玉米质体DNA复制中RNA引物清除的关键酶PEN1的发现及其分子机制解析

【编辑推荐】质体DNA(ptDNA)复制过程中RNA引物的清除机制长期未明。研究人员通过克隆玉米中编码质体定位的Mn2+依赖性5′–3′核酸外切酶(PEN1)的基因，首次揭示其通过切割RNA引物实现核糖核苷酸完全清除的分子机制。该研究通过体外重建实验和PEN1-dsDNA复合物晶体结构解析，填补了ptDNA复制领域的认知空白，为理解植物质体功能缺陷提供了新视角。

　　

在植物细胞的绿色能量工厂——质体中，DNA复制过程需要先由引物酶合成RNA引物，但这些"临时工"必须在DNA片段合成后被精准清除。科学家们终于在玉米中捕获了这个神秘"清道夫"：一种依赖锰离子(Mn²⁺)的5′–3′核酸外切酶PEN1。这种定位于质体的酶就像分子剪刀，专门剪除RNA引物，为DNA连接扫清障碍。

当PEN1基因发生突变时，质体DNA会出现断裂积累，导致种子发育异常且代际加重，这解释了为何某些玉米品系会出现遗传性发育缺陷。研究团队不仅成功在试管里重现了整个过程，还通过解析PEN1与双链DNA复合物的晶体结构，揭开了其从5′端到3′端"啃食"RNA的分子秘密。这项发现破解了困扰学界多年的质体DNA复制谜题，为改良作物品质提供了新靶点。