科技日报记者 刘园园
记者10月28日从西湖大学获悉，该校遗传物质表达与重构全国重点实验室施一公教授团队日前在《Vita》期刊发表研究论文，报道了一项打破传统认知的发现：水稻蛋白OsNTP4能够在体外条件下自主从头合成RNA（核糖核酸）。研究还证实，水稻OsNTP10、拟南芥AtURT1蛋白同样具备类似活性。
“RNA是细胞内重要的核酸分子，承担传递遗传信息、调控基因、参与蛋白合成等功能。以往科学界普遍认为，RNA合成必须依托核酸模板，或是在已有RNA片段基础上继续延伸。”该团队占谢超副研究员介绍，这项研究成果刷新了传统认知。
占谢超回忆，这项研究的启动，源于对人体免疫蛋白cGAS的追踪。cGAS可识别细胞质中异常的DNA，启动先天免疫。但科学界一直没能在植物里找到序列相似的同源蛋白。研究团队希望跳出传统氨基酸序列比对的思路，借助AlphaFold蛋白结构数据库，以cGAS催化结构域的三维结构为线索，寻找结构相似的蛋白。
研究人员从水稻、拟南芥、玉米蛋白结构中初步筛选出266个候选蛋白，再依据催化位点筛选得到19个目标蛋白。其中，水稻蛋白OsNTP4进入研究视野——尽管它和cGAS氨基酸序列差异很大，但二者催化中心结构高度相近。
研究团队原本猜想OsNTP4和cGAS功能相近。cGAS在识别DNA之后，会利用核苷酸生成环状小分子。他们把四种常见的核苷酸和OsNTP4混合在一起，验证是否会产生类似的反应。实验却意外发现，其中两种核苷酸在反应过程中消失，生成了长短在50至300个核苷酸之间的链状产物。研究人员通过不同手段验证，确认产物是RNA分子。
为证明RNA分子合成活性来自蛋白本身，排除杂质污染，研究团队耗时近一年开展多重验证。他们对蛋白做质谱检测、蛋白酶降解处理，还制备蛋白晶体反复洗涤提纯。最终提纯后的OsNTP4晶体溶解后，依旧保留合成RNA的能力，证实RNA分子合成活性来自蛋白自身。进一步实验表明，该能力并非OsNTP4独有，水稻OsNTP10、拟南芥AtURT1也可以从头合成RNA。
占谢超强调，目前相关结论均来自体外实验，这类蛋白在植物细胞内是否发挥同样作用，仍有待探索。研究团队将继续解析反应机理、探明合成RNA的生理功能，同时探究该类蛋白在更多物种中的分布。
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