中科院植物所博士研究生發表《PNAS》

光系統I（PSI）和光系統II（PSII）是光合作用中執行光能轉化的重要超分子色素膜蛋白復合體。光合生物為了適應不同的光環境，進化出了多種多樣的光能捕獲機制。藍藻是最早的光合放氧生物，對地球表面大氣環境從無氧變為有氧過程中發揮了巨大作用。藻膽體（PBS）作為藍藻的主要捕光天線，捕獲光能并傳遞激發能至PSI或者PSII。根據PBS與光合膜連接類型及結構組成的不同，藍藻PBS主要分為CpcG-PBS和CpcL-PBS兩種類型，其中CpcG-PBS由藻膽體核心和外圍桿狀結構組成，而CpcL-PBS僅由一條桿狀結構組成，能夠特異性地與PSI結合形成PSI-CpcL-PBS復合體。然而，長期以來關于這一復合體的精細結構、CpcL-PBS與PSI的結合方式和其能量傳遞路徑一直缺乏清晰的認識。

研究人員選取絲狀固氮藍藻Anabaena sp. PCC 7120為研究材料，在分離超大復合體的基礎上，利用冷凍電鏡技術首次解析了PSI-CpcL-PBS和CpcL-PBS超分子復合體高分辨率結構。研究發現，CpcL-PBS位于PSI四聚體的基質側，是一個由18對藻藍蛋白αβ單體以及4個連接蛋白CpcL、CpcC1、CpcC2和PecC組成的三層桿狀復合體，共包含40個亞基和54個藻膽色素分子。其中，CpcL、CpcC1、CpcC2和PecC依次排列，構成支撐整條桿狀藻膽體組裝的骨架。進一步分析表明，CpcL介導PBS與PSI的結合，CpcL的C端跨膜螺旋插入PSI四聚體2個單體之間的交界面處，與PsaA、PsaB和PsaM發生相互作用，與此同時，PSI中的脂質分子SQD801通過與CpcL的疏水相互作用調控CpcL與PSI的結合。在能量傳遞過程中，位于CpcL-PBS近膜端的3個關鍵藻膽素1Iβ821、1Iβ822和1Iβ823均處于可向PSI葉綠素傳遞能量的有效位置范圍內，可作為PBS向PSI能量傳遞的末端供體。

該研究首次從原子和近原子水平揭示了藍藻PSI-CpcL-PBS超級復合體整體在光合膜上的組裝方式，闡明了CpcL介導PBS與PSI結合的分子機制，為理解藍藻PSI特異性捕光天線的組裝和光能傳遞提供了重要結構基礎。

該研究成果于3月25日在線發表在《PNAS》期刊上。中科院植物所已畢業博士研究生毛志遠、特別研究助理李振華和已畢業博士研究生李星玥為論文共同第一作者，韓廣業研究員和王文達研究員為論文共同通訊作者。

論文鏈接：

www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2530459123

藍藻Anabaena sp. PCC 7120的PSI-CpcL-PBS及CpcL-PBS的結構細節。