北京时间2023年4月10日，国际学术期刊PNAS在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究组与英国纽卡斯尔大学Yulia Yuzenkova研究组以及浙江大学冯钰研究组合作题为“A SI3-σ arch stabilizes cyanobacteria transcription initiation complex”的研究论文，该研究解析了蓝细菌RNAP的三维结构及其转录起始的独特机制。

　　蓝细菌也称蓝藻，是一类古老的、能够进行放氧光合作用的原核微生物，被认为是植物细胞器叶绿体的起源。蓝细菌推动地球表面从无氧到有氧环境的转变，是地球初级生产力的重要贡献者，在海洋固氮中也扮演重要角色。与其它细菌相比，蓝细菌的转录机器RNA聚合酶(RNA polymerase; RNAP)和转录调控存在显著区别。首先细菌RNAP的最大亚基在蓝细菌中被拆分为两个蛋白；其次，蓝细菌RNAP催化中心的关键元件trigger loop中间拥有约630个氨基酸的插入序列（sequence insertion 3; SI3），其插入序列长度是整个RNAP氨基酸数量的1/5；最后，蓝细菌缺少其它细菌中保守的转录校对Gre因子和转录终止Rho因子。

　　为了探究蓝细菌独特的RNAP结构，以及SI3插入序列对RNAP转录活性的作用，作者解析了RNAP、转录起始σ因子、启动子DNA和底物NTP的转录起始复合物结构。上述复合物结构显示RNAP的最大亚基拆分并不改变三维结构。SI3结构域包裹在RNAP外周，其从RNAP的NTP通道出发延伸至DNA通道。最意外的发现是SI3结构域与σ因子相互作用形成SI3-σ arch，该相互作用关闭了RNAP的DNA通道，稳定了RNAP和启动子DNA的结合。当破坏SI3-σ arch相互作用后，RNAP的转录活性和蓝细菌的生长受到影响。

　　该研究解析了蓝细菌RNAP的三维结构及其SI3-σ arch稳定转录起始复合物的独特机制，为理解蓝细菌RNAP的内在特性提供了结构基础，也为进一步研究蓝细菌和叶绿体的基因转录奠定了基础。

　　中科院分子植物科学卓越创新中心张余组博士生申立强（已毕业）和尤琳琳（已毕业）以及英国纽卡斯尔大学Giorgio Lai为论文的第一作者，张余研究员和英国纽卡斯尔大学Yulia Yuzenkova教授以及浙江大学冯钰研究员为共同通讯作者。本课题受到科技部重点研发计划，上海市基础研究特区计划等项目的资助。

　　文章链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2219290120

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