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3月17日，Nature Communications在線發表了
華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室、生命科學技術學院結構生物學研究團隊解析葉綠體DNA重組修復的最新研究成果。成果論文以“Structural insights into sequence-dependent Holliday junction resolution by the chloroplast resolvase MOC1”為題，解析了植物葉綠體Holliday junction解離酶序列特異性識別和切割DNA的分子機制。
Holliday junction（HJ）是由英國生物學家Robin Holliday提出的DNA分子間的十字交叉結構，是同源重組過程中一類重要的DNA中間體，其對於DNA損傷修復以及保持物種遺傳多樣性等具有重要意義。而這種特殊的DNA結構必須在解離酶的作用下及時解離成雙鏈線性的DNA才能保持基因組DNA的穩定性。HJ解離酶在噬菌體、細菌、真菌、植物和動物中是廣泛存在的，雖然這類酶的序列同源性不高，但它們發揮作用的機理有一定的相似性。然而，HJ解離酶對DNA序列依賴的結構解離的分子機制卻一直未知。
在本研究中，研究者解析了植物葉綠體HJ解離酶MOC1單體以及結合HJ的複合體的晶體結構。MOC1以二聚體形式發揮功能。其中，HJ鑲嵌在二聚體MOC1的兩個凹槽中。通過結構分析，鑑定了其中四個酸性氨基酸組成了催化四連體，負責切割DNA鹼基間的磷酸二酯鍵。其中最重要的發現是，本研究鑑定了一個重要的DNA鹼基識別環(base recognition loop, BR loop)，其中有兩個關鍵的氨基酸參與了junction位置C-G鹼基對的打開，以及特定的DNA鹼基識別，從而決定了序列識別以及切割的特異性。綜合晶體結構解析和系統的生化實驗驗證，本研究從分子水平上對於HJ解離酶序列特異性切割HJ的科學問題進行了解答。
通過結構序列比對分析，研究者發現這類BR loop在其他物種的HJ解離酶，如細菌RuvC和酵母Ydc2中是保守存在的。因此，本研究鑑定的BR loop對其它類型特異性識別和切割DNA的HJ解離酶，具有普通的參考意義。
葉綠體MOC1-HJ複合物的晶體結構以及催化機制分析
博士閆俊傑、研究生洪思行為本論文共同第一作者，殷平教授為論文通訊作者。校級蛋白質平臺為該研究的開展提供了有力支持。上海同步輻射光源（SSRF）為數據收集提供了幫助。該研究受到了科技部基金、國家自然科學基金-優青基金和青年基金、華中農業大學科技自主創新基金、中國博士後基金的共同資助。
據悉，本研究工作是該研究團隊在葉綠體基因表達調控領域系列研究工作的新突破。團隊揭示了葉綠體轉錄後調控蛋白PPR家族特異性識別RNA鹼基的分子機制及潛在應用（Shen et al., 2015, Molecular Plant; Shen et al., 2016, Nature Communications; Yan et al., 2019, Nucleic Acids Research）；揭示了葉綠體RNA編輯因子MORF蛋白調控靶標RNA識別的分子機制（Yan et al., 2017, Nature Plants；Yan et al., 2018，Science China Life Sciences）
文章鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15242-8
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