责编 | 王一
2021年 6月16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Nucleic Acids Research杂志在线发表题为RNase H1C collaborates with ssDNA binding proteins WHY1/3 and recombinase RecA1 to fulfill the DNA damage repair in Arabidopsis chloroplasts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, 2017；Cell Reports, 2020） ，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, 2017） ，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（atrnh1c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, 2017；Yang et al., Cell Reports, 2020） 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 （） ，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：
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab479/6300629