遗传中心法则描述遗传信息在DNA中储存，经过RNA聚合酶传递到中间介质mRNA，随后被核糖体解码翻译成蛋白质。RNA聚合酶以DNA为模板合成RNA的过程称为基因转录，它是基因表达的第一步，也是基因表达调控的重要环节。

基因转录合成mRNA的过程分为起始，延伸和终止三个阶段。近年来mRNA起始合成和延伸的机制逐渐被揭开。

然而，由于转录终止的动态特性，mRNA合成终止的机制仍不清楚。转录终止是指RNA聚合酶停止mRNA延伸、释放mRNA、并从DNA上解离的过程。正确的转录终止对于基因的正常表达和RNA聚合酶的高效回收等至关重要。

外切酶Rat1与Pol II形成的复合物结构（左模式图，中和右复合物结构图） 受访者供图

2024年3月28日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中国科学院合成生物学重点实验室张余研究组在国际著名学术期刊Nature上发表题为“Structural basis of exoribonuclease-mediated mRNA transcription termination ”的研究论文，该研究揭示了酵母细胞mRNA转录终止的分子机制。

真核细胞RNA聚合酶II（Pol II）的mRNA转录终止机制非常保守，其依赖一个RNA外切酶（酵母Rat1，哺乳动物XRN2，植物XRN3）的活性，然而该RNA外切酶终止Pol II mRNA合成的分子机制尚未阐明。

研究团队在体外重构了外切酶终止Pol II mRNA合成的过程、并解析了外切酶结合Pol II的转录复合物三维结构。

研究团队发现外切酶稳定结合在Pol II的mRNA通道外侧，直接将Pol II合成的RNA引导到外切酶的活性中心，并且外切酶的结合能够促进Pol II转录延伸因子的解离，延缓Pol II的转录延伸速率。据此，研究团队提出了外切酶介导真核细胞mRNA转录终止的分子机制。

该项研究成功解析了真核生物mRNA转录终止状态的复合物结构，揭示了外切酶终止Pol II mRNA合成的分子机制，对理解基因转录的工作机制具有重要意义。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余组博士生曾媛（已毕业）为论文的第一作者，张余研究员为通讯作者。本课题受到上海市基础研究特区计划，科技部重点研究计划资助。