假根羽藻重要光合膜蛋白超级复合物结构获解析

来源: 科学网 / 作者: 2019-03-13
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日前,中国科学院院士、中科院植物研究所研究员匡廷云、研究员沈建仁带领的团队同济南大学、清华大学的科研人员合作,揭示了假根羽藻一个重要的光合膜蛋白超级复合物——光系统 I 捕光复合物 I(PSI-LHCI)的 3.49Å 分辨率结构。该研究进一步完善了对光合生物进化过程中光系统结构变化趋势的理解,为人工模拟光合作用机理、指导设计作物与提高植物的光能利用效率提供了新的理论依据和新思路。相关成果日前发表在国际学术期刊《自然 - 植物》。

假根羽藻是生长在潮间带的大型绿藻,涨潮时藻体生长在以蓝绿光和绿光为主的弱光环境中能够完成吸能、传能和转能过程以满足自身生长的需要,落潮时能够适应暴露的高光强环境并进行光保护,具有独特的光合作用特征。

研究人员利用冷冻电镜技术,对其 PSI-LHCI 结构进行了解析。研究发现,假根羽藻的 PSI-LHCI 具有 13 个核心复合物亚基、10 个捕光天线复合物,是目前已报道的捕光天线数量最多 PSI-LHCI 结构;10 个捕光天线复合物的排布呈现特殊的双环形式,这反映了假根羽藻对较弱光环境的适应。同高等植物相比,假根羽藻的激发能传递速率却更快,也证实了在陆地生存的高等植物为适应强光环境在能量传递速率上付出了一定的代价。

匡廷云、沈建仁团队长期致力于光合膜蛋白结构与功能研究,此前已解析了豌豆、红藻等 PSI 超级复合物的高分辨率结构。这是该团队在 PSI 结构与功能研究领域取得的又一重大突破。《自然 - 植物》同期报道了中科院生物物理所科研团队解析的另一种绿藻——衣藻的 PSI-LHCI 复合体结构。这彰显了我国科学家在光合膜蛋白结构解析领域的世界领先地位。

据了解,光系统 I(PSI)是一个极高效率的光能吸收和转化系统,其量子转化效率超过 90%。因此 PSI 高效吸能、传能和转能的结构基础受到科学家的关注。目前,原核生物蓝藻、真核生物红藻和高等植物 PSI 结构都已被解析,然而绿藻 PSI 的高分辨率结构长期处于空白。

DOI:10.1038/s41477-019-0379-y

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