［本站(zhàn)訊］近日，微生(shēng)物技術國家重點實驗室張玉忠教授團隊在The Plant Cell雜志在線發表了(le)題爲“Structural basis and evolution of the photosystem I–light-harvesting supercomplex of cryptophyte algae”的研究論文。張玉忠教授與英國利物浦大學教授劉魯甯爲該論文的共同通訊作(zuò)者。博士後趙龍生(shēng)、中國海洋大學副教授王鵬和崂山實驗室李康爲并列第一(yī)作(zuò)者。山東大學微生(shēng)物技術國家重點實驗室爲第一(yī)完成單位和通訊作(zuò)者單位。
光合作(zuò)用是地球上(shàng)最重要的生(shēng)物能(néng)量轉化(huà)過程之一(yī)，可以将太陽能(néng)轉化(huà)爲生(shēng)物能(néng)并産生(shēng)氧氣，供地球上(shàng)幾乎所有的生(shēng)命使用。光合作(zuò)用光系統I（PSI）是由多蛋白亞基組成的、含有大量色素的巨大複合物，在光合作(zuò)用能(néng)量轉化(huà)過程中起關鍵作(zuò)用。PSI及與其結合的捕光複合物I（LHCI）的高分(fēn)辨率原子(zǐ)結構對闡明光合自養生(shēng)物光能(néng)捕獲及能(néng)量轉化(huà)的機制至關重要。目前，藍藻、紅藻、綠藻、灰藻、矽藻、苔藓及多種高等植物的PSI–LHCI的結構已經被解析，揭示了(le)PSI–LHCI的能(néng)量轉化(huà)機制，并爲PSI–LHCI的結構進化(huà)研究提供了(le)重要線索。
隐藻PSI–LHCI超複合物的原子(zǐ)結構
隐藻和矽藻均由紅藻經二次内共生(shēng)進化(huà)而來，但(dàn)隐藻與紅藻的親緣關系更近，是紅藻進化(huà)産生(shēng)的第一(yī)種藻類。隐藻具有特殊的進化(huà)地位及重要的生(shēng)态功能(néng)，但(dàn)其PSI–LHCI的高分(fēn)辨率結構未被解析。本研究純化(huà)了(le)隐藻Chroomonas placoidea的PSI-LHCI複合物，利用冷凍電鏡單顆粒分(fēn)析技術（cryo-EM）解析了(le)其高分(fēn)率原子(zǐ)結構。其PSI–LHCI結構包含由14個亞基組成的PSI核心、14個圍繞核心分(fēn)布的LHCI亞基以及一(yī)個新(xīn)的色素結合蛋白（鑒定爲特殊的LHCI）；結構中含有373個色素分(fēn)子(zǐ)，能(néng)夠捕獲光能(néng)并由LHCI傳遞到核心，實現高效的能(néng)量轉化(huà)。
推測的PSI–LHCI結構進化(huà)過程：紅藻–隐藻–矽藻
隐藻PSI–LHCI的亞基組成、亞基結構、色素耦合以及能(néng)量傳遞既具有紅藻及矽藻PSI–LHCI的特征，也(yě)具有自身(shēn)的獨特性。通過對隐藻PSI–LHCI結構的解析及分(fēn)析，我們對PSI–LHCI的能(néng)量捕獲、傳遞及轉化(huà)機制有了(le)更加深入的理(lǐ)解。同時與紅藻及矽藻PSI–LHCI結構的比較顯示，隐藻PSI–LHCI的結構是處于紅藻及矽藻之間的中間狀态，其結構解析表明了(le)PSI–LHCI結構的多樣性，完善了(le)紅藻二次内共生(shēng)過程中PSI–LHCI的結構進化(huà)過程。
張玉忠教授研究團隊長期從事(shì)藻類光合作(zuò)用的研究，近期藻類光合作(zuò)用研究成果發表在Nature Plants（Nat Plants. 2020, 6: 869）、Plant Physiology（Plant Physiol. 2022, 190:1883）上(shàng)。本次在The Plant Cell上(shàng)發表的研究成果是該團隊将藻類光合作(zuò)用的研究基礎與冷凍電鏡技術結合獲得的，是該團隊藻類光合作(zuò)用研究中的又一(yī)個重要進展。
該論文由山東大學、中國海洋大學、英國利物浦大學和崂山實驗室等單位相關學者合作(zuò)完成，該研究得到了(le)國家自然科學基金(jīn)重點項目、科技部重點研發計劃等項目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad087
