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硅藻光合結構原子水平三維結構獲揭示

來源:中國科學報 丁佳 訪問:722 時間:2019-08-06

  日前,中國科學院院士、清華大學教授隋森芳率領的研究團隊與中科院植物研究所研究員沈建仁、中國科學院院士匡廷云率領的團隊合作,在國際上首次解析了一種中心綱硅藻(Chaetoceros gracilis)的光系統II-捕光天線超級復合體的3.0埃分辨率的三維結構,為光合作用的理論計算和人工模擬光合作用研究提供了新理論依據,為后續指導設計新型作物、提高作物的捕光和光保護效率提供了新思路。該成果8月2日在線發表于《科學》。

  研究人員利用單顆粒冷凍電鏡技術解析發現,硅藻的光系統II-捕光天線超級復合體由兩個單體組成,包含230個葉綠素a分子、58個葉綠素c分子、146個類胡蘿卜素分子,以及錳簇復合物、電子傳遞體和大量的脂分子等;硅藻光系統II-捕光天線超級復合體的反應中心與藍藻和紅藻相似,但是具有額外的兩個核心亞基和一個特有的外周放氧亞基,且各外周天線亞基排列方式與已知的綠藻和高等植物明顯不同。研究人員在該復合體中發現了多條捕光天線向反應中心的能量傳遞途徑,以及可能的重要非光化學淬滅位點和保護放氧反應中心。

  2019年初,該團隊首次報道了羽紋綱硅藻——三角褐指藻捕光天線系統二聚體的1.8埃分辨率的晶體結構,描繪了葉綠素c和巖藻黃素在硅藻光合膜蛋白中的結合細節。此次成果是團隊在前期光合膜蛋白結構與功能研究工作的拓展。

  《科學》同期刊發了德國光合作用研究專家Claudia Büchel撰寫的評述:“這兩項研究工作揭示了硅藻捕光天線復合體的多樣性和柔性,對于研究光合生物捕光天線復合體超級家族成員在不同光環境條件下實現多樣的光能捕捉功能具有重要意義,是一項里程碑式的工作。”

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