今年发表两篇Nature子刊后，山东大学“国家杰青”团队又在《PNAS》发表光合作用研究领域的重要成果
学术
2024-12-12 14:10
江苏
山东大学微生物技术国家重点实验室张玉忠教授团队在Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States Of America(PNAS)杂志在线发表了题为“Structural insights into the assembly and energy transfer of haptophyte photosystem I-light-harvesting supercomplex”的研究论文。张玉忠教授、英国利物浦大学刘鲁宁教授、华中农业大学高军教授和山东大学赵龙生研究员为该论文的共同通讯作者。山东大学博士生何飞宇、硕士生曲芯霄为并列第一作者，山东大学为第一作者单位和通讯作者单位。光合作用对几乎所有的生命形式提供必要的食物和养分，并在维持大气中的碳氧平衡方面扮演着关键角色。作为光化学反应中的核心组件，光系统I（Photosystem I, PSI）的重要性不言而喻。尽管已解析了多种红系谱系PSI-LHCI（光系统I-捕光天线复合体）的结构，如红藻PSI-LHCR、隐藻PSI-ACPI、硅藻PSI-FCPI和甲藻PSI-AcpPCI，但定鞭藻PSI-LHCI的具体结构一直未被明确揭示。定鞭藻是一类重要的单细胞海洋浮游植物，在海洋生态系统和全球生物地球化学循环中占据重要地位，并被认为是最早的真核光合自养生物之一，对于理解光合浮游植物的进化至关重要。在这项研究中，研究人员利用冷冻电子显微镜单颗粒分析技术，成功解析了定鞭藻Isochrysis galbana的光系统I-捕光复合体I（PSI-iFCPI）超复合体的结构（图1）。结果显示，定鞭藻的PSI核心由12个亚基组成，缺少红藻和隐藻中存在的PsaO亚基，但保留了硅藻和甲藻所没有的PsaK亚基。此外，22个捕光天线亚基（iFCPIs）围绕PSI核心形成了三层排列结构。通过模拟计算得到的能量传递速率表明，PSI-iFCPI内的色素网络能够确保高效的激发能传递（图2）。相比于隐藻ACPIs和硅藻FCPIs，定鞭藻iFCPIs含有更多的叶绿素c（Chls c），这些额外的叶绿素有助于提高iFCPIs之间的能量传递效率。图2 定鞭藻PSI–iFCPI超复合物的能量传递路径研究还指出，定鞭藻的PSI核心和iFCPIs可能有不同的进化起源：质体内编码的PSI核心亚基源自隐藻，而核基因编码的iFCPIs则来源于硅藻（图3）。图3 红色谱系PSI–LHCI超复合物可能的进化发展这项研究不仅揭示了定鞭藻PSI-iFCPI的光捕获和能量传递机制的结构基础，也为探讨红色谱系藻类PSI-LHCIs结构的进化多样性提供了新的见解。张玉忠教授研究团队长期从事藻类光合作用的研究，成果发表在Nature Plants（2020, 6: 869）、Nature Communications（2024,15:2392; 2024, 15:4999）、The Plant Cell (2023, 35: 2449）、Plant Physiology（2022, 190: 1883）上。本次在PNAS上发表的研究成果是该团队藻类光合作用研究中的又一个新进展。该论文由山东大学、中国海洋大学、英国利物浦大学和华中农业大学相关学者合作完成，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。![]()
