生命學院孫前文實驗室發(fā)現(xiàn)RNA:DNA hybrids協(xié)助修復擬南芥葉綠體基因組斷裂的新機制
正確修復受損DNA對基因組完整性和個體發(fā)育至關(guān)重要。作為半自主細胞器，植物的質(zhì)體必須通過一系列機制來維持自身基因組完整。清華大學孫前文實驗室的最新研究發(fā)現(xiàn)RNA:DNA hybrids結(jié)構(gòu)協(xié)助擬南芥葉綠體基因組DNA雙鏈斷裂修復的全新分子機制，證實RNA:DNA hybrids在促進同源重組修復和葉綠體細胞器發(fā)育過程中的積極作用，揭示了RNase H1蛋白AtRNH1C與單鏈DNA結(jié)合蛋白WHY1/3和重組酶RecA1在共同維持葉綠體基因組完整性過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。
孫前文實驗室之前發(fā)現(xiàn)通過維持三股基因組結(jié)構(gòu)R-loop的水平可以保持質(zhì)體免遭轉(zhuǎn)錄-復制對撞導致的基因組斷裂（The Plant Cell, 2017；Cell Reports, 2020），其中定位于葉綠體中的RNase H1家族R-loop移除酶AtRNH1C在這一過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。他們之前的結(jié)果發(fā)現(xiàn)單鏈DNA結(jié)合蛋白WHY1/3與AtRNH1C有潛在的相互作用（The Plant Cell, 2017），而WHY1/3已被證實在DNA斷裂修復過程中起非常重要的作用。據(jù)此他們探究了AtRNH1C和R-loop參與修復DNA斷裂的可能性。在科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委以及生命科學聯(lián)合中心等經(jīng)費的支持下，本研究的作者們發(fā)現(xiàn)AtRNH1C的缺失（R-loop的積累）使重組酶RecA1在葉綠體中的排布由絲狀變?yōu)辄c狀（圖1A），且抑制WHY1/3在cpDNA斷裂位點的積累。隨后他們證實WHY1/3和AtRNH1C被招募到相同的基因組位點以促進同源重組(HR)。AtRNH1C或WHY1/3的缺失會顯著抑制質(zhì)體編碼的RNA聚合酶(PEP)結(jié)合到DNA斷裂位點，從而抑制同源重組(HR)并促進微同源介導的雙鏈斷裂修復(MMBIR)。隨后的遺傳學實驗證實DNA聚合酶Pol IB與AtRNH1C共同參與DNA損傷修復過程。
圖1：（A）重組酶RecA1在葉綠體中成絲狀分布，但RNA:DNA hybrids積累（atrnh1c突變體中）導致其呈點狀分布；
（B）RNA:DNA hybrids介導葉綠體基因組損傷修復的分子機制模型。
據(jù)悉，本研究于2021年 6月16 日在《核酸研究（Nucleic Acids Research）》雜志以“RNase H1C與單鏈DNA結(jié)合蛋白WHY1/3和重組酶RecA1在擬南芥葉綠體中協(xié)作完成DNA損傷修復(RNase H1C collaborates with ssDNA binding proteins WHY1/3 and recombinase RecA1 to fulfill the DNA damage repair in Arabidopsis chloroplasts)”為題在線發(fā)表。清華大學生命學院孫前文實驗室博士后王文杰為第一作者，博士研究生李寬、已畢業(yè)博士研究生生楊卓、已出站博士后侯全璨和實驗室研究助理趙偉對本課題做出貢獻，孫前文研究員為本文的通訊作者。該工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委以及生命科學聯(lián)合中心等經(jīng)費的支持。本研究是繼解析AtRNH1C與RHON1調(diào)控轉(zhuǎn)錄-復制正面對撞、維持葉綠體基因組穩(wěn)定的分子機制（The Plant Cell, 2017；Cell Reports, 2020）后的又一重要結(jié)果。
原文鏈接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab479/6300629
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