颗石藻光系统I-捕光天线超大复合物结构及其能量转化效率示意图。中国科学院植物研究所 供图

　　这项重要研究突破由中国科学院植物研究所王文达研究员、田利金研究员带领团队完成，他们首次纯化并解析来自赫氏艾米里颗石藻的光系统I-岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白(PSI-FCPI)超级复合物三维结构，破解了光合生物适应进化的分子机制。北京时间9月12日凌晨，该研究成果论文以封面形式在国际知名学术期刊《科学》上线发表。

　　王文达表示，颗石藻光系统复合物的结构解析和机理研究，为理解光合生物高效的能量转化机制提供了新的结构模型。未来，研究团队也希望以此为基础设计新型光合作用蛋白，并进一步指导人工模拟和开发高碳汇生物资源，这在合成生物学和气候变化应对领域，都具有巨大潜力。

　　田利金介绍说，颗石藻PSI-FCPI超级复合物是一个巨大光合膜蛋白机器，由51个蛋白亚基和819个色素分子组成，分子量高达1.66兆道尔顿，远超已知的真核生物光系统I捕光天线复合物。它的捕光截面是典型陆地植物(豌豆)光系统I超级复合物的4至5倍。飞秒瞬态吸收光谱结果表明，颗石藻PSI-FCPI捕获光能的量子转化效率超过95%，与陆地植物光系统I超级复合物效率相当，说明颗石藻PSI-FCPI具备特殊的蛋白组装和能量传递特征。

　　此次研究发现，颗石藻的光系统I核心周围环绕着38个岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白捕光天线，并以模块化的方式排列成8个放射状排布的捕光天线条带。这种“旋涡围绕”光系统I核心的巨型捕光天线依靠大量新型捕光天线的精密装配，极大扩展了捕光面积。

　　研究团队还鉴定到丰富的叶绿素c和岩藻黄素类型的类胡萝卜素，这些色素在新发现的捕光天线中含量极高，使其能有效吸收深水区波长在460-540纳米间的蓝绿光和绿光。此外，大量叶绿素c与叶绿素a形成紧密的能量耦联并消除能量陷阱，构成平坦畅通的能量传递网络，这可能是其保持超高量子转化效率的关键。

　　据了解，颗石藻细胞壁是由碳酸钙晶体组成的颗石片，其在白垩纪达到鼎盛，不仅是海洋初级生产力的主要贡献者，还依靠其碳酸钙外壳在地层中留下显著的“白垩”痕迹，因此在海洋碳沉积和全球碳循环中扮演重要角色。(完)

【编辑:李润泽】

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