自然:大麦叶绿体PSI的研究与分析

来源：植物研究所，2021年12月13日08:10

光合作用光反应过程是在一系列嵌入光合膜的蛋白质超分子机器中进行的。通过光系统(PSII)和光系统(PSII)反应中心的电荷分离和光合电子转移，光能转化为化学能(ATP和NADPH)，用于暗反应中的二氧化碳固定。PSII催化两种类型的光合电子转移，即线性电子转移和循环电子转移。在循环电子转移途径中，NDH蛋白复合物

光合作用光反应过程是在一系列嵌入光合膜的蛋白质超分子机器中进行的。通过光系统(PSII)和光系统(PSII)反应中心的电荷分离和光合电子转移，光能转化为化学能(ATP和NADPH)，用于暗反应中的二氧化碳固定。PSII催化两种类型的光合电子转移，即线性电子转移和循环电子转移。在环电子传递途径中，NDH蛋白复合物介导的环电子传递是主要途径之一，在逆境胁迫下维持光合固碳过程中ATP的供应和类囊体膜基质的氧化还原状态中起重要作用。到目前为止，该途径中关键的跨膜蛋白复合物PSI-NDH的结构和调控机制仍不清楚。

中国科学院植物研究所光合膜蛋白结构生物学课题组等。以饲料/食用作物3354大麦为研究材料，首次利用冷冻电镜技术分析了大麦叶绿体PSI-NDH超分子复合物的高分辨率结构，揭示了PSI-NDH介导的高等植物光合环电子转移调控的结构基础。该复合体整体结构包含55个蛋白质亚基、298个叶绿素分子、67个类胡萝卜素分子和25个脂质分子，总分子量约为1.6兆道尔顿，是高等植物叶绿体中最大的光合膜蛋白复合体结构。该结构揭示了高等植物PSI中特殊天线亚基和叶绿体中10个特殊NDH亚基的精确位置和结构特征，揭示了亚基间的相互作用和复杂组装原理。研究结果有助于深入理解光合环中电子传递调控机制，为利用合成生物学技术构建光合膜中新型高效电子传递线路、优化光合膜中能量传递路径、构建高光合效率和高碳汇的光合元件和模块提供新思路。

该研究对了解被子植物在进化过程中对陆地光环境的适应具有重要意义，对提高牧草和作物光能转化、二氧化碳固定效率和抗逆性具有指导意义，有望为设计高产、抗逆的优质牧草和作物提供新的技术路线。

相关研究成果在线发表在《自然》杂志上。这项研究工作得到了国家重点研发项目的支持；d计划、中国科学院战略科技试点项目、中国科学院稳定支撑领域青年团队计划、中国科学院青年创新促进会等。并得到了植物研究所公共技术服务中心、浙江大学医学院冷冻电镜中心和蛋白质平台的技术支持。(100yiyao.com)

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