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  DNA復制和RNA轉錄的基于相同的基因組模板，因此會出現(xiàn)基因轉錄的方向與復制叉的方向相對的情況，即轉錄-復制沖突（TRCs），TRCs會誘導形成R-loops并引起基因組不穩(wěn)定，類似的現(xiàn)象也發(fā)生在植物中。

  此前，清華大學孫前文研究員實驗室發(fā)表在The Plant Cell（2017）的研究發(fā)現(xiàn)，定位于葉綠體AtRNH1C蛋白可以與AtGyrases互作，消除TRCs和R-loops，從而維持基因組穩(wěn)定性，atrnh1c突變體則出現(xiàn)R-Loops過量積累，從而導致葉綠體DNA斷裂和植物葉片發(fā)黃、矮小等生長缺陷。其中葉綠素熒光成像實驗結果為在易科泰生態(tài)技術公司Eco-lab實驗室合作完成。（相關閱讀：核糖核酸酶H與DNA解旋酶協(xié)作以限制擬南芥葉綠體R環(huán)水平并且維持基因組穩(wěn)定性）

  2024年清華大學生命學院孫前文研究員實驗室在該研究領域又獲突破，在Nature Communications雜志上發(fā)表了題為 “Primase promotes the competition between transcription and replication on the same template strand resulting in DNA damage”的論文，揭示了葉綠體中TRCs導致DNA損傷的分子機制。其中，依舊使用了FluorCam葉綠素熒光成像進行了突變體光合表型鑒定的工作：

• 引物酶ATH通過促進TRCs，加劇R-loop積累和DNA損傷

  研究中對atrnh1c進行EMS誘變篩選出多個突變體，利用Fluorcam葉綠素熒光成像等技術對他們進行了表型鑒定，其中acs1（atrnh1c抑制突變體）的Fv/Fm相比atrnh1c明顯升高。其他方法的鑒定結果共同說明了acs1恢復了擬南芥的基因穩(wěn)定性。

圖：葉綠體引物酶ATH點突變抑制atrnh1c突變體葉綠素熒光成像結果

• 質體DNA聚合酶Pol1A的突變也能類似地挽救atrh1c突變體的缺陷

  葉綠體基因組的復制需要兩種DNA聚合酶的參與，即Pol1A和Pol1B。先前的研究表明，Pol1B不僅參與復制過程，還具有DNA修復功能。Fluorcam成像等鑒定結果表明，Pol1B和atrnh1c的雙突變體（1cpol1b）表現(xiàn)出比atrnh1c更嚴重的葉綠體基因組退化和生長缺陷。Pol1A和atrnh1c的雙突變體（1cpol1a），與atrnh1c相比，生長缺陷、光合效率Fv/Fm、葉綠素含量以及每細胞葉綠體數(shù)量部分恢復PolIA功能缺失可減少TRCs，維持基因組穩(wěn)定性。

圖：DNA聚合酶相關突變體的葉綠素熒光成像結果

詳細研究內(nèi)容請參考原文：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44443-0

  易科泰Ecolab實驗室擁有FluorCam葉綠素熒光成像/多光譜熒光成像系統(tǒng)、FluorTron多功能高光譜成像系統(tǒng)、FluorTron光合表型成像系統(tǒng)等眾多儀器設備，真誠歡迎各位老師來進行實驗技術交換和學術合作。