
相關報道：
生命中心孫前文研究組在《植物細胞》(The Plant Cell)發(fā)文報道R-loop影響葉綠體基因組穩(wěn)定的調(diào)控機制：
http://www.cls.edu.cn/Research/Research_Achievements3897.shtml
相關參考文獻：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(19)31646-8
http://www.plantcell.org/content/early/2017/09/21/tpc.17.00305?rss=1
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