硅藻光合结构原子水平三维结构获揭示

  日前，中国科学院院士、清华大学教授隋森芳率领的研究团队与中科院植物研究所研究员沈建仁、中国科学院院士匡廷云率领的团队合作，在国际上首次解析了一种中心纲硅藻（Chaetoceros gracilis）的光系统II-捕光天线超级复合体的3.0埃分辨率的三维结构，为光合作用的理论计算和人工模拟光合作用研究提供了新理论依据，为后续指导设计新型作物、提高作物的捕光和光保护效率提供了新思路。该成果8月2日在线发表于《科学》。

  研究人员利用单颗粒冷冻电镜技术解析发现，硅藻的光系统II-捕光天线超级复合体由两个单体组成，包含230个叶绿素a分子、58个叶绿素c分子、146个类胡萝卜素分子，以及锰簇复合物、电子传递体和大量的脂分子等；硅藻光系统II-捕光天线超级复合体的反应中心与蓝藻和红藻相似，但是具有额外的两个核心亚基和一个特有的外周放氧亚基，且各外周天线亚基排列方式与已知的绿藻和高等植物明显不同。研究人员在该复合体中发现了多条捕光天线向反应中心的能量传递途径，以及可能的重要非光化学淬灭位点和保护放氧反应中心。

  2019年初，该团队首次报道了羽纹纲硅藻——三角褐指藻捕光天线系统二聚体的1.8埃分辨率的晶体结构，描绘了叶绿素c和岩藻黄素在硅藻光合膜蛋白中的结合细节。此次成果是团队在前期光合膜蛋白结构与功能研究工作的拓展。

  《科学》同期刊发了德国光合作用研究专家Claudia Büchel撰写的评述：“这两项研究工作揭示了硅藻捕光天线复合体的多样性和柔性，对于研究光合生物捕光天线复合体超级家族成员在不同光环境条件下实现多样的光能捕捉功能具有重要意义，是一项里程碑式的工作。”