12月24日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究团队和王佳伟研究团队以及浙江大学冯钰团队合作在《科学》以Research Article形式发表题为“Pol IV and RDR2: A two-RNA-polymerase machine that produces double-stranded RNA”的研究论文，该研究解析了Pol IV-RDR2蛋白复合物的三维结构，并提出了Pol IV-RDR2以双链DNA为模板合成双链RNA的独特分子机制。

转座子最早由美国遗传学家Barbara McClintock（1983年诺贝尔生理学及医学奖）在玉米基因组中发现，它在高等生物基因组中广泛存在。转座子能够在宿主基因组中“复制和粘贴”自己的DNA，以达到其自我“繁殖”的目的。

“然而这种跳跃却会对基因组的稳定性构成严重威胁，甚至产生基因突变。”张余说，“因此高等生物通过给转座子DNA打上一个甲基的化学烙印，让其‘沉默’，从而维持基因组的稳定性。”

对此，植物演化出了一条RNA导向的DNA甲基化途径（植物RdDM途径）来完成DNA的甲基化工作。在该途径中，两种执行不同功能的蛋白质机器Pol IV和RDR2，它们协作生产一段双链的向导RNA分子，随后该向导RNA能够帮助植物细胞精准地给转座子DNA加上甲基化烙印。

虽然Pol IV和RDR2已经被发现多年，然而这两种转录机器的内部构造和如何协同工作尚未阐明。

Pol IV是植物细胞核编码的第四种RNA聚合酶，与真核生物的Pol I, Pol II和Pol III相比，其基因组转录区域、相互作用转录因子、工作方式、以及生理功能都有显著区别。近30年来，Pol I, Pol II和Pol III的三维结构陆续得到解析，然而Pol IV的三维结构和工作方式仍然尚未得到解答。

中国科学院和浙江大学的合作研究团队成功解析了PolIV-RDR2的复合物结构，以及捕获了PolIV-RDR2正在利用双链DNA为模板合成双链RNA的复合物结构。以上三维结构显示，Pol IV和RDR2很像两个分管RNA合成的独立车间，这两个车间很聪明地合并在一起，并在两个原本独立的车间之间建造了一个内部通道。Pol IV合成车间的工作是以双链DNA为模板合成单链RNA，合成出的单链RNA产物就可以通过内部通道直接传送到RDR2的合成车间，从而RDR2能够直接以单链RNA为模板，合成双链RNA。

据此，研究人员提出蛋白质机器Pol IV- RDR2复合物就像一个高效合成双链RNA的工厂，以双链DNA为模板，在蛋白机器内部传递单链RNA中间产物，连续高效地合成双链RNA。

该项研究成功解析了真核生物第四个RNA聚合酶的结构，报导了双RNA聚合酶复合物的独特构造和协同工作机制，提出了转录蛋白质机器的新型工作模式。该研究成果是分子生物学和植物科学基础前沿领域的一项重要进展。

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