南湖新闻网讯（通讯员付攀）1月11日，我校农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、洪山实验室、生命科学技术学院益生菌智造创新团队韩文元教授课题组在Nucleic Acids Research杂志发表了题为“A mobile genetic element-derived primase-polymerase harbors multiple activities implicated in DNA replication and repair”的研究论文。文章报道了与原核生物Argonaute基因(pAgos)相关联的引物酶-聚合酶 (Primase-polymerase, PrimPol）的多重功能。这种与pAgos相关的引物酶-聚合酶 (pAgo-associated PrimPol, AgaPP) 可能编码于可移动遗传元件，具有传统的引物酶和聚合酶活性，同时与下游基因编码的解旋酶相互作用，表明它们组成了一个功能性的可移动元件复制模块。其中，AgaPP能够执行跨损伤DNA合成、末端转移以及微同源介导的末端连接（microhomology-mediated end joining, MMEJ），表现出与人类DNA修复聚合酶θ显著的相似性。同时AgaPP可以促进Cas9诱导的双链DNA断裂的MMEJ修复，并提高大肠杆菌在DNA损伤后的存活率。该研究基于AgaPP的MMEJ特性设计了体外DNA拼接的新工具，其所需的同源序列的长度显著小于传统的DNA拼接方法。

古菌-真核生物引物酶（Archaeo-Eukaryotic Primase, AEP）超家族包含一类非典型的DNA聚合酶，在古菌和真核生物发挥引物酶的功能，同时还广泛存在于古菌和细菌的可移动元件中（包括质粒、转座子、病毒等）。AEP蛋白通常与其它结构域和蛋白质融合或聚集在一起，这些特性表明这些结构域之间可能存在功能协调性。来自于可移动元件的AEP超家族成员在DNA代谢中表现出功能多样性，其功能与活性研究还相对缺乏。

研究人员在对AgaPP进行进化分析，发现整合酶、AgaPP、PriCT-DUF3987蛋白和Long-B型pAgo是基因簇中的保守成分，而其它基因则经常被获得或丢失。研究人员选择了Seonamhaeicola sp. S2-3的基因簇进行进一步分析，基因簇的另一端是一个tRNA基因，表明该区域为一个整合的可移动遗传元件。在对AgaPP进行生理生化功能解析时发现其具有多重功能（图1）。除了具有引物酶和聚合酶活性外，AgaPP还可以进行跨损伤DNA合成及提高大肠杆菌DNA损伤后的生存率，表明其可能参与DNA损伤修复。进一步的生化实验表明，AgaPP可以促进具有微同源末端的DNA进行snap-back合成及微同源末端连接，且连接效率与微同源末端的氢键数目相关。体内实验进一步表明，AgaPP的表达使得其通过微同源末端连接作用提升体内DNA双链断裂后同源末端连接修复的效率，从而提高DNA双链断裂后的修复效率。

图1 AgaPP的多功能示意图。

此外，该研究基于AgaPP的微同源末端连接作用改进了基于同源序列的体外DNA拼接方法。即介导两条末端含有同源的3’突出序列的DNA分子退火，并以一条3’突出序列为模板、另一条3’突出序列为引物催化DNA合成，以此实现DNA分子的拼接。这一种MMEJ辅助的DNA组装方法，命名为MEDA组装（MMEJ-assisted DNA Assembly），可应用于DNA克隆中（图2）。该方法使得DNA组装能够在更短的同源序列下进行，反应体系简单、低成本、操作便捷快速，适合大规模推广使用。

图2 AgaPP在体外协助DNA组装

生命科学技术学院已出站博士后付攀为文章的第一作者，韩文元教授为通讯作者，课题组多名硕士生、本科生参与了研究。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、洪山实验室基金等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkae1318

审核：韩文元