光合作用是地球上最重要的化学反应，为地球提供了充足的氧气和有机物。硅藻是重要的红系海洋光合植物，每年为地球提供约20%的原初生产力。硅藻的单体光系统I外周可结合24个FCP天线蛋白 (Fucoxanthin Chlorophyll a/c protein)，是已知结合最多膜蛋白捕光天线的光系统 (Xu et al., 2020)。而且硅藻光系统I与FCP天线结合了大量的特殊叶绿素c和岩藻黄素，有助于捕获深水层的蓝绿光；同时，硅藻采用了高效的硅甲藻黄素—硅藻黄素型叶黄素循环用于耗散过剩的光能；但硅藻光系统I在不同海水深度和光照条件下组装不同数量FCP天线的调控机制并不清楚。
近日，JIPB在线发表了中国科学院植物研究所光合膜蛋白结构生物学团队题为“Structures of PSI-FCPI from Thalassiosira pseudonanagrown under high light provide evidence for convergent evolution and light-adaptive strategies in diatom FCPIs”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13816)。该研究表明，中心纲硅藻假微型海链藻 (Thalassiosira pseudonana) 在不同的光照条件下能够灵活地调节光系统I外周的天线结合数量，其中8个Lhcr家族的天线蛋白在强光下从光系统I复合物中脱离，5个FCPI与光系统I结合地相对紧密，更外围的大量Lhcq家族天线可能仅在弱光条件下松散结合；在强光下，富含硅甲藻黄素/硅藻黄素的RedCAP和FCP3亚基可以参与过剩能量的淬灭。Lhcr3和FCP3的位置与功能可以作为光系统I两侧天线组装的起始点，从而在不同光强下高效地调整光系统I的捕光截面，这也是硅藻在高频光强变化的海洋环境中成为优势浮游植物物种的原因之一。
图1. 硅藻光系统I复合物在不同光照下的捕光天线调节机制
中国科学院植物研究所王文达研究员和沈建仁研究员为论文共同通讯作者，植物所已毕业博士生冯岳和在读博士生李振华为论文共同第一作者。匡廷云院士、韩广业研究员和贵州大学王旭初教授等参与了该研究。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、海南省院士创新平台、黄河三角洲农业高新技术产业示范区科技专项、中国科学院青促会和基础研究领域青年团队计划等项目资助。
Feng, Y., Li, Z., Yang, Y., Shen, L., Li, X., Liu, X., Zhang, X., Zhang, J., Ren, F., Wang, Y., et al. (2024). Structures of PSI–FCPI from Thalassiosira pseudonana grown under high light provide evidence for convergent evolution and light-adaptive strategies in diatom FCPIs. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13816
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