假根羽藻重要光合膜蛋白超級復合物結構獲解析

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來源：科學網

2019-03-13

日前，中國科學院院士、中科院植物研究所研究員匡廷云、研究員沈建仁帶領的團隊同濟南大學、清華大學的科研人員合作，揭示了假根羽藻一個重要的光合膜蛋白超級復合物——光系統(tǒng)I捕光復合物I（PSI-LHCI）的3.49分辨率結構。

日前，中國科學院院士、中科院植物研究所研究員匡廷云、研究員沈建仁帶領的團隊同濟南大學、清華大學的科研人員合作，揭示了假根羽藻一個重要的光合膜蛋白超級復合物——光系統(tǒng)I捕光復合物I（PSI-LHCI）的3.49分辨率結構。該研究進一步完善了對光合生物進化過程中光系統(tǒng)結構變化趨勢的理解，為人工模擬光合作用機理、指導設計作物與提高植物的光能利用效率提供了新的理論依據和新思路。相關成果日前發(fā)表在國際學術期刊《自然-植物》。

假根羽藻是生長在潮間帶的大型綠藻，漲潮時藻體生長在以藍綠光和綠光為主的弱光環(huán)境中能夠完成吸能、傳能和轉能過程以滿足自身生長的需要，落潮時能夠適應暴露的高光強環(huán)境并進行光保護，具有獨特的光合作用特征。

研究人員利用冷凍電鏡技術，對其PSI-LHCI結構進行了解析。研究發(fā)現(xiàn)，假根羽藻的PSI-LHCI具有13個核心復合物亞基、10個捕光天線復合物，是目前已報道的捕光天線數量最多PSI-LHCI結構；10個捕光天線復合物的排布呈現(xiàn)特殊的雙環(huán)形式，這反映了假根羽藻對較弱光環(huán)境的適應。同高等植物相比，假根羽藻的激發(fā)能傳遞速率卻更快，也證實了在陸地生存的高等植物為適應強光環(huán)境在能量傳遞速率上付出了一定的代價。

匡廷云、沈建仁團隊長期致力于光合膜蛋白結構與功能研究，此前已解析了豌豆、紅藻等PSI超級復合物的高分辨率結構。這是該團隊在 PSI 結構與功能研究領域取得的又一重大突破?！蹲匀?植物》同期報道了中科院生物物理所科研團隊解析的另一種綠藻——衣藻的PSI-LHCI復合體結構。這彰顯了我國科學家在光合膜蛋白結構解析領域的世界領先地位。

據了解，光系統(tǒng)I（PSI）是一個極高效率的光能吸收和轉化系統(tǒng)，其量子轉化效率超過90%。因此PSI高效吸能、傳能和轉能的結構基礎受到科學家的關注。目前，原核生物藍藻、真核生物紅藻和高等植物PSI結構都已被解析，然而綠藻PSI的高分辨率結構長期處于空白。

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