葉綠體是地球上綠色植物把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、供給地球上的其它生物能量來(lái)源的重要細(xì)胞器，對(duì)葉綠體的功能和葉綠體基因組轉(zhuǎn)錄機(jī)制的研究一直以來(lái)是全球細(xì)胞生物學(xué)家、遺傳學(xué)家和分子生物學(xué)家孜孜以求的研究熱點(diǎn)。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所高立志研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，歷時(shí)五年，通過(guò)對(duì)三種高等植物（水稻、玉米和擬南芥）及兩種藻類（衣藻、灰藻）的葉綠體轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，驚奇地發(fā)現(xiàn)了整個(gè)葉綠體基因組都能夠發(fā)生轉(zhuǎn)錄。葉綠體基因組的全轉(zhuǎn)錄不僅發(fā)生在葉綠體基因組的編碼區(qū)，而且能發(fā)生在其所有非編碼區(qū)。鏈特異性轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析表明，葉綠體基因組的兩條單鏈都是全轉(zhuǎn)錄的。總所周知，葉綠體起源于古代藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌，cyanobacteria），研究人員用同樣的方法對(duì)藍(lán)藻基因組進(jìn)行了分析，結(jié)果表明藍(lán)藻基因組也能全部轉(zhuǎn)錄，說(shuō)明了光合真核生物葉綠體基因組全轉(zhuǎn)錄模式在植物進(jìn)化的早期就已經(jīng)存在，可以追溯到藍(lán)細(xì)菌。

　　結(jié)合其他學(xué)者對(duì)植物葉綠體基因組和藍(lán)藻基因組的多重轉(zhuǎn)錄起始（multiple transcription initiation）和低效終止（inefficient transcription termination）的轉(zhuǎn)錄特點(diǎn)的研究，研究人員提出了一種新的葉綠體基因組雙向啟動(dòng)子多重轉(zhuǎn)錄模型，即植物葉綠體基因組幾乎能夠在任意位置發(fā)生轉(zhuǎn)錄起始和終止，從而產(chǎn)生了諸多長(zhǎng)短不一的轉(zhuǎn)錄本，其中很多轉(zhuǎn)錄本包含不完整的編碼框甚至假基因。這些轉(zhuǎn)錄本經(jīng)內(nèi)切酶和外切酶的作用，剪切掉不行使功能的序列，最終形成具有確切功能的轉(zhuǎn)錄本。在這個(gè)過(guò)程中，很多轉(zhuǎn)錄本還能轉(zhuǎn)化成非編碼的小RNAs。總之，葉綠體基因組的這種轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和終止位點(diǎn)隨機(jī)組合的轉(zhuǎn)錄模式，產(chǎn)生了若干相互重疊、長(zhǎng)短各異的初始轉(zhuǎn)錄本（precursor transcripts），從而形成了研究所觀察到的葉綠體基因組全轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象。該研究有助于我們進(jìn)一步了解葉綠體基因組轉(zhuǎn)錄機(jī)制和表達(dá)的復(fù)雜性，并以“Full transcription of the chloroplast genome in photosynthetic eukaryotes”發(fā)表于Scientific Reports 6: 30135 (2016) doi:10.1038/srep30135。該論文通訊作者為高立志研究員，第一作者為中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所的博士生施超和夏恩華、昆明理工大學(xué)的博士生王碩。項(xiàng)目得到了云南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等的支持。論文鏈接：http://www.nature.com/articles/srep30135