图3. 模板1非酶RNA复制反应产物的MALDI-TOF质谱图。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
使用二核苷酸构建模块的非酶复制反应，若构建模块和模板含少量配对能力较弱的碱基（A和U），反应能否进行？为研究这个问题，他们使用了模板13。模板13含4种碱基（其中A和U含量较少）。实验结果显示，选用单核苷酸作为构建模块，反应效果不理想，选用二核苷酸AG、CG、GG和UG时，质谱检测到延伸了10个碱基的产物序列，这表明复制反应也适用于弱配对型碱基（图4）。然而，进一步研究发现，这种适应是有限的，当前实验条件下，依然难以进行富含A/U碱基序列模板的非酶复制。此外，他们也分析了反应体系浓度对非酶复制的影响，结果显示反应产率与反应体系浓度存在正相关。
图4. 模板13选用二核苷酸AG、CG、GG和UG进行非酶复制所得产物的MALDI-TOF质谱图。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
Richert团队还对非酶复制反应体系进行了优化，选用含12个碱基的模板22，使用含C/G的4种二核苷酸构建模块，反应在低温下进行18天，最后检测到了延伸了12个碱基的产物序列（图5）。
图5. 优化后的非酶复制反应所得产物的MALDI-TOF质谱图。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
为了深入理解实验中的模板序列如何支持非酶复制反应，Richert团队进行了计算分析。他们首先从模板的单步引物延伸实验数据中提取了二核苷酸CG、GG、GC和CC的有效速率常数，基于这些速率常数，他们推算了复制含10个C/G碱基的1024种模板序列所需时间，结果显示，含3个G碱基的模板1和另外9个这种类型模板（3个G碱基）复制时间相同，且在10个碱基序列中复制时间最短。有趣的是模板1的反义互补序列（7个G碱基）也有类似结果。他们还计算了每个序列的复制时间，并进行排序，结果显示，模板1复制时间只相当于模板5的45%，模板1和9个同类序列从复制时间到动力学上都适合非酶复制反应（图6）。
图6. 计算分析选择二核苷酸构建模块的非酶复制反应。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
总之，Clemens Richert教授团队的实验和计算数据如同“惊鸿一瞥“，揭示了RNA序列无酶复制的部分场景，他们利用含G/C二核苷酸构建模块，优化的模板和适宜的反应体系，获得了创纪录的12个碱基序列。尽管距离彻底揭开生命早期基因非酶复制的秘密还有很长一段路，该研究无疑还是一个令人振奋的进展。
Enzyme-Free Copying of 12 Bases of RNA with Dinucleotides
Gabrielle Leveau,Dr. Daniel Pfeffer,Dr. Bernhard Altaner,Dr. Eric Kervio,Franziska Welsch,Prof. Dr. Ulrich Gerland,Prof. Clemens Richert
Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202203067, DOI: 10.1002/anie.202203067
（本文由天生西南供稿）
