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开云手机版:微生物技术国家重点实验室张玉忠教授团队刊发隐藻光系统I超复合体结构及进化研究新进展

2023-03-23
作者:徐菲 编辑:王亦婷 蒋晓涵 来源:微生物研究院

[本站讯]近日,微生物技术国家重点实验室张玉忠教授团队在The Plant Cell杂志在线发表了题为“Structural basis and evolution of the photosystem I–light-harvesting supercomplex of cryptophyte algae”的研究论文。张玉忠教授与英国利物浦大学教授刘鲁宁为该论文的共同通讯作者。博士后赵龙生、中国海洋大学副教授王鹏和崂山实验室李康为并列第一作者。山东大学微生物技术国家重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。

光合作用是地球上最重要的生物能量转化过程之一,可以将太阳能转化为生物能并产生氧气,供地球上几乎所有的生命使用。光合作用光系统I(PSI)是由多蛋白亚基组成的、含有大量色素的巨大复合物,在光合作用能量转化过程中起关键作用。PSI及与其结合的捕光复合物I(LHCI)的高分辨率原子结构对阐明光合自养生物光能捕获及能量转化的机制至关重要。目前,蓝藻、红藻、绿藻、灰藻、硅藻、苔藓及多种高等植物的PSI–LHCI的结构已经被解析,揭示了PSI–LHCI的能量转化机制,并为PSI–LHCI的结构进化研究提供了重要线索。

隐藻PSI–LHCI超复合物的原子结构

隐藻和硅藻均由红藻经二次内共生进化而来,但隐藻与红藻的亲缘关系更近,是红藻进化产生的第一种藻类。隐藻具有特殊的进化地位及重要的生态功能,但其PSI–LHCI的高分辨率结构未被解析。本研究纯化了隐藻Chroomonas placoidea的PSI-LHCI复合物,利用冷冻电镜单颗粒分析技术(cryo-EM)解析了其高分率原子结构。其PSI–LHCI结构包含由14个亚基组成的PSI核心、14个围绕核心分布的LHCI亚基以及一个新的色素结合蛋白(鉴定为特殊的LHCI);结构中含有373个色素分子,能够捕获光能并由LHCI传递到核心,实现高效的能量转化。

推测的PSI–LHCI结构进化过程:红藻–隐藻–硅藻

隐藻PSI–LHCI的亚基组成、亚基结构、色素耦合以及能量传递既具有红藻及硅藻PSI–LHCI的特征,也具有自身的独特性。通过对隐藻PSI–LHCI结构的解析及分析,我们对PSI–LHCI的能量捕获、传递及转化机制有了更加深入的理解。同时与红藻及硅藻PSI–LHCI结构的比较显示,隐藻PSI–LHCI的结构是处于红藻及硅藻之间的中间状态,其结构解析表明了PSI–LHCI结构的多样性,完善了红藻二次内共生过程中PSI–LHCI的结构进化过程。

张玉忠教授研究团队长期从事藻类光合作用的研究,近期藻类光合作用研究成果发表在Nature Plants(Nat Plants. 2020, 6: 869)、Plant Physiology(Plant Physiol. 2022, 190:1883)上。本次在The Plant Cell上发表的研究成果是该团队将藻类光合作用的研究基础与冷冻电镜技术结合获得的,是该团队藻类光合作用研究中的又一个重要进展。

该论文由山东大学、中国海洋大学、英国利物浦大学和崂山实验室等单位相关学者合作完成,该研究得到了国家自然科学基金重点项目、科技部重点研发计划等项目的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1093/plcell/koad087

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