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中国科学院植物所等在绿藻光系统I超级复合物
结构解析方面取得进展
2019-03-13 09:59:58  来源:中国科学院网站

  光合生物的光系统I(PSI)是一个极高效率的光能吸收和转化系统,几乎每一个吸收的光子都能产生一个电子,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广泛关注。目前,原核生物蓝藻、真核生物红藻和高等植物PSI超级复合物结构都已被解析,然而绿藻PSI的高分辨率结构长期处于空白。

  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,并能够完成吸能、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。

  中国科学院植物研究所匡廷云和沈建仁带领的研究团队与济南大学秦晓春团队、清华大学隋森芳团队合作,利用冷冻电镜技术,解析了假根羽藻光系统I-捕光复合物I(PSI-LHCI)超级复合物3.49埃分辨率的结构。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的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,形成内环4个天线、外环4个天线、与它们相反的另一侧结合了2个天线的结构,这反映了假根羽藻对较弱光环境的适应。进一步的结构分析显示,同高等植物相比,假根羽藻的激发能传递速率更快,证明了登陆以后的高等植物为适应强光环境而在能量传递速率上付出一定的代价。

  该研究是匡廷云、沈建仁团队继之前在豌豆、红藻、硅藻等光合膜蛋白结构解析后取得的又一项突破。该成果填补了绿藻光系统I超级复合物的高分辨率结构研究空白,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。

  该成果于3月8日发表于国际学术期刊Nature Plants。匡廷云和隋森芳为论文共同通讯作者,秦晓春和清华大学博士研究生皮雄为共同第一作者。该研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、清华大学膜生物学国家重点实验室开放项目、北京市结构生物学高精尖创新中心(清华)、国家自然科学基金委优青项目、济南大学高层次人才计划、山东省青年泰山学者计划的支持。

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  假根羽藻PSI-LHCI超级复合物结构。A、假根羽藻PSI-LHCI的核心以及LHCI亚基排布,类囊体膜Stroma侧俯视图;B、平行于类囊体膜的视图。

 

 

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