捕获阳光 | 中国科学院发布研究登上 Science 封面

光系统 I-捕光天线复合体在光合作用中负责将光能转化为化学能。由于光合生物对不同光环境的适应性，该复合体在结构和大小上呈现显著差异。特别是从海岸带向「陆」和「洋」两个方向的环境适应过程中，光系统 I-捕光天线复合体更是经历了深刻的演化。颗石藻起源于古海岸带，于中生代征服远洋并达到繁盛，对当今全球的气候和生态意义重大。其中，赫胥黎艾氏藻（Emiliania huxleyi）是颗石藻类群中最著名的模式生物，是海岸带生物学中的重要研究对象。因此，赫胥黎艾氏藻光系统 I-捕光天线复合体光能利用分子机制的研究对于海岸带生物适应性进化的研究意义非常重大。

近日，中国科学院烟台海岸带研究所王春德研究组王寅初工程师，与中国科学院植物所王文达研究团队等合作，在国际顶尖学术期刊 Science 发文揭示了赫胥黎艾氏藻光适应进化重要机制（图 1）。

图 1 Science 封面报道以及赫胥黎艾氏藻的 PS I-FCPI 超复合体模型

该研究报道了来自赫胥黎艾氏藻的光系统 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与色素蛋白特征，分辨率为 2.79 Å。该结构显示了一个由 51 个蛋白亚基和 819 个色素分子组成的、分子量高达 1.66 兆道尔顿的巨大超复合物。飞秒瞬态吸收光谱结果表明赫胥黎艾氏藻 PSI-FCPI 在不同光波段下的光能量子转化效率超过 95%。该研究首次在原子层面揭示了颗石藻通过扩展和优化其光系统结构来适应海洋光环境的独特策略，是光合生物光适应进化研究中的一个重大发现（图 2）。

图 2  基于光系统 I-捕光天线复合体的结构比较与亚基组装关系展示典型光合生物在「 陆 」和「洋」两个方向上的光适应进化

研究成果以 Science 封面论文形式发表了题为「Structure and function of a huge photosystem I-fucoxanthin chlorophyll supercomplex from a coccolithophore」的研究论文，烟台海岸带所王寅初为文章共同第一作者。王寅初工程师致力于数据库技术驱动的海岸带植物资源演化研究，其创建的中国海岸带植物资源数据库于 2021 年成功入选国家基础学科公共科学数据中心，使海岸带科学在科学数据领域成为公认的基础学科。在配合数据库的海岸带学科建设上，遵循海岸带生物的「起源、登陆、征洋、共存」四部曲架构，本研究补齐了数据库多年学科建设中的第三部曲「征洋」篇。

文章信息：

Lili Shen†, Fei Ren†, Yin-Chu Wang†, Zhenhua Li†, Mengyuan Zheng†, Xiaoyi Li, Wenzheng Fan, Yanyan Yang, Min Sang, Cheng Liu, Guangye Han, Song Qin, Jianhua Fan, Lijin Tian*, Tingyun Kuang, Jian-Ren Shen, Wenda Wang*. Structure and function of a huge photosystem I-fucoxanthin chlorophyll supercomplex from a coccolithophore. Science. DOI: 10.1126/science.adv2132

来源：中国科学院烟台海岸带研究所

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