光系統(tǒng)I（Photosystem I，PSI）是執(zhí)行光合作用光反應(yīng)的一個重要的色素-蛋白復(fù)合體。它通過一系列復(fù)雜的色素網(wǎng)絡(luò)捕獲太陽能，并通過驅(qū)動跨膜電子轉(zhuǎn)移從而將光能轉(zhuǎn)化成化學能，被稱作自然界中zui的光能轉(zhuǎn)化裝置。目前，上已經(jīng)解析了原核生物藍藻PSI以及高等植物豌豆PSI的捕光色素蛋白復(fù)合體I（LHCI）高分辨率結(jié)構(gòu)，但關(guān)于紅藻等從原核生物向真核生物過渡的真核藻類的PSI高分辨率三維結(jié)構(gòu)研究還是一個空白。
中國科學院植物研究所研究員、中國科學院院士匡廷云與研究員沈建仁領(lǐng)導(dǎo)的研究組長期從事光合膜蛋白超大復(fù)合體的結(jié)構(gòu)與功能研究。近期，研究組通過與清華大學教授、中科院院士隋森芳團隊開展合作，利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了紅藻PSI核心與捕光天線復(fù)合物（PSI-LHCR）的3.63 ？分辨率的三維結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，紅藻中存在2種PSI-LHCR結(jié)構(gòu)狀態(tài)，分別結(jié)合了5個和3個LHCR；與高等植物全部LHCI位于PSI核心一側(cè)不同的是，結(jié)合5個LHCR的紅藻PSI-LHCR的兩個額外LHCR蛋白位于相反一側(cè)，展現(xiàn)了與高等植物PSI-LHCI明顯不同的結(jié)構(gòu)，顯示了處于原始形態(tài)的紅藻PSI-LHCR的特征。研究表明，紅藻PSI核心既具備了藍藻PSI的部分特征，也帶有高等植物PSI的部分特征，證實了紅藻PSI是從原核生物向真核生物進化的中間類型。研究人員還確認了真核PsaO亞基在PSI中的位置和結(jié)合色素的情況，并確認了紅藻LHCR中*的色素組成。
該研究不僅揭示了紅藻PSI-LHCR的*結(jié)構(gòu)和能量傳遞特征，顯示了紅藻PSI結(jié)構(gòu)對環(huán)境變化的適應(yīng)性，以及PSI從原核生物向真核生物進化過程中的結(jié)構(gòu)變化，對于闡明PSI的進化和功能具有重要意義。這是該研究組繼2015年解析了高等植物PSI-LHCI高分辨率三維結(jié)構(gòu)之后的又一重要進展。
該研究成果于4月9日在線發(fā)表于學術(shù)期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）。清華大學博士研究生皮雄和植物所沈建仁研究組博士后田立榮為論文共同*作者，沈建仁和隋森芳為共同通訊作者，匡廷云參與了該研究的整體設(shè)計。該研究得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、中科院先導(dǎo)項目、前沿重點項目和院長基金的共同資助。(生物谷）
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