植物的光適應與捕光調節機制研究取得重要突破

在國家重點研發計劃“蛋白質機器與生命過程調控”重點專項的支持下，“光合作用重要蛋白質機器的結構、功能與調控”和“蛋白質機器的高分辨率冷凍電鏡前沿技術及應用”項目聯合攻關，取得突破進展，發現了植物的光適應與捕光調節新機制。

光合作用為世界上幾乎所有的生命體提供賴以生存的物質和能量，放氧光合作用還維持著地球的大氣環境。放氧光合生物中的光系統I（PSI）和光系統II（PSII）吸收光能，共同完成光驅動的電子傳遞，能量傳遞和轉化效率高達90%以上。狀態轉換是植物和綠藻中一種重要的光合作用調節機制，是植物適應光環境變化、平衡激發能在兩個光系統間分配的一種快速響應機制，其中光系統I-捕光復合物I-捕光復合物II（PSI-LHCILHCII）超級復合物發揮了重要作用，揭示該復合物中各個蛋白亞基的排列及可能的能量傳遞途徑，有助于揭示植物狀態轉換的分子機理。

中國科學院生物物理研究所李梅研究員和章新政研究員合作，首次報道了PSILHCI-LHCII超級復合物的高分辨率冷凍電鏡結構，首次解析了LHCII的N末端磷酸化位點，揭示了LHCII和PSI的相互作用方式，構建了PSI中的全部亞基，包括以往PSI晶體結構中缺失的兩個亞基PsaO和PsaN，并發現這兩個亞基分別介導了LHCI和LHCII向PSI核心的能量傳遞，從而揭示了植物適應自然界多變光照條件，對兩個光系統的捕光進行調節，從而平衡能量分配的分子基礎。該復合體結構彌補了過去發表的PSI晶體結構中缺失的結構信息，發現潛在能量傳遞途徑，為深入研究植物狀態轉換的分子機理提供了重要基礎。該項工作所提供的數據有望啟發并促進人工光合作用體系的設計優化等應用研究。相關成果近期在Science雜志發表。