Vita：施一公团队发现，蛋白质可直接从头合成RNA

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

RNA 合成，通常需要预先存在的核酸模板，有时还需要寡核苷酸引物。

2026 年 10 月 20 日，西湖大学生命科学学院施一公院士、占谢超副研究员作为共同通讯作者（博士后李若楠、博士生于长增为论文共同第一作者）在Vita期刊发表了题为：De novo RNA synthesis from free nucleotides by a family of conserved plant proteins 的研究论文。

该研究证明了一种来自水稻的植物蛋白——OsNTP4，能够在没有任何模板或引物的情况下，直接从游离的核苷三磷酸（NTP）合成不同长度的单链 RNA，这些 RNA 产物具有经典的 3′–5′ 磷酸二酯键连接，并展现出序列特征。此外，相关水稻蛋白OsNTP10以及拟南芥蛋白AtURT1也具有相同的从头 RNA 合成活性，这三种蛋白共同定义了一个保守的植物酶家族。这些发现揭示了一种直接的蛋白质到 RNA 的反应，可能对我们理解进化与生命起源具有启示意义。

在细胞中，RNA 合成，通常依赖于已有的核酸底物。DNA 依赖性或 RNA 依赖性聚合酶分别利用 DNA 或 RNA 模板来确定 RNA 产物的序列；而末端核苷酸转移酶则延长已有 RNA 的 3′ 端。这些反应确立了链起始、核苷酸选择和连续延伸的基本原理。近年来的研究扩展了蛋白质指导的核酸合成已知类型，包括蛋白质引物介导和蛋白质模板介导的 DNA 合成。然而，蛋白质是否能够不借助外加的核酸引物或模板，直接从游离的核苷三磷酸（NTP）组装出具有 3′–5′ 磷酸二酯键连接的 RNA 聚合物？目前尚不清楚。

如果能发现这样的反应，预计它将不同于所有已知的 RNA 合成、修饰和周转途径。有两类已知的酶催化相关但明显不同的反应，一类是末端核苷酸转移酶，它作用于预先存在的单链 RNA 末端，从而调控 RNA 的成熟、稳定性和降解。另一类是多核苷酸磷酸化酶，它通过逆向磷酸解作用合成 RNA，但利用的是核苷二磷酸和不同的反应化学机制。从 NTP 从头合成 RNA，将需要一种酶，仅利用核苷酸单体来起始并延伸具有 3′–5′ 键连接的 RNA 链。

发现这样的反应，面临至少两个挑战。首先，远缘进化关系通常在序列水平上难以识别。其次，直接证明某种蛋白质能进行从头核酸合成，可能会受到蛋白质结合核酸或微量共纯化酶的干扰。随着AlphaFold的出现，结构预测和基于结构的搜索，如今为绕过第一个挑战提供了途径，即不依赖序列相似性即可识别保守的催化架构。第二个挑战则可通过结合生化纯化、质谱、定点突变以及对从晶体中回收的蛋白质进行正交酶学检测来缓解。研究团队利用这些策略来寻找具有此前未被识别的核苷酸加工潜力的蛋白质。人类酶cGAS被用作唯一的结构查询模板，因为其核苷酸转移酶核心构成了一个明确的核苷酸结合和磷酸二酯键形成的架构。

在这项最新研究中，研究团队报道了三种具有从头 RNA 合成活性的植物蛋白质：来自水稻（Oryza sativa）的OsNTP4和OsNTP10，以及来自拟南芥（Arabidopsis thaliana）的AtURT1。在这三种情况下，反应均在无引物或模板的条件下进行，并产生具有经典 3′–5′ 磷酸二酯键连接的 RNA 产物。尽管这些蛋白质已知属于末端核苷酸转移酶家族，但此前并不知晓它们具备从头 RNA 合成的能力。这些蛋白质定义了一个植物酶家族，且该家族在其他物种中可能具有保守的成员。

综上所述，这些发现表明，一类植物蛋白能够催化游离核苷酸底物合成 RNA，从而拓展了目前已知的 RNA 生成的生化途径。然而，这类植物蛋白直接合成 RNA 的生物学功能是什么，仍有待阐明。该研究证实了它们的生化活性，但尚未鉴定出内源性 RNA 产物，也未明确该反应发生的细胞条件。要解决这些问题，需要对催化失活的植物等位基因进行分析，鉴定 OsNTP4 在体内关联的 RNA 分子，并直接测定依赖于 OsNTP4 或相关蛋白的 RNA 种类。尽管如此，这项研究揭示了一种直接的蛋白质到 RNA 的反应，可能对我们理解进化与生命起源具有启示意义。

论文链接：

https://www.vita-journal.com/vita/EN/10.15302/vita.2026.10.0078