光合作用光反應(yīng)過(guò)程是在一系列鑲嵌在光合膜上的蛋白質(zhì)超分子機(jī)器中進(jìn)行的，通過(guò)光驅(qū)動(dòng)光系統(tǒng)II（PSII）和光系統(tǒng)I（PSI）反應(yīng)中心電荷分離及光合電子傳遞，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（ATP和NADPH），用于暗反應(yīng)二氧化碳固定。PSI和PSII催化兩種類型光合電子傳遞，分別為線性電子傳遞和環(huán)式電子傳遞。在環(huán)式電子傳遞路徑中，由NDH蛋白復(fù)合物介導(dǎo)的圍繞PSI的環(huán)式電子傳遞是主要路徑之一，該路徑對(duì)維持光合固碳過(guò)程中ATP的供應(yīng)及逆境脅迫條件下類囊體膜基質(zhì)氧化還原狀態(tài)具有重要功能，此前對(duì)于該路徑中的關(guān)鍵超大膜蛋白復(fù)合物PSI-NDH結(jié)構(gòu)和調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)尚不清楚。

　　中國(guó)科學(xué)院植物研究所光合膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究組以飼用/食用作物——大麥為研究材料，利用冷凍電鏡技術(shù)首次解析大麥葉綠體PSI-NDH超分子復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)，揭示出高等植物PSI-NDH介導(dǎo)光合環(huán)式電子傳遞調(diào)控的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該復(fù)合物整體結(jié)構(gòu)包含55個(gè)蛋白亞基、298個(gè)葉綠素分子、67個(gè)類胡蘿卜素分子和25個(gè)脂分子，總分子量約1.6兆道爾頓，是目前解析到的高等植物葉綠體中最大的光合膜蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)揭示了PSI中特殊天線亞基和高等植物葉綠體中10個(gè)特有NDH亞基的精確位置和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并揭示了亞基間的相互作用及復(fù)合物組裝原理。研究結(jié)果有助于深入理解光合環(huán)式電子傳遞調(diào)控的機(jī)制，為利用合成生物學(xué)技術(shù)構(gòu)建新型高效光合膜電子傳遞線路、優(yōu)化光合膜能量傳遞途徑、打造高光效和高固碳光合元件和模塊提供新思路。

　　研究對(duì)于理解被子植物在進(jìn)化過(guò)程中適應(yīng)陸生光環(huán)境具有重要意義，對(duì)提高飼草及作物光能轉(zhuǎn)化、二氧化碳固定效率及抗逆能力具有重要指導(dǎo)意義，并為設(shè)計(jì)高產(chǎn)和高抗逆性的優(yōu)質(zhì)飼草及作物提供了新技術(shù)路線。

　　相關(guān)研究成果于12月9日在線發(fā)表在Nature上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中科院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助，并得到植物所公共技術(shù)服務(wù)中心和浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院冷凍電鏡中心與蛋白質(zhì)平臺(tái)的技術(shù)支持。

　　論文鏈接

高等植物大麥葉綠體中PSI-NDH的整體結(jié)構(gòu)