3月1日，国际顶级学术期刊《细胞》在线发表了一项由我国科研团队破解的重磅研究成果。由中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究员团队与华中农业大学周菲副教授团队联手完成的研究论文，以其封面文章及封面图片的形式，生动展现了叶绿体基因“转录机器”——叶绿体PEP精密复杂的内部构造，成功填补了全球生物学界长期存在的一个重大研究空白。
叶绿体PEP在调控植物光合作用、驱动叶绿体发育过程以及成熟叶绿体基因表达等方面扮演着核心角色，然而这一关键的基因转录机制结构却始终困扰着科学家，成为横亘在生命科学研究领域的一项公认的世界级难题。地球上生命的三种主要形式——细菌、古菌和真核生物，各自拥有独特的基因转录机器，而此次叶绿体PEP构造的成功解析，标志着这一拼图的最后一块空白得以填补。
叶绿体作为植物光合作用的发生地，起源于约15亿年前原始真核细胞对蓝细菌的吞噬并进化而来。其中，叶绿体PEP是负责解读叶绿体DNA遗传信息，并促进叶绿体发育及其功能发挥的关键“转录机器”。但因漫长而复杂的进化历程，其内部构造一直未能被人类揭示。
张余和周菲两个研究团队巧妙利用叶绿体转化技术，在烟草叶绿体基因转录机器上植入特征性的“捕获标签”，通过纯化烟草内源的叶绿体基因转录复合物，并采用单颗粒冷冻电镜技术，历经数年艰辛努力，最终揭开了PEP的神秘面纱，展现其三维立体结构。
周菲副教授自2010年底从德国马普分子植物生理所博士后出站后加入华中农业大学生命科学技术学院及作物遗传改良国家重点实验室。在2019年，在德国科学院院士Ralph Bock的引荐下，周菲副教授带领团队与张余研究团队携手合作，共同攻关这一难题。针对PEP复合体在植物体内含量极低的问题，他们创新性地运用叶绿体转化技术，实现对PEP基因序列定点插入标签，从而能有效分离并纯化出叶绿体基因转录蛋白质复合物，突破了研究瓶颈。国际同行一致认为，这项研究成果堪称细胞器转录研究领域的重大突破。它不仅深化了我们对叶绿体基因转录机制工作模式的理解，为探究叶绿体基因表达调控方式提供了全新的视角，也为改造叶绿体基因表达调控网络奠定了基础。在应用层面，该研究为提升植物叶绿体生物反应器效率，推动重组疫苗、重组蛋白药物以及天然产物的生产开辟了新的道路。尤其是在全球双碳目标的背景下，此项研究为优化光合作用系统基因表达水平，助力植物高效固碳提供了崭新的策略，对于应对气候变化挑战具有深远意义。
