藓类光系统I-捕光天线I超级复合物结构解析研究获进展

科技工作者之家 2021-02-22

光合作用是重要的化学反应,光合作用中能量的吸收、传递和转化是由光系统I(Photosystem I,PSI)和光系统II(Photosystem II, PSII)两个光系统推动的。研究光系统的结构和不同植物之间的区别,不仅能够阐明光合作用机理,而且对于认识植物进化具有重要意义。

苔藓植物是现存最早的陆生植物之一,代表了植物演化过程中从水生到陆生的过渡类群。小立碗藓(Physcomitrella patens)是苔藓植物门藓纲的模式植物,中国科学院植物研究所光合膜蛋白结构生物学研究组与清华大学、济南大学合作,采用单颗粒冷冻电镜技术解析了小立碗藓的光系统I-捕光复合物I(PSI-LHCI)超分子复合物3.23埃分辨率的三维结构。该结构显示,小立碗藓的PSI-LHCI由4个捕光天线蛋白(Lhca)组成,与高等植物豌豆PSI-LHCI超分子复合物中捕光天线蛋白的数量一致,但种类和组成顺序不同,随着植物进化,豌豆中的Lhca4取代了小立碗藓中Lhca5的位置。而在小立碗藓捕光天线Lhca5/Lhca2与核心亚基PsaF的交界处,存在一个的特殊的叶绿素分子,构成了能量从Lhca5/Lhca2向核心高效传递的路径。

与生活在水中的绿藻相比,小立碗藓PSI-LHCI结合的捕光蛋白少,减少了捕光截面,而和豌豆相比,具有更高效的能量传递途径,研究推测这可能与藓类植物登陆之后多生长在潮湿低光的环境有关,减少捕光截面有助于避免光破坏,快速捕光有利于生存。该研究揭示了植物由水生向陆生进化过程,以及植物登陆以后进一步适应陆生环境的捕光机制变化。

2月16日,相关研究成果在线发表在Cell Discovery上。植物所博士研究生闫秋敬、清华大学博士研究生赵亮为论文共同第一作者。研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、中科院前沿科学重点研究计划、中科院青年创新促进会、山东省自然科学基金等的资助,并得到中国科学院植物研究所公共技术

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小立碗藓PSI-LHCI超大复合物的整体结构

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小立碗藓PSI-LHCI超大复合物中能量从LHCI向PSI核心传递的途径

来源:中国科学院

来源:中国科学院

原文链接:http://www.cas.cn/syky/202102/t20210221_4778395.shtml

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