近日，清华大学生命学院/清华-北大生命科学联合中心孙前文实验室在杂志在线发表题为的研究论文，揭示了RNA:DNA hybrids结构协助拟南芥叶绿体基因组DNA双链断裂修复的全新分子机制。
正确修复受损DNA对基因组完整性和个体发育至关重要。作为半自主细胞器，质体必须通过一系列机制来维持自身基因组完整。孙前文实验室之前发现通过维持三股基因组结构R-loop的水平可以保持质体免遭转录-复制对撞导致的基因组断裂（The Plant Cell, ；Cell Reports, ），其中定位于叶绿体中的RNase H1家族R-loop移除酶AtRNH1C在这一过程中发挥关键作用。他们之前的结果发现，单链DNA结合蛋白WHY1/3与AtRNH1C有潜在的相互作用（Yang et al., The Plant Cell, ），而WHY1/3已被证实在DNA断裂修复过程中起非常重要的作用。据此他们探究了AtRNH1C和R-loop参与修复DNA断裂的可能性。他们的结果发现AtRNH1C的缺失（R-loop的积累）使重组酶RecA1在叶绿体中的排布由丝状变为点状（图1A），且抑制WHY1/3在cpDNA断裂位点的积累。随后他们证实WHY1/3和AtRNH1C被招募到相同的基因组位点以促进同源重组(HR)。AtRNH1C或WHY1/3的缺失会显著抑制质体编码的RNA聚合酶(PEP)结合到DNA断裂位点，从而抑制同源重组(HR)并促进微同源介导的双链断裂修复(MMBIR)。随后的遗传学实验证实DNA聚合酶Pol IB与AtRNH1C共同参与DNA损伤修复过程。
图1：（A）重组酶RecA1在叶绿体中成丝状分布，但RNA:DNA hybrids积累（突变体中）导致其呈点状分布；（B）RNA:DNA hybrids介导叶绿体基因组损伤修复的分子机制模型。
综上，该研究揭示AtRNH1C与WHY1/3和RecA1共同维持叶绿体基因组完整性，证实了RNA:DNA hybrids在促进同源重组修复和叶绿体细胞器发育过程中的积极作用。该研究是孙前文团队继解析AtRNH1C与RHON1调控转录-复制正面对撞、维持叶绿体基因组稳定的分子机制（Yang et al., The Plant Cell, ；Yang et al., Cell Reports, ）后取得的又一重要成果。
清华大学生命学院孙前文研究员为该论文的通讯作者，课题组博士后王文杰为第一作者，博士研究生李宽、已毕业博士研究生生杨卓、已出站博士后侯全璨和实验室研究助理赵伟对该课题做出了贡献。该工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委以及生命科学联合中心等经费的支持。
据悉，本项目已结合高通量测序技术，对现有RecA1-GFP系统在不同遗传背景下进行抑制子/增强子筛选已获得大量相关突变体。这为持续探究本项目中RNA:DNA hybrids影响RecA1丝状结构的分子机制和相应的生物学意义提供了重要遗传材料。孙前文实验室长期招收博士后（招聘 | 清华大学孙前文实验室招聘博士后），欢迎对R-loops与基因组调控方向感兴趣的应（往）届博士毕业生申请。
论文链接：
/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab479/6300629
来源：BioArt植物
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