硅藻光合作用特有的光能高效捕获和光保护机制研究取得重要突破

作者: 发布时间:2019年03月21日 来源:团结报 【字体:

   硅藻是海洋中最“成功”的浮游光合生物之一,它们通过光合作用贡献了地球上每年约20%的有机物生产力,相当于固定了近五分之一的二氧化碳,高于全球所有热带雨林的贡献,这与硅藻特有的捕光天线蛋白“岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体”(Fucoxanthin chlorophyll a/c protein,FCP)的功能密切相关。硅藻的FCP复合体属于捕光天线蛋白复合体(Light harvesting complex,LHC)超级家族,但其氨基酸序列与高等植物和绿藻的叶绿素a/b捕光天线蛋白的同源性很低,而且最为突出的是FCP结合大量岩藻黄素和叶绿素c,能够捕获蓝绿光以适应水下弱光环境。同时,由FCP结合的岩藻黄素和硅甲藻黄素参与建立的硅藻超级光保护机制,可以帮助硅藻适应海水表面的强光环境。然而,硅藻FCP复合体的结构长期没有得到解析,限制了硅藻光合作用机理的研究。

  在国家重点研发计划 “蛋白质机器与生命过程调控”重点专项“光合作用重要蛋白质机器的结构、功能与调控”项目(2017YFA0503700)的资助下,中科院植物研究所沈建仁研究组首次解析了一种羽纹纲硅藻——三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)FCP的高分辩率(1.8 ?)晶体结构,描绘了叶绿素c、岩藻黄素及硅甲藻黄素在蛋白复合体中的结合细节及空间排布,揭示了该蛋白复合体高效捕获蓝绿光及其超强光保护功能的结构基础。该研究为实现光合作用光能宽幅、高效捕获和快速传递的理论计算提供了实验依据,为光合作用人工模拟及设计具有宽广的捕光截面和较强的抗光破坏能力的新型作物提供了新思路和新策略。该研究成果近期在Science杂志发表。