2024年3月1日，兩篇瞄準(zhǔn)最后一塊拼圖、世界級難題“葉綠體基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器”結(jié)構(gòu)的研究論文在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上在線發(fā)表。

來自中國科學(xué)家的論文被選為封面文章。

他們發(fā)表的精細(xì)結(jié)構(gòu)圖顯示，上述關(guān)鍵分子機(jī)器由20個(gè)“部件”、5個(gè)功能模塊組成，是一個(gè)龐大的“積木”。

有了這份圖紙，人們將更清楚如何優(yōu)化這一分子機(jī)器，甚至提高光合作用效率或作物產(chǎn)量。

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員張余。

該封面文章由中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張余研究團(tuán)隊(duì)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)周菲研究團(tuán)隊(duì)合作完成。

“基因被認(rèn)為是生命的‘底層密碼’，而這個(gè)轉(zhuǎn)錄機(jī)器像個(gè)CPU，能將存儲(chǔ)在葉綠體基因組‘硬盤’里的數(shù)據(jù)讀取出來?！睆堄嘌芯繂T表示。

張余研究員表示，三域生物中的9類 RNA聚合酶（細(xì)菌RNA聚合酶、古菌RNA聚合酶、真核生物細(xì)胞核的5類RNA聚合酶、葉綠體RNA聚合酶、線粒體RNA聚合酶）備受關(guān)注，葉綠體RNA聚合酶是“最后一塊拼圖”，其完整結(jié)構(gòu)和功能機(jī)制遲遲未能被解析。

葉綠體的RNA聚合酶是人們目前已知的最復(fù)雜的基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器。從2016年瞄準(zhǔn)這一課題，到論文登上《細(xì)胞》期刊的封面，張余實(shí)驗(yàn)室 “死磕”了8年時(shí)間。

引人關(guān)注的是，上述科學(xué)研究的主力都是年輕人。

“葉綠體基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器”結(jié)構(gòu)論文共同第一作者武霄仙（左）和穆文慧（右），她們分別是90后和95后。該論文的通訊作者張余研究員（中）是80后。

武霄仙和穆文慧是前述封面文章的共同第一作者（“一作”），她們分別是90后和95后，張余是80后。

他們原本打算用基因工程的方法，體外表達(dá)和純化各個(gè)蛋白亞基，然后再組裝。結(jié)果，根本沒走到組裝那一步，一直卡在純化蛋白的過程中，一直在摸索……

“這是當(dāng)時(shí)最大的一個(gè)坎。” 上述論文共同第一作者（“一作”）武霄仙說。她是張余實(shí)驗(yàn)室的第一批碩博連讀研究生，博士畢業(yè)后繼續(xù)留在課題組開展工作。

上述論文的另一位“一作”穆文慧是河南大學(xué)“菁英班”聯(lián)培計(jì)劃的學(xué)生。她在本科院校學(xué)習(xí)三年后，第四年來到張余實(shí)驗(yàn)室參與科研。她覺得在這里工作很踏實(shí)。

在一個(gè)個(gè)技術(shù)路線碰壁后，他們繞過組裝，直接提取完整的葉綠體轉(zhuǎn)錄機(jī)器，再送到電鏡上去“拍照”。但提取前，要在其核心亞基上加裝個(gè)類似“魚鉤”功能的標(biāo)簽，然后才能用配套的“魚竿”把這個(gè)轉(zhuǎn)錄機(jī)器釣出來。

研究人員發(fā)現(xiàn)，葉綠體基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的分子量大約110萬道爾頓，可以被分為5個(gè)功能模塊：催化模塊、支架模塊、保護(hù)模塊、RNA模塊和調(diào)控模塊。其中，保護(hù)模塊具有超氧化物歧化酶（SOD）的功能，減輕了強(qiáng)光照條件下過量活性氧造成的損傷，可能在演化過程中幫助植物適應(yīng)陸生環(huán)境，完成登陸。

在致謝中，張余特別提及上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃的資助。

張余告訴澎湃科技，他認(rèn)為上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃的資助很特別，創(chuàng)新且穩(wěn)定，“它認(rèn)準(zhǔn)的是你這個(gè)人”，“有進(jìn)展就匯報(bào)，每年座談”，沒有左一個(gè)考核任務(wù)要求，右一個(gè)項(xiàng)目要求，鼓勵(lì)更多人潛心做研究。

在上述研究成果的新聞發(fā)布會(huì)上，中國科學(xué)院院士、分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心主任韓斌向澎湃科技表示，雖然年輕人的成長要靠他們自己內(nèi)在的動(dòng)力，“（但）我們中心盡可能為年輕人的發(fā)展多創(chuàng)造一些機(jī)會(huì)”?！拔覀兯鶎淼囊粋€(gè)方向是要聚焦在植物大分子的前沿研究上”。“我們是鼓勵(lì)學(xué)生回家過年的。但即便如此，春節(jié)我發(fā)現(xiàn)還有學(xué)生不回家，有的導(dǎo)師年初一也在工作。我們這個(gè)中心怕導(dǎo)師‘卷’得太厲害”。

韓斌表示，一定要重視一流研究機(jī)構(gòu)的建設(shè)?；A(chǔ)研究不能“斷線”，需要長期攻關(guān)，更需要穩(wěn)定的支持。他看到過很多重要的科學(xué)成果是此前的課題衍生出來的，沒有之前的資助、支持，就沒有后面的衍生和突破。