2024年3月1日，兩篇瞄準最后一塊拼圖、世界級難題“葉綠體基因轉錄機器”結構的研究論文在國際學術期刊《細胞》（Cell）上在線發表。

來自中國科學家的論文被選為封面文章。

他們發表的精細結構圖顯示，上述關鍵分子機器由20個“部件”、5個功能模塊組成，是一個龐大的“積木”。

有了這份圖紙，人們將更清楚如何優化這一分子機器，甚至提高光合作用效率或作物產量。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員張余。

該封面文章由中國科學院分子植物科學卓越創新中心張余研究團隊和華中農業大學周菲研究團隊合作完成。

“基因被認為是生命的‘底層密碼’，而這個轉錄機器像個CPU，能將存儲在葉綠體基因組‘硬盤’里的數據讀取出來?！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（細菌RNA聚合酶、古菌RNA聚合酶、真核生物細胞核的5類RNA聚合酶、葉綠體RNA聚合酶、線粒體RNA聚合酶）備受關注，葉綠體RNA聚合酶是“最后一塊拼圖”，其完整結構和功能機制遲遲未能被解析。

葉綠體的RNA聚合酶是人們目前已知的最復雜的基因轉錄機器。從2016年瞄準這一課題，到論文登上《細胞》期刊的封面，張余實驗室 “死磕”了8年時間。

引人關注的是，上述科學研究的主力都是年輕人。

“葉綠體基因轉錄機器”結構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，體外表達和純化各個蛋白亞基，然后再組裝。結果，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……

“這是當時最大的一個坎?！?上述論文共同第一作者（“一作”）武霄仙說。她是張余實驗室的第一批碩博連讀研究生，博士畢業后繼續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“菁英班”聯培計劃的學生。她在本科院校學習三年后，第四年來到張余實驗室參與科研。她覺得在這里工作很踏實。

在一個個技術路線碰壁后，他們繞過組裝，直接提取完整的葉綠體轉錄機器，再送到電鏡上去“拍照”。但提取前，要在其核心亞基上加裝個類似“魚鉤”功能的標簽，然后才能用配套的“魚竿”把這個轉錄機器釣出來。

研究人員發現，葉綠體基因轉錄機器的分子量大約110萬道爾頓，可以被分為5個功能模塊：催化模塊、支架模塊、保護模塊、RNA模塊和調控模塊。其中，保護模塊具有超氧化物歧化酶（SOD）的功能，減輕了強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陸生環境，完成登陸。

在致謝中，張余特別提及上海市基礎研究特區計劃的資助。

張余告訴澎湃科技，他認為上海市基礎研究特區計劃的資助很特別，創新且穩定，“它認準的是你這個人”，“有進展就匯報，每年座談”，沒有左一個考核任務要求，右一個項目要求，鼓勵更多人潛心做研究。

在上述研究成果的新聞發布會上，中國科學院院士、分子植物科學卓越創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在的動力，“（但）我們中心盡可能為年輕人的發展多創造一些機會”。“我們所將來的一個方向是要聚焦在植物大分子的前沿研究上”。“我們是鼓勵學生回家過年的。但即便如此，春節我發現還有學生不回家，有的導師年初一也在工作。我們這個中心怕導師‘卷’得太厲害”。

韓斌表示，一定要重視一流研究機構的建設。基礎研究不能“斷線”，需要長期攻關，更需要穩定的支持。他看到過很多重要的科學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。